La biologia sintetica riguarda l’ingegneria di biomacchine viventi create dall’uomo a partire da componenti standardizzati che possono eseguire funzioni predefinite in modo (auto)controllato. Diverse strategie di ricerca e sforzi interdisciplinari sono perseguiti per implementare i principi di ingegneria alla biologia. La strategia “top-down” sfrutta l’incredibile diversità della natura di parti naturali esistenti per costruire composizioni sintetiche di reti genetiche, metaboliche o di segnalazione con proprietà prevedibili e controllabili. Questo approccio, principalmente guidato dall’applicazione, si traduce in fabbriche viventi che producono farmaci, biocarburanti, biomateriali e prodotti chimici raffinati, e si traduce in pillole viventi che si basano su cellule ingegnerizzate con la capacità di rilevare e trattare autonomamente gli stati di malattia in vivo. Al contrario, la strategia “bottom-up” cerca di essere indipendente dai sistemi viventi esistenti, progettando sistemi biologici da zero e sintetizzando entità biologiche artificiali che non si trovano in natura. Questo approccio più orientato alla conoscenza studia la ricostruzione di sistemi biologici minimi che siano in grado di eseguire fenomeni biologici di base, come l’auto-organizzazione, l’auto-replicazione e l’auto-sostenibilità. Inoltre, le sintesi di unità biologiche artificiali, come i nucleotidi o gli aminoacidi sintetici, e la loro implementazione in polimeri all’interno delle cellule viventi stabiliscono attualmente i confini tra sistemi biologici naturali e artificiali. In particolare, la progettazione in vitro, la sintesi e il trasferimento di genomi completi in cellule ospiti indicano il futuro della biologia sintetica: la creazione di cellule progettate con proprietà desiderabili su misura per la biomedicina e la biotecnologia.