共分5章。第1章介紹合成生物學的基本概念和內容，使讀者對合成生物學有一個全面的了解。第2章和第3章介紹合成生物學設計和分析的基本方法、合成生物學的層次化結構和概念及合成生物學中的常用算法。第4章和第5章介紹合成生物學在基礎和實際應用方面的研究內容、成果和進展，包括經典的雙穩態開關、大腸桿菌成像系統、微生物計算機、合成青蒿酸的微生物工廠等。
合成生物學是21世紀的新興交叉科學，強調“設計”和“重設計”，其目的是通過人工設計和構建自然界中不存在的生物系統來解決能源、材料、健康和環保等問題。合成生物學的發展要以生物學、化學、物理學、數學、信息科學、工程科學、計算機科學等相關學科的發展為基礎。
《合成生物學導論》可作為具有一定生物學基礎的本科生和研究生教材，也可作為相關領域的學者和研究人員的參考書。
合成生物學是21世紀初出現的一門新興交叉學科，在這里，生物學、工程學和數學緊密地結合在一起。合成生物學的出現是分子生物學經歷了半個多世紀的發展，特別是人類基因組和模式生物基因組計劃實施以來，伴隨著生物信息學和系統生物學迅速發展的一個合乎邏輯的結果。在人類深入認識生命現象的基礎上，合成生物學旨在設計和構建工程化的生物系統，使其能夠處理信息、操作化合物、制造材料、生產能源、提供食物、保持和增強人類的健康和改善我們的環境。因此，合成生物學既是一門科學，也是一門技術，它是繼遺傳工程之后出現的新一代生物技術，代表了生物技術發展的一個新的制高點。2004年美國麻省理工學院主辦的世界著名科技雜志TechnologReview，曾將合成生物學列為將改變世界的十大新出現技術之一。在2008年以合成生物學為主題的第322次香山科學會議上，與會專家一致肯定了合成生物學對我國未來國民經濟發展的重大意義。
無論是我國制定的中長期科技發展規劃，或者是國務院頒發的《促進生物產業加快發展的若干政策》，都對生物技術給予極為充分的重視。在中國科學院最近出版的《創新2050：科學技術與中國的未來》系列叢書之一——《科技革命與中國的現代化——關于中國面向2050年科技發展戰略的思考》一書中，將人造生命和合成生物學列為22個戰略性科技問題之一；同時又將人造生命和合成生物學預測為“可能出現革命性突破的4個基本科學問題”之一。
序一
序二
前言
專有名詞英漢對照表
第一章 緒論
第一部分 合成生物學概述
1.1 合成生物學的誕生
1.2 合成生物學的定義
1.3 合成生物學的研究內容
1.3.1 生物大分子的合成與模塊化
1.3.2 生物基因組的合成、簡化與重構
1.3.3 合成代謝網絡
1.3.4 遺傳／基因線路的設計與構建
1.3.5 細胞群體系統及多細胞系統研究
1.3.6 數學模擬和功能預測
1.4 合成生物學的意義
1.4.1 加速合成生物系統工程化的進程
1.4.2 驗證和深化對于生物現象的理解，
1.5 合成生物學的工程本質
1.6 合成生物學與相關生物學科
1.6.1 與遺傳工程的關系
1.6.2 與分子生物學和細胞生物學的關系
1.6.3 與系統生物學和功能基因組學的關系
1.6.4 與生物信息學的關系
1.7 合成生物學國際會議及國際遺傳機器大賽
1.7.1 合成生物學國際會議(SyntheticBiologyx)
1.7.2 國際遺傳機器大賽
第二部分 合成生物學引發的思考
1.8 人類千造物主
1.8.1 道德規范
1.8.2 對環境無控制地排放
1.8.3 生物武器的濫用
1.8.4 對生物的專利與壟斷
1.8.5 創造人工生命?
1.8.6 究竟該如何應對?
第2章 合成生物系統的設計
第一部分 合成生物系統的模塊化與層次化結構
2.1 合成生物學的模塊化設計
2.1.1 模塊設計的三個特征因素
2.1.2 細胞本底環境對模塊化設計的影響
2.1.3 無細胞合成生物系統
2.2 標準化生物模塊——生物積塊
2.2.1 BioBrick命名規則
2.2.2 BioBrick的連接
2.3 標準定量機制
2.3.1 PoPS
2.3.2 RIPS
2.4 生物系統的層次化結構
2.4.1 生物部件“Pan”
2.4.2 生物裝置“Device”
2.4.3 生物系統“System”
2.4.4 細胞群體系統及多細胞系統
第二部分 合成生物系統的邏輯拓撲結構
2.5 串聯
2.6 單輸入
2.7 多輸入
2.8 反饋
2.9 前饋
第3章 合成生物系統的數學模擬與性能分析
第一部分 生物系統的數學模擬
3.1 常微分方程
3.1.1 質量作用定律
3.1.2 米氏方程
3.1.3 希爾方程
3.2 Logistic模型
3.2.1 單種群細胞自由生長的Logistic模型
3.2.2 兩種細胞自由生長的Logistic模型
3.3 主方程
3.4 隨機微分方程
3.5 模式識別
3.5.1 聚類分析
3.5.2 分類分析
3.6 小結
第二部分 合成生物系統性能分析
3.7 常用性能指標
3.7.1 穩定性
3.7.2 魯棒性
3.7.3 響應快速性
3.8 穩定性分析
3.9 魯棒性分析／敏感性分析
3.10 提高系統穩定性和魯棒性的機制
3.10.1 冗余
3.10.2 反饋控制
3.10.3 特異性和保真度
第4章 合成生物學的基礎研究
第一部分 模擬邏輯功能的基礎研究
4.1 邏輯門功能遺傳線路
4.2 基因調控開關
4.2.1 轉換開關
4.2.2 雙相開關
4.2.3 Riboswitch
4.2.4 雙穩態開關
4.3 ReprCSSilator
4.4 細胞群體系統脈沖發生器
第二部分 其他方面的合成生物學基礎研究
4.5 控制群體數量的基因線路
4.6 人工細胞群體圖案系統
4.7 人工轉錄級聯線路
4.8 工程化的支架蛋白
4.9 重構T7噬菌體基因組
第5章 合成生物學的應用研究
5.1 合成生物學應用于維護人類健康
5.1.1 環境控制的大腸桿菌對癌細胞的侵入系統
5.1.2 合成青蒿素的微生物工廠
5.2 合成生物學應用于生產生物能源利用工程化的大腸桿菌非發酵代謝途徑生物合成高級醇
5.3 合成生物學應用于環境治理砷離子的檢測
5.4 合成生物學應用于其他方面
5.4.1 大腸桿菌成像系統
5.4.2 微生物計算系統
參考文獻
主要網站
附錄A 名詞解釋
附錄B iGEM參賽項目選介
1.幽門螺桿菌疫苗
2.艾滋病的治療
3.芳香烴類污染物的檢測
4.丁醇的生物合成
5.基因反饋調節治療膿毒癥
6.大腸桿菌香味劑
名詞索引
人名索引
根據分子生物學的“中心法則”，生物遺傳信息的主要傳遞過程是以DNA為模板指導RNA的合成并由mRNA指導蛋白質的合成。DNA測序技術、遺傳工程技術、聚合酶鏈反應技術（PCR技術）、蛋白質晶體學技術等一系列生物技術的發展，使人類理論上可以進行任何蛋白質從氨基酸序列到局部超二級結構（模體，motif）的改造和組合。
合成生物學設計功能相對獨立、可以被組裝的蛋白模塊以探索生物的可塑性和構建嶄新的生物系統，因此對基本組分“工具箱”中蛋白質的需求遠比自然界能夠提供的種類多得多。例如，目前通過聚合酶鏈反應實現的基因擴增等生物過程主要是由自然界提取的酶（限制性內切核酸酶、連接酶、聚合酶）來執行的，這些酶受到底物和環境等的限制，在模塊化和功能性方面無法完全滿足人工生物系統的要求，因此需要開發模塊化、標準化的人工蛋白模塊。
這些蛋白模塊可以通過蛋白自身域結構的重新組合來巧妙地實現——生物體中有兩類DNA結合蛋白具有功能相對獨立的鋅指（zincfinger）結構，一類是鋅指蛋白，另一類是甾類受體。蛋白質中的鋅指結構由一組保守的氨基酸殘基（半胱氨酸和組氨酸）的側鏈和鋅離子以配位鍵結合，在蛋白質中形成了相對獨立的超二級結構，使蛋白質與DNA特異序列結合，像一根根手指伸向DNA的大溝。巧妙地利用這種結構，可以人工設計多鋅指DNA結合蛋白，進而重組蛋白模塊獲得嶄新的蛋白質功能，如嶄新的酶底物結合特異性等。
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