El campo de la Biología Sintética se ocupa del diseño y fabricación de componentes y sistemas biológicos que no existen en la naturaleza, así como las técnicas que permiten introducir modificaciones en los diseños de los sistemas biológicos ya existentes. El objetivo final es la creación de nuevos organismos capaces de responder a determinados estímulos de una forma programada, controlada y fiable. Esto permite que el poder de los sistemas biológicos, perfeccionado a lo largo de la historia evolutiva, sea aprovechado y, en última instancia, diseñado para aplicaciones funcionales. Este enfoque también conduce a nuevos conocimientos sobre las "reglas de la vida": comprender la biología mediante la construcción de una nueva biología.
Surgida a principios del siglo XXI, la Biología Sintética es un campo relativamente nuevo, y de manera constante aparecen nuevas aplicaciones para los sectores farmacéutico, químico, agrícola y energético. Hoy en día la Biología Sintética ya se utiliza en aplicaciones como las levaduras que producen insulina o la artemisinina, un fármaco para el tratamiento del paludismo.
La Biología Sintética es un esfuerzo interdisciplinario que surge de la convergencia de biología molecular y celular, ingeniería genética, física, química, bioquímica, ingeniería eléctrica, nanotecnología e información tecnológica. Esta disciplina prospera en una amalgama de ideas y metodologías derivadas de las ciencias naturales, ingeniería y matemáticas. El objetivo que se busca es el diseño de sistemas biológicos con características perfeccionadas o que no existen en la naturaleza. Esto se puede conseguir mediante diferentes tecnologías que incluyen: la expansión del código genético, el diseño de circuitos genéticos, el diseño de microorganismos con genoma mínimo, la evolución dirigida, y la ingeniería genética in silico, entre otras.
La Biología Sintética ofrece soluciones a diversos problemas del mundo real. Desde la lucha contra el cambio climático mediante la producción de biocombustibles, hasta la eliminación de contaminantes mediante la biorremediación, pasando por el uso de células modificadas como terapéuticas y en la medicina regenerativa. La imaginación humana es el principal determinante de los resultados futuros de la Biología Sintética.
Más allá de la pura curiosidad científica, tres clases de motivación impulsan la investigación con células artificiales. El primero está relacionado con la investigación del origen de la vida, donde la construcción de sistemas protocelulares ayuda a arrojar luz sobre cómo surgió la vida en la Tierra primitiva; éste fue un motor temprano para la investigación en este espacio. El segundo es el uso de células artificiales como modelos para estudiar biología en un entorno simplificado y altamente controlado. El tercero radica en sus aplicaciones potenciales como micromáquinas suaves y sensibles, diseñadas específicamente para realizar funciones biotecnológicas útiles. Los rápidos avances en esta área han significado que las aplicaciones del mundo real de las células artificiales, como agentes terapéuticos, sensores, materiales de autocuración y microrreactores bioquímicos, están en el horizonte.