年，德国化学家弗里德里希·维勒无意在无机实验中合成了尿素，揭开了人工合成有机物的“合成化学”序幕。利用大肠杆菌生产大宗化工材料，摆脱石油原料的束缚；酵母菌生产青蒿酸和稀有人参皂苷，降低成本，促进新药研发；工程菌不“误伤”正常细胞，专一攻击癌细胞；创制载有人工基因组的“人造细胞”，探究生命进化之路；利用DNA储存数据信息并开发生物计算机……
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这些过去曾被视为天方夜谭的设计，已成为当代科学界的新生力量，一切都要得益于发展迅速的合成生物学，从19世纪后期到20世纪前半叶，基于数理化技术与方法的实验科学催生了认识生命共同本质的细胞生物学、生物化学、遗传学和发育生物学，而进化论的诞生，则最先将人类对生命的认识，提升到了理论高度。
人类自诞生以来，就在认识生命的漫漫长途中上下求索。从中国古代的《黄帝内经》和《本草纲目》，到西方近代博物学家对动植物分类，人类对于生命现象的认识，都是从对生命体的“宏观”观察、“表观”描述而获得的经验型逻辑总结。另一方面，对于譬如尿素之类的“有机物”，化学家们也认为只能由生物体在一种神秘的“生命力”作用下产生。
20世纪中叶，随着DNA双螺旋结构的发现，分子生物学“中心法则”的确立，人类开始找到生命现象的“密码本”。而生命另一类基本分子，具有生理活性的蛋白质牛胰岛素一级结构的解析，直接促成了我国科学家于60年代完成其全人工合成，即世界上首次人工合成蛋白质。在同一时代，DNA测序、重组技术的建立，实现了人类“读、写基因”的梦想；再加上在基因定向突变与敲除基础上的“编基因”梦想的实现，分子生物学及基因工程技术在上世纪80年代，将生命科学推向了历史上第一次革命顶峰。
至20世纪末，人类基因组计划带来了第二次革命，实现了基因组的全面“解读”，人类对生物体组成和生命规律的认识达到了前所未有的系统生物学深度和定量生物学精度。年，科学家合成约万碱基的支原体基因组，并将其转入另一种支原体细胞中，获得可正常生长和分裂的“人造生命”。此后，科学家又合成了非天然核苷酸、非天然氨基酸，并采用“编辑”基因组的手段，创建出人造单染色体真核细胞……人类获得了设计与合成生命的能力，年前盛行于世的“生命力”学说被完全克服。
古代，通过“尝百草”检验植物药性，建立中药体系，通过人工驯化与优选，获取种质资源，建立畜牧业与农业体系，都是利用当时的生物认识和生物技术，造福人类的典型工程实践。今天，怎样利用对生命“密码本”的认识及对其“编写”的手段，改造自然、造福人类？21世纪初，科学家们将工程科学的研究理念融入现代生命科学，发展出以合成生物学为代表的“会聚”研究，促成了生命科学的第三次革命，有望为解决健康、能源、粮食、环境等重大问题做出新贡献。
在抗击新冠肺炎疫情中，合成生物学技术也展现了强大应用潜力。例如，利用DNA条形码技术改进测序流程、利用基因编辑技术开发核酸诊断试剂，提高诊断的准确性和灵敏度。利用合成生物学技术还可以寻找潜在的小分子药物、开发疫苗，以及通过调节人体微生物组来激活免疫系统，提高抗病毒能力。
21世纪崛起的合成生物学技术，不仅引领着第三次生命科学革命，也让人类对生命本质的认识有了质的提升。各类技术的突飞猛进，带动了以基因与细胞治疗为代表的新兴治疗迅速发展。小分子及蛋白质药物是传统意义上的治疗方式，其内在的生物活性一般通过蛋白质工程或药物递送的方式来增强，以达到治疗效果和安全性。虽然这些能够开发改变生活的药物，但在众多人类疾病中仍有许多未满足的临床需求。
近年来，基因与细胞治疗在多个领域的临床疗效和治疗价值中彰显出巨大应用潜力，资本的大量涌入，研发赛道的火热，呈现出百家争鸣、百花齐放的状态。
合成生物学方法类似于药物化学方法，通过引入合成基因电路来生成工程化活体疗法（EngineeredLivingTherapies，ELT），从而实现多种细胞类型的功能化。这些工程化的细胞能够控制治疗所需的剂量以及时间，以响应特定疾病的生物标志物。
近日，来自哈佛大学Wyss研究所及合成生物学公司的几位作者共同发表了题为“Engineeringlivingtherapeuticswithsyntheticbiology”的综述。其中，循环工程细胞是为了解决癌症而发展起来的，根据不同方式设计出比如可控的/灵活的/选择性CAR-T细胞，以及集以上功能于一体的CAR-T细胞。
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微生物细胞也可以通过合成生物学方法进行操作，并输送到人体以预防或治疗疾病。因其易于操作、代谢简单的特点，微生物系统已经成为合成生物学发展不可或缺的一部分。
人类数百万年对于生命的探索，经过最近两个多世纪的三次革命，才达到了“合成生物学”的高度，形成了工程化的能力。然而，这只是“万里长征第一步”。未来，在人工智能和大数据等新技术推动下，合成生物学将赋予人类更强的“改造、利用自然”的能力，当然也会带来社会伦理与安全等新问题需要我们进一步探讨。
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