“合成生物學(xué)” (Synthetic Biology) 這個詞最早由法國物理化學(xué)家Stephane Leduc在其所著的《生命的機(jī)理》一書中首次提出，作者試圖利用物理學(xué)理論解釋生物起源和進(jìn)化規(guī)律，認(rèn)為“合成生物學(xué)是對（生物體）形狀和結(jié)構(gòu)的合成”。但當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展水平還不足以解釋生命的本質(zhì)，因此并未引起重視。

       1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著人類對生命本質(zhì)的理解進(jìn)入了更深層次，才有可能對生命體進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)。因此，我們以此為起點(diǎn)，將合成生物學(xué)的發(fā)展歷程分為如下4個階段：

1953

發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1957

提出生命遺傳信息傳遞的中心法則：DNA ? RNA → 蛋白質(zhì)

1960s

• 破譯遺傳密碼子
• 發(fā)現(xiàn)首個基因表達(dá)操作子模型，證明基因在體內(nèi)是受到嚴(yán)格調(diào)控的
• 中國科學(xué)家在全球首次人工合成具有生物活性的蛋白質(zhì)——牛胰島素

1970s

• 發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶，分子克隆技術(shù)誕生
• 首次人工合成基因

1980s

 PCR技術(shù)誕生，基因工程大發(fā)展

1990s

 進(jìn)入組學(xué)時代，大腸桿菌和酵母全基因組測序完成

領(lǐng)域創(chuàng)建與擴(kuò)張（2000-2007）

       2000年被認(rèn)為是現(xiàn)代合成生物學(xué)元年。這一階段產(chǎn)生了許多現(xiàn)代合成生物學(xué)領(lǐng)域奠基性的研究手段和理論，特別是基因線路工程的建立及其在代謝工程中的成功運(yùn)用，正式確立了現(xiàn)代合成生物學(xué)的概念。本階段的創(chuàng)新主要在技術(shù)手段上，工程應(yīng)用進(jìn)步相對滯后。

這一階段的標(biāo)志性事件包括：

2000

第一次設(shè)計(jì)合成了基因網(wǎng)絡(luò)開關(guān)和基因振蕩網(wǎng)絡(luò)

2001

人類全基因組草圖完成

2002

第一個人工合成生命體-脊髓灰質(zhì)炎病毒

2003

• 發(fā)明BioBrick質(zhì)粒

這是一種標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化元件，每個BioBrick元件可以攜帶不同的已知基因，但兩端接頭都是完全標(biāo)準(zhǔn)化的，能用完全相同的方法與其他任意的BioBrick元件組裝起來，實(shí)現(xiàn)生物元件的標(biāo)準(zhǔn)化裝配

• 青蒿素前體的生物學(xué)合成，開啟人造細(xì)胞工程生產(chǎn)天然產(chǎn)物的新時代

2004

• 首次合成生物學(xué)國際研討會（SynBio 1.0） 在美國舉行
• 首屆iGEM比賽在MIT舉行，此后發(fā)展為國際合成生物學(xué)頂尖賽事

2005

• 首個高通量測序技術(shù)誕生，改變了組學(xué)的研究范式
• 由RNA調(diào)控的可編程基因表達(dá)
• 合成生物學(xué)基本原則確立：標(biāo)準(zhǔn)化，去耦合，模塊化

2006

 利用工程菌侵入癌細(xì)胞

快速創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化（2008-2013）

這一階段涌現(xiàn)出大量的新技術(shù)和工程手段，使合成生物學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域大為拓展。

這一階段的標(biāo)志性事件包括：

2008

• 首次完全人工合成微生物基因組
• 改變大腸桿菌氨基酸代謝生產(chǎn)生物燃料

2009

發(fā)明Gibson Assembly DNA組裝技術(shù)

這種基因組裝技術(shù)擺脫了限制酶酶切位點(diǎn)的限制，組裝后的產(chǎn)物不存在額外的“疤痕”

2010

首次人工合成基因組細(xì)胞（支原體）

該細(xì)胞的基因組完全由人工合成，并且能夠自我復(fù)制

2011

• 首次合成酵母染色體臂
• 建立大腸桿菌的全套布爾邏輯門

2012

• CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)誕生
• 建立復(fù)雜多層基因環(huán)路

2013

 利用工程酵母菌株生產(chǎn)青蒿素

發(fā)展新階段（2014-今）

       在這一階段，工程化平臺和生物大數(shù)據(jù)、人工智能相結(jié)合，全面推動了合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新及相關(guān)應(yīng)用的商業(yè)化，合成生物學(xué)開始真正成為“未來產(chǎn)業(yè)”。

這一階段的標(biāo)志性事件包括：

2014

• 人工合成酵母染色體
• 拓展遺傳密碼子。非天然的遺傳密碼子使得未來的生命形式存在無限可能。

2016

• 人工合成最小細(xì)胞
• 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大腸桿菌邏輯門
• 愚公團(tuán)隊(duì)推出首批國產(chǎn)限制性內(nèi)切酶

2017

• DNA存儲
• 中國科學(xué)家參與完成從頭設(shè)計(jì)合成酵母全部5條染色體

2018

• 邏輯控制CAR-T細(xì)胞
• 首次合成單染色體酵母細(xì)胞
• 自組織多細(xì)胞結(jié)構(gòu)

2019

• 大腸桿菌全基因組合成
• 設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)參與的基因回路

2021

• AI驅(qū)動的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測
• 中國科學(xué)家利用二氧化碳人工合成淀粉
• 首個mRNA疫苗產(chǎn)品上市

2022

• 首次實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜生物體的特定組織中對基因活動進(jìn)行編程和調(diào)控
• 人工智能顛覆蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)
• 通過計(jì)算機(jī)模擬活細(xì)胞生命過程，揭示生命的底層原理

2023

• 首次從頭合成超過1kb的DNA，為基因治療和合成生物學(xué)提供了更強(qiáng)大工具
• 創(chuàng)造出不受任何已知病毒感染的生物體
• 獲得完整的端粒到端粒（T2T）人類基因組序列，填補(bǔ)了原有人類基因組中的缺口
• 首個CRISPR基因編輯療法產(chǎn)品上市，用于治療鐮刀型細(xì)胞貧血病