合成生物学：开启生命科学“会聚”研究新时代
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线路工程
合成生物学学科形成的标志性工作就是人工基因线路的设计与合成。利用成熟表征的基因元件，按照电子工程学原理和方式设计、模拟，构建简单的、可被调控的基因线路模块。这些简单基因线路可被相对应的简单数学模型描述并利用环境信号加以调控，应用这样的模型，研究人员能够对其模块设计方式进行评估并可重设计、重合成，实现优化。2000 年，Gardner等构建的基因拨动开关，是构建具备设计功能的工程基因线路的开创性工作。Elowitz 和 Leibler设计的振荡器，利用 3 个基因模块彼此间的抑制和解抑制作用实现输出信号的规律振荡。Weiss 和 Basu建立了工程转录逻辑门的方法，并为线路的语言设计作出了重要贡献。通过基因线路可以了解原核、真核生物基因表达和分子噪声之间的关系，这也体现了合成生物学能够帮助人们深化对基础生物学的认识。合成生物学 1.0 会议以后，提出通过构建组合型基因线路，以提高生物系统的工程化水平的目标。一些有关大肠杆菌信号线路和元件设计的研究，已将合成线路设计的范围从以转录调控为主，扩大到转录后和翻译调控。通过设计出群体感应线路，开始用于多细胞模式的构建。
工程设计和构建方法的不断优化，加速了线路工程的发展进程。在大肠杆菌中构建的快速、具有鲁棒性、可持续振荡的基因振荡子，是振荡线路设计和理论研究方面的重大突破。哺乳动物细胞振荡子的合成，首次在哺乳动物细胞中实现了对基因表达的周期性调控。合成具有计数功能的基因线路，利用重组酶介导的 DNA 重排形成永久记忆，这是线路工程长期以来的一个目标。在这期间，基于 RNA 的线路工程也不断发展，生物传感为 RNA 运算提供了方法，构建出可用于对基因表达的逻辑进行调控的 RNA 器件。
近几年来，模块、线路设计能力不断提升，以单基因簇为单位对基因逻辑线路进行优化，可将原核生物的基因线路移植到真核细胞中；利用细胞之间的信号转导机制来调节多种细胞的基因表达，实现了双信号偶联的正、负反馈循环。合成线路赋予细胞更强大的功能，有力促进了蛋白质线路在生物技术领域的应用；Andrews等通过定量手段在细胞内设计可组合的具有反馈回路的时序逻辑，代表着在细胞内执行高级计算的研究迈出了关键一步。