如果说Craig Venter是国际上率先解读人类基因组的研究者之一，那么在合成生物学领域他绝对是世界上“制造”能够自我复制的细胞基因组的第一人。人造细胞“Synthia”的诞生，让Craig Venter又一次站在了全世界的聚光灯下。但如果从广义的角度解读“合成人工生命”，Venter的工作还算不上是“首次”。
2002年，纽约州立大学Wimmer小组的Cello等人制造了历史上第一个人工合成的病毒——脊髓灰质炎病毒 (Poliovirus)。这是一种单股正链RNA病毒，病毒侵入细胞后，RNA在病毒蛋白、RNA依赖的聚合酶以及其他相关蛋白的帮助下，转录为负链，并以此作为模板合成新的病毒基因组。该研究小组则按照相反的方向，用化学方法合成了与病毒基因组RNA互补的cDNA，使其在体外RNA聚合酶的作用下转录成病毒的RNA，并且在无细胞培养液中翻译并复制，最终重新装配成具有侵染能力的脊灰病毒。若将这种合成的病毒注射到小鼠体内可使其脊椎麻痹，甚至死亡。但该种合成病毒的毒力很小，仅相当于天然病毒的一千到一万分之一。这一工作开创了以无生命的化合物合成感染性病毒的先河。
2003年，Hamilton O. Smith和Craig Venter仅用了两周时间便合成了噬菌体φX174的基因组，该病毒只有11个基因 (5 386 bp)，但将合成的基因组DNA注入宿主细胞时，宿主细胞的反应和感染了真正的φX174噬菌体的细胞一样。
2008年，Becker等设计并合成了蝙蝠体内的SARS样冠状病毒基因组，并将该基因组中受体结合结构域 (Receptor-binding domain，RBD) 替换为之前流行的SARS病毒的RBD，并成功感染了培养的人呼吸道上皮细胞 (HAE) 以及小鼠。这一29.7 kb的RNA序列是当时合成的最大的可以自我复制的基因组。
之后Venter又将挑战目标指向原核生物。2007年8月，他的团队已经能够将蕈状支原体的整个基因组分离为“裸露”的DNA并将其移植到山羊支原体中，实现了不同物种间的基因组转输。之后Venter又率领一个17人小组首次尝试人工合成细胞基因组，最终在2008年成功地利用酵母细胞的同源重组完成了生殖支原体的全基因组合成，创造了当时世界上最大的人工合成的DNA组织 (582 970个碱基对)。
科学界对于人造生命的实践还是从本世纪初才兴起的。而上个世纪60年代就开始的对于核酸和蛋白质等有机物的人工合成也为人们后来尝试合成生命奠定了基础。这也要归功于中国在合成生物学方面的贡献：1965年9月17日，我国人工合成了结晶牛胰岛素，这是世界上首次人工合成蛋白质，也是当时人工合成的具有生物活力的最大的天然有机化合物。在1979年Khorana等合成酪氨酸阻遏tRNA之后，中国科学院上海生化研究所王德宝等历时13年，经过千百次的探寻和摸索，在世界上最早用人工方法合成了具有与天然分子相同化学结构和完整生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸转移核糖核酸 (Yeast alanine tRNA)。这种核糖核酸由76个核苷酸组成，其中除了4种常见的核苷酸外，还有7种稀有的核苷酸。利用化学和酶促相结合的方法，研究者自行制备出了11种核苷酸、近10种核糖核酸工具酶和有关的化学试剂等，并采取有机化学和酶促合成的方法，先合成了几十个长度为2~8个核苷酸的寡核苷酸链，然后用T4 RNA连接酶连接成6个大片段 (长度为9~19个核苷酸)，然后分别接成含有35和41个核苷酸的两个半分子。最后终于在1981年11月20日完成了最后的合成，以后又进行了5次重复合成试验，均获得了成功。在人类探索生命科学的道路上迈出了重要的一步。
“Synthia”的问世，似乎让人们觉得当年震惊世界的科学奇才Venter一下子又在实验室中制造出世上没有的人工生命。其实不然，虽然Venter以其过人的智慧在基因组与合成生物学领域走在世界前列，但人造生命的产生也并非一日之功。前人在生物合成以及人造病毒等方面的工作，为Venter在合成支原体细胞提供了丰富的依据和经验。而且，Venter也是在自己先前合成生殖支原体基因组以及天然基因组种间移植的工作基础上，经过大量实验，反复摸索，才在2年之后获得成功。因此，人造生命的出现并非偶然。
合成生物学的研究既是生命科学和生物技术在分子生物学和基因工程水平上的自然延伸，又是在系统生物学和基因组综合工程技术层次上的整合性发展。其目的在于设计和构建工程化的生物体系，使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生产能源、提供食物、处理污染等。从而增强人类的健康，改善生存的环境，以应对人类社会发展所面临的严峻挑战。
4.2 人造生命的技术困扰和挑战
合成生物学是后基因组时代生命科学研究的新兴领域。早在本世纪初，它就已经成为现代生命科学的研究热点。然而，“合成生物学”第一次真正进入大众视野，还是缘于这次“世界首个人造生命”的新闻事件。本次合成的支原体细胞较以前无论是病毒还是噬菌体基因组都要大出很多倍，Venter等的工作首次将合成生命的对象推广到原核生物，实现了合成生物学在细胞基因组水平的突破。
殊不知，虽然本次实验的最终产品是支原体细胞，但真核酵母却是这场表演的真正主角。目前的DNA合成技术还不能一次得到很长的序列片段，Venter小组合成的蕈状支原体的DNA，也是将整个基因组截成1078条DNA片段来合成，然后把它们插入酵母细胞中，利用酵母中具有超强DNA修复功能的酶，将平均长度为1080 bp的DNA片段拼接成1077947 bp的全长基因组。
因此准确地说，人造细胞“Synthia”唯一非天然的部分便是它依照蕈状支原体合成的基因组，但这1 000多kb的DNA，如果不是借助酵母的细胞环境，仅靠化学合成仍然是不能完成的。这也是目前人造生命主要的技术困扰之一：人工合成生命体的遗传物质在体外无法达到细胞基因组水平的最小长度；而且这些化学合成的“核酸”也并不一定能在细胞中稳定地复制传代并指导生命活动，所以更谈不上仅依靠这些化合物从头产生有生命的个体。另外Venter的小组合成的基因组也并非绝对的凭空“创造”。无论是2年前合成的生殖支原体基因组，还是这一次的蕈状支原体人造基因，除了几处极少的改动外，基本等同于这些天然细胞的基因序列。总之，目前的人造生命不可能完全脱离其天然范本和细胞环境。
在后基因组时代，基因测序和DNA合成技术虽然日臻成熟，且成本也越来越低。但人造生命或者其他合成生物学的研究仍然没有想象中简单。就以“Synthia”的产生过程为例，当正确的DNA序列移入到受体 (山羊支原体) 后却不正常工作。最终Venter他们还是通过甲基化酶的DNA修饰才克服了受体细胞的限制性。由于表观遗传学所涉及的各种因素，往往序列正确的DNA组装成结构正确的染色体后还是会在胞内发生沉默；外源基因的插入还可能造成细胞原有代谢途径的改变，从而影响到正常生命活动的进行。另外，生命系统的复杂多变、系统中各部件的功能尚不明朗，这些都成为合成生物学研究的技术困扰与发展制约。同时这也正是人类基因组破译10年后，其研究成果不能直接应用于医疗的具体原因之一。
4.3 生物安全与生物伦理
合成生物学研究只有突破各种技术壁垒和制约瓶颈，才能最终蓬勃发展起来。作为以系统生物学为基础的一门新兴学科，捷报频传的成果已经说明了合成生物学巨大的生命力和广阔应用前景，未来随着自然科学的飞速发展和合成生物学技术的不断进步，一定可以实现对微生物乃至高等动植物进行定向改造，甚至直接制造出世界上不存在的生命个体。但随之而来的生物伦理和生物安全等备受关注的问题又令一些学者望而却步。如同30多年前的DNA重组技术是否会对人类健康造成威胁的问题一样，一些必须面对的社会问题也困扰着合成生物学家们。2004年6月在美国麻省理工学院 (MIT) 举行的第一届合成生物学国际会议上除了涉及合成生物学的科学与技术问题外，还讨论了这一学科当前与未来的生物学风险、有关伦理学问题以及知识产权问题。随着这个领域的发展，对于合成生物学的安全性的考虑越来越多。人们所担心的正是对这些人工合成的微生物有意或无意的误用，让一些具有致病感染性的病菌威胁人类和其他生物的安全；或者在实验室中制造出未经自然选择而产生的物种，而这些生物的某些特性很可能影响到生态环境，破坏生态平衡，这些危害一旦发生后果将是难以预知和控制的。倘若合成生物技术被应用于制造生物武器，更会让人感到异常恐惧。但另一方面，合成生物学的贡献和前景已是有目共睹，合理开展合成生物学研究，将极大地推动经济与社会的发展。一味地逃避风险而停下探索的脚步无异于因噎废食。当然，在进行各种类型的研究之前，一定的监督和对价值与风险的评估都是必要的。这样才能使这一学科向着对全人类有益的方向发展；在未来才会有更多生命科学的发明创造在能源、环境、资源、健康等领域得到应用。这些应用才是科学家开创合成生物学的真正初衷，也是合成生物学本身的意义所在。
另外，合成生物学的发展过程也一直伴随着有关伦理道德的争论。一些宗教组织还认为生物合成无异于扮演上帝造物，有悖自然伦理。其实不然，类似于基因重组这样的工作几乎每天都发生在任何一个分子生物学实验室中。况且，一些致病的病毒和细菌同样是自然界的产物，而人类却一直为消灭它们而进行着斗争。天花病毒早已灭绝，脊髓灰质炎病毒也几近绝迹，没有什么比这更像在充当上帝的角色，但也不会有哪个理智的人对此感到遗憾。另外，合成生物学远没有发展到可以任意创造生命的程度。“任意创造生命”既不是目前合成生物学发展水平所能及，也不是发展该学科的最终意义。诺贝尔和平奖获得者Schweitzer 医生曾经写到“我必须坚持这样一个事实：生命意识透过我展示了她自己，成为与其他生命意识相互依存的一员”。人们不该因为肤浅的信条而削减了认识自然与追求真理的动力。感受和领悟“生命之美”恰恰是每一个生命科学研究者的理想与责任。但同时，对生物伦理的担心与讨论也值得被重视，相关的观点也应该受到尊重。
5 展望
当生命科学进入后基因组时代的第10年，合成生物学也在Craig Venter等人的一个个创新与突破中走过了10个年头。今天，“人造细胞”的成功见证了合成生物学领域由无机到有机，从基因组到细胞的又一次飞越。让人不禁感叹现代生物科技的高度发达。这一研究成果与其说是人类征服自然过程中的一次胜利，不如说是自然赋予我们的又一新知。
系统生物学的发展使人们对生物系统的认识逐渐加深。随着基因组数据库的日益丰富，生物信息学、基因与蛋白质组学等领域的进步，新的技术方法、更高的效率以及更低的成本将推动合成生物学在更多学科和领域中实现从局部向整体、由分散到系统的多元化发展。合成生物学有着巨大的社会效益及经济价值，必将在能源、环境、化工、材料、医药等领域得到广泛应用。但是，目前的合成生物学仍然有很多思想上和技术上的困难要克服。Craig Venter的挑战与创新精神正是未来所需要的。生物合成已不仅仅是一个科学问题，更是一个人类问题与社会问题。
在生命科学飞速发展的21世纪，科技进步需要积极、合理并有预见性地融入合成生物学的研究方法。唯有这样，合成生物学这把“双刃剑”才能真正成为人类认识世界和征服世界的利器；人们的未来生活才能最大程度地受益于生命科学的探索成果。合成生物学的潜能是巨大的：人造器官、廉价高效的药物生产、清洁并可持续的生物能源……这些美好的前景需要的是耐心和努力，以及一大批科学家和工程师们的创新与探索。因此，合成生物学任重而道远。
附录 合成生物学大事记
1828年，Wohler利用氰酸铵合成尿素。
1953年，Miller通过放电合成氨基酸，模拟原始地球的有机物发生过程。
1965年9月17日，中国合成了第一个人工合成的蛋白质——结晶牛胰岛素。
1968年，Khorana等合成了核苷酸及基因密码子。
1970年，Khorana等首次用化学方法人工合成了有77个核苷酸对的酵母丙氨酸的结构基因。
1972年，Price和Conover等的实验室各自用反向转录酶合成了家兔和人的珠蛋白基因，这是首次合成真核生物的基因。
1973年8月，Khorana等又合成了具有126个核苷酸对的大肠杆菌酪氨酸tRNA基因，但并没有转录功能。
1973年11月，Stanley Cohen和Herbert Boyle等精确地把基因或者DNA片段插入其他细胞中，从而建立了重组DNA技术。
1977年，美国加州大学的Boyer等用化学方法合成了人生长激素抑制因子的基因。
1979年，Khorana等合成了酪氨酸阻遏tRNA以及酪氨酸tRNA基因。
1981年11月20日，中国合成酵母丙氨酸转移核糖核酸。
2000年1月，Gardner等在大肠杆菌中构建了基因开关 (Toggle switch)，一个合成的双稳态基因调控网络。Elowitz等构建了第一个合成的生物振荡器——压缩振荡子 (Repressilator)。这两项事件标志着合成生物学作为一项新的领域正式产生。
2000年11月，Brenner等设计向细胞DNA中参入天然不存在的碱基的方法来发展人工遗传系统，支持人工生命形式。
2001年，Schultz实验室向大肠杆菌蛋白质生物合成装置中添入新的组分 (tRNA/氨酰-tRNA合成酶组合)，使之能通过基因生成非天然的氨基酸。
2002年8月，Cello等制造了第一个人工合成的病毒——脊髓灰质炎病毒。
2003年7月，Keasling等在美国劳伦斯伯克利国家实验室设立合成生物学部，并在大肠杆菌中成功地建立了合成青蒿素的网络，使得青蒿素价格降低到原来的1/10。
2003年8月，Schultz实验室又发明了一种向酵母中加入非天然氨基酸密码子的方法，成功地向蛋白质中导入了5种氨基酸。
2003年12月，Craig Venter等合成了噬菌体φX174的基因组。
2004年6月，第一届合成生物学国际会议在美国麻省理工学院召开。
2004年10月，美国、加拿大与日本的学者合作将收集到的1918年西班牙流感病毒的DNA片段进行分析，并据此人工合成了该株流感病毒编码HA和NA蛋白的基因，进而获得了新的流感病毒。该病毒表现出与西班牙亚型流感病毒相近的致病性。
2004年12月，Libchaber领导的研究小组尝试创造了一个模拟人造生物——“囊生物反应器”(Vesicle bioreactors)，其组成部分来自不同的生物材料：由蛋清中的脂肪分子和大肠杆菌细胞提取物组成。“囊生物”内的基因可控制合成α-溶血素 (α-hemolysin)。
2005年8月19日，美国旧金山举行了合成生物学会议，讨论了合成生物学在药物开发、细胞编程和生物机器人方面的潜在应用，以及随之而来的生物安全、伦理、法律等问题。
2005年11月，麻省理工学院的研究人员在E. coli中加入一个合成的传感器激酶，使细菌能对不同光照条件作出应答。
2006年，Keasling实验室将多个青蒿素生物合成基因导入酵母菌中产生了青蒿酸，并通过对代谢网络不断改造和优化，使产量实现了数量级水平的提高。
2008年2月，Craig Venter小组合成了生殖支原体的基因组DNA，这是第一个人工合成的原核生物基因组。
2008年12月，Becker等设计并合成了重组的蝙蝠SARS样冠状病毒。
2009年2月，日本东京大学和科学技术振兴机构的Tomohisa Sawada等应用纳米技术合成了只有1对碱基对的世界最短的双链RNA片段和只有3对碱基对的双链DNA片段。
2010年1月，美国Cell杂志和英国Nature杂志同时为合成生物学创建10年发表专题社论，并提出合成生物学将面临的挑战。
2010年5月20日，Craig Venter小组人工合成了蕈状支原体基因组，并在山羊支原体细胞中成功复制、翻译并传代。实现了第一个具有人造基因组的活细胞。