生物界的下一次革命将是根据已构建的基因草图来设计基因组。
克雷格·文特尔
在对DNA进行合成、组合、改错，以及采用新方法移植、培养染色体等一系列工作整整8年之后，2010年我们利用化学合成的染色体，对各种细胞表型进行基因编码，成功地合成了细胞。
与更改基因相关的一个主要局限性体现在成本上，包括所需费用和时间。例如，杜邦公司的研究小组花费至少10年的时间，而且据报道耗资超过1亿美金，完成了对大肠杆菌染色体差不多12次的修改。修改后，大肠杆菌就能把葡萄糖转化成丙二醇，从而产生“可再生的”纤维。最近乔治·丘奇实验室研究出了一些修改大肠杆菌密码子的改良技术，但这些离设计并建构基因组来执行特定的新陈代谢活动还有很长的路要走。
尽管我们团队已经研发出用于组装完整的合成的病毒染色体组的工具和技术（我们在不到一个月的时间里建成了完整的110万碱基对合成基因组），但按照目前寡核苷酸合成成本，我们的支出相当不菲（每碱基对30美分）。欣慰的是，此项工作使得我们快速、准确、低成本的合成DNA，这也激励了技术更新，以降低相应的成本。在过去23年里，DNA测序的费用已经下降了8个数量级。我们期待DNA合成领域出现更多更引人注目的科技突破。
合成生物学的福音
染色体组设计中最大的障碍并非成本，而是我们自身对于基础生物学了解的欠缺。一直以来，我们对所谓的模式生物过分强调，导致科学发现仅仅局限在鼠类，其实我们知道鼠类并非研究人类的模式生物；还有大肠杆菌，对于大多数其他病毒来说，它并非合适的模式。基因的多样性的范围超乎人类想象。就像人们狭隘地认为非编码DNA是“垃圾DNA”一样，很多人认为在染色体组定序过程中新发现的与已知基因相似性不高的基因，可能没有什么价值。从人类的肠道到海洋，对于环境的大范围的全基因组霰弹枪测序法告诉我们，这些未知的基因具有高保守性和高多样性。我们尝试着在最简单的细胞里通过基因淘汰来产生最小的基因组，结果表明对生命至关重要的基因中多达20%属于未知基因。
这些局限性说明，在不久的将来，基因的改造和新型物种的产生将主要基于经验。我们正从事DNA和基因组合成自动技术的研究，希望有一天此项技术能够构建无数的基因组。这种快速合成技术可以解释被我们称作的组合基因组合成，如何处理基因测序和基因的顺序以产生更多样化的基因组。利用设计巧妙的筛选，带有生物属性的新细胞能够快速地被挑选出来。
倘若我们在快速合成技术和筛选技术能够取得成果，这一方法会成为了解生物世界非常神奇的新资源。在科学和技术方面的局限性被克服之后，我相信，基因组的设计和构建将成为工业和生物革命的基础，将为人类提供食物、化学物质、燃料、净水、医药、疫苗以及其他资源。这些技术将为我们创造自身可持续性系统，用于未来的太空飞行、满足远程军事需求、或者更重要的，为了地球的未来。毫无疑问，合成生物学将会给我们带来福音。
资料来源 The Scientist
责任编辑 彦 隐