乍一看，詹姆斯·J·柯林斯在波士頓大學實驗室的培養皿中點綴的細菌菌落似乎沒什麼特別之處。每個大腸桿菌細菌都經過基因改造，一旦其周圍的菌落種群密度達到預定水平，就會製造特定的蛋白質。
懷疑論者可能會打呵欠。畢竟，基因工程並不新鮮。但是這些細胞不僅僅是被拼接了外源基因。柯林斯插入了一個完整的基因網路——他放入了許多相互作用的基因，以及細胞的天然遺傳機制。在這種情況下，他放入了一個來自費氏弧菌的群體感應網路。如果傳統的基因工程就像更換螺絲刀上的刀片，那麼柯林斯的方法就類似於一次性改變整個工具箱的內容。
39歲的柯林斯是新興領域合成生物學的成員。從業者為生命配方創造新的成分，包括核酸、氨基酸和肽。他們中的一些人甚至希望製造人造生物[參見W·韋特·吉布斯的“合成生命”；《大眾科學》，2004年5月]。它仍然被認為是一個種子階段的學科，年輕有為的科學家們用概念驗證實驗互相驚豔，並發表充斥著數學公式的論文。另一方面，柯林斯是第一個產生處於開發高階階段的商業技術的人。他比任何人都更能證明，合成生物學已經為市場做好了準備，這比其他人預期的要快得多。
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這些技術中最有前景的是RNA核糖調節器，柯林斯在2004年首次描述了它。它由一段DNA序列組成，在基因工程病毒的幫助下，整合到宿主細菌的基因組中。然後，DNA會建立一個信使RNA環，該環與核糖體（細胞的蛋白質工廠）上的一個位點結合，從而阻止特定蛋白質的產生。該調節器也可以反過來：它可以解除對核糖體的封鎖，以便開始製造該蛋白質。本質上，核糖調節器使科學家能夠以接近100%的準確性和效率來控制蛋白質的生產。
其他人很快改進了核糖調節器。哈佛醫學院的理查德·馬利根設計了一種可以透過向小鼠細胞新增特定分子來啟用的調節器。如果這些技術在人體內被證明是成功的，那麼人的細胞就可以變成製藥廠。只需服用藥丸即可開啟或關閉微型工廠。這樣的未來仍然遙遙無期，但到目前為止的進展讓柯林斯感到驚訝。“我從沒想過這項技術會在一年之內已經在哺乳動物身上起作用，”他說。柯林斯創立的一家名為Cellicon Biotechnologies的公司目前正在與多家公司談判，以便將其用於藥物發現。
核糖調節器並不是Cellicon公司唯一具有巨大商業前景的技術。該公司已將合成生物學背後的原理編碼到軟體中，以幫助篩選候選藥物對整個細胞的影響，而不僅僅是對一個蛋白質靶點的影響。“製藥公司非常擅長建立一種測定方法，以證明化合物擊中了特定靶點，”柯林斯說。“到目前為止，他們還不太擅長預測它會對細胞中所有其他基因和蛋白質產生什麼影響。”
柯林斯在技術開發方面的成功在於，他毫不費力地跨越了工程學和科學之間的界限。“我不確定傳統的定義是否還有幫助，”他說。“最終，我更感興趣的是看到我的工作成果幫助人類。如果我在此過程中做了一些好的科學研究，那也很棒。”其他人也同意。“柯林斯的科學工作更加令人印象深刻，因為他是在做真正的工程的同時完成的，”哈佛醫學院的生物學家喬治·丘奇評論道。[分隔符]
柯林斯原本想成為一名電氣工程師。但在牛津大學擔任羅德學者期間，柯林斯發現自己正在與著名的華威大學數學家和《大眾科學》數學遊戲專欄的前任撰稿人伊恩·斯圖爾特一起研究非線性動力學——俗稱混沌理論。“我還沒有遇到過比吉姆更能代表多學科研究概念的人，”斯圖爾特這樣評價他以前的學生。“有些人如果缺乏明確的學科界限就無法發揮作用。吉姆在這樣的環境中表現出色。”
在英國工作結束後，柯林斯成為波士頓大學生物工程系的教員。他對人類平衡感與隨機（或偶然的）感覺輸入——更廣為人知的是噪聲——之間的關係產生了興趣。“通常你會認為噪聲會阻礙訊號的清晰度，”柯林斯解釋說。“但在某些情況下，噪聲可以增強訊號。”柯林斯假設，老年人隨著年齡增長而失去平衡，部分原因是他們對隨機刺激（例如腳底的壓力）變得不那麼敏感。他設計了一種電池供電的鞋墊，可以產生適量的隨機振動，從而將75歲老人的平均平衡感提高到25歲年輕人的水平。
在研究鞋墊的過程中，他收到了系主任查爾斯·R·坎託的 необычный 請求。坎託希望柯林斯利用他在非線性動力學方面的專業知識，向來訪的撥款委員會做一個關於基因網路的演示。基因通常不是單獨工作的。相反，它們在一個相互依存的基因網路系統中發揮作用，其中各個基因不斷地修改網路中其他基因的行為。柯林斯當時沒有接受過分子生物學的專門教育，他在接下來的四天裡準備了簡報。該系沒有獲得撥款，但柯林斯從他的速成課程中意識到，生物學比大多數人意識到的更接近成為一門工程學科。“每個人都在試圖逆向工程細胞，但那是理解細胞最困難的方式，”柯林斯宣稱。“透過正向工程細胞，科學可以更容易地揭示其秘密。”
柯林斯說，透過正向工程細胞，科學可以更容易地揭示其秘密。
柯林斯很快領導一個團隊，在1999年建立了一個基因切換開關。它由兩個外源基因組成，每個基因都產生一種蛋白質，抑制另一個基因。根據新增到細菌培養液中的化學物質，一個基因的蛋白質將被有效地滅活，從而使該基因失效。“切換開關意義重大，因為不需要進一步的調節，”坎託說。傳統的基因工程需要持續插入刺激物以保持新基因的執行。只要生物體存活，切換開關就會保持開啟或關閉狀態。
柯林斯繼續最佳化他的切換開關，就像核糖調節器一樣，它也引起了製藥公司的興趣。在某種程度上，柯林斯合成網路的最大希望在於，它們有助於驗證越來越複雜的軟體模型，這些模型試圖模仿人體細胞。然而，柯林斯堅信，這種計算機模擬有其侷限性。“我的聖盃不是虛擬細胞，”他說，他強調了一個觀點，他認為整個合成生物學領域都必須同意這一點才能取得進一步的進展：“無論我們在建模方面做得多麼出色，模型永遠無法取代實際實驗。”