將生物細胞想象成一個恰好是活著的微型可程式設計裝置，你就有了新興領域合成生物學背後的基本概念。與試圖解開自然生物系統的複雜性不同，“合成生物學家”最終希望使用現成的部件，從零開始構建高度可預測的簡單活細胞。 至今還沒有人做到這一點，但越來越多的科學家和工程師現在正朝著按需製造生命形式邁出第一步。
弄清楚如何程式設計人造細胞是優先事項列表中非常重要的一項。天然細胞的功能由相互作用基因的複雜網路或電路控制。正如工程師可以在電子電路中組裝撥動開關和振盪器一樣，新一代生物學家希望構建模組化的“即插即用”遺傳電路。
James J. Collins 和他在波士頓大學的同事在 2004 年 6 月 1 日出版的《美國國家科學院院刊》上描述了這樣一個模組。Collins 的團隊設計了遺傳撥動開關——開/關開關——可以控制天然網路，例如那些指導細菌細胞內蛋白質產生的網路。這項工作不僅證明了可以使用模組化設計策略對細胞進行程式設計，而且還為一類可以調節網路的新型療法提供了模型。Collins 現在正忙於嘗試對某些遺傳網路進行逆向工程——這項技術可能有一天會幫助科學家確定新藥的分子靶點。
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Collins 的遺傳模組是使用標準克隆技術構建的，基本上是透過剪下和貼上天然 DNA 到位。去年年底，另一組由哈佛醫學院的 George M. Church 領導的科學家描述了一種製造合成 DNA 的新方法。組裝 DNA，生命的程式設計程式碼，作為一種實驗室技術已經存在多年。然而，Church 和他的同事使用這種新方法制造了構成核糖體亞基的所有 21 個基因，核糖體是組裝蛋白質的細胞機器。構建長序列合成 DNA 的能力使科學家能夠創造出以前從未存在過的基因。
最近，Church 宣佈了一項新的 DNA 測序技術，該技術有望比傳統方法更快，成本約為九分之一。這是開發經濟實惠的基因組圖譜的關鍵一步，這些圖譜可能成為每個人醫療記錄的一部分。
隨著科學家開始大量製造遺傳電路和人造分子，他們無疑希望將它們包裝在自己設計的膜內——最終生產出真正的人造細胞。去年 12 月，洛克菲勒大學的 Albert Libchaber 描述了一種類細胞組裝體的創造，他稱之為“囊泡生物反應器”。囊泡由從大腸桿菌細菌中提取的液體組成，該液體被實驗室製造的脂質雙層包圍——非常像真實細胞的膜。囊泡沒有自己的 DNA，但它們能夠透過膜中特殊的蛋白質代謝從周圍介質中獲得的營養物質。Libchaber 將囊泡視為封閉的實驗室，這些實驗室不僅可能在化學和醫學中具有實際應用，而且可能有助於我們理解第一個天然細胞是如何進化的。