Máy vi tính Sinh học
Một máy tính sinh học đề cập đến một hệ thống sinh học kỹ thuật có thể thực hiện các hoạt động giống như máy tính, đây là mô hình chi phối trong sinh học tổng hợp. Các nhà nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới, chủ yếu ở Hoa Kỳ, đã xây dựng và mô tả nhiều cửa logic khác nhau trong một số sinh vật,cũng như chứng minh cả tính toán tương tự và số trong các tế bào sống. Ví dụ, các nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng vi khuẩn có thể được thiết kế để thực hiện phép tính tương tự hoặc tính toán số. Trong các tế bào người, nghiên cứu của Keller Rinaudo, Leonidas Bleris, Rohan Maddamsetti, Sairam Subramanian, Ron Weiss và Yaakov Benenson đã chứng minh một người đánh giá logic phổ quát hoạt động trong các tế bào động vật có vú trong năm 2007. Sau đó, các nhà nghiên cứu từ MIT và ETH Zurich đã sử dụng mô hình này để chứng minh một liệu pháp chứng minh khái niệm sử dụng tính toán kỹ thuật số sinh học để phát hiện và giết các tế bào ung thư ở người trong năm 2011. Hơn nữa, một nhóm các nhà nghiên cứu từ MIT, Đại học Boston và NIST đã chứng minh vào năm 2016 rằng sử dụng các nguyên tắc của kỹ thuật máy tính, chúng ta có thể tự động thiết kế mạch số trong các tế bào vi khuẩn. Năm 2017, các nhà nghiên cứu từ Đại học Boston và ETH Zurich đã chứng minh “logic Boolean và số học thông qua hệ thống cắt bỏ DNA” (BLADE) để kỹ thuật số tính toán trong tế bào người .
Biosensors
Bộ cảm biến sinh học đề cập đến một sinh vật thiết kế, thường là một vi khuẩn, có khả năng báo cáo một số hiện tượng môi trường như sự hiện diện của kim loại nặng hoặc chất độc. Với khả năng này, một hệ thống được sử dụng rộng rãi là operon Lux của Aliivibrio fischeri. Các mã operon Lux mã cho một enzyme là nguồn sinh học phát huỳnh quang của vi khuẩn, và có thể được đặt sau khi một promoter biểu hiện gen phát quang để đáp ứng một kích thích môi trường cụ thể. Một bộ cảm biến như vậy được tạo ra trong phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, và được đặt tên là “con critter trên một chip”, bao gồm một lớp phủ vi khuẩn phát quang trên một con chip máy tính nhạy sáng để phát hiện một số chất ô nhiễm xăng dầu. Khi vi khuẩn cảm nhận được chất gây ô nhiễm, chúng bắt đầu phát quang.
Chuyển đổi tế bào
Bài chi tiết: Chuyển đổi (di truyền học)
Hiện nay, tất cả các sinh vật không được tạo ra từ đầu, mà thay vào đó, các tế bào sống đang được chuyển đổi bằng việc chèn DNA mới. Có một số cách để tạo thành các cấu tử DNA tổng hợp và thậm chí cả toàn bộ hệ gen tổng hợp, nhưng một khi mã di truyền mong muốn được thu được, nó sẽ được tích hợp vào một tế bào sống mong muốn thể hiện được các khả năng mới hoặc các kiểu hình trong khi đó đang phát triển và phát triển. Chuyển đổi tế bào được sử dụng để tạo ra các mạch sinh học, có thể được thao tác để tạo ra các đầu ra mong muốn.
Protein thiết kế
Protein Top7 là một trong những protein đầu tiên được thiết kế cho một nếp gấp mà chưa bao giờ được nhìn thấy trong tự nhiên
Mặc dù có các phương pháp để điều khiển các protein tự nhiên như sự tiến hóa trực tiếp, nhưng cũng có những dự án thiết kế các cấu trúc protein mới phù hợp hoặc cải thiện tính năng của các protein hiện có. Một nhóm đã tạo ra một gói xoắn có khả năng ràng buộc oxy với các tính chất tương tự như hemoglobin, nhưng không liên kết carbon monoxide. Một cấu trúc protein tương tự đã được tạo ra để hỗ trợ một loạt các hoạt động oxidoreductase. Một nhóm khác tạo ra một gia đình thụ thể protein G-protein có thể được kích hoạt bởi các phân tử nhỏ clozapine-N-oxide trơ nhưng không nhạy cảm với phối tử bản địa, acetylcholine
Enzym công nghiệp
Các nhà nghiên cứu và các công ty sử dụng sinh học tổng hợp nhằm mục đích tổng hợp các enzym có hoạt tính cao, để sản xuất các sản phẩm có năng suất và hiệu quả tối ưu. Các enzyme tổng hợp này nhằm mục đích cải tiến các sản phẩm như chất tẩy rửa và các sản phẩm sữa không chứa lactose, cũng như làm cho chúng hiệu quả hơn.
Những cải tiến về công nghệ trao đổi chất bằng sinh học tổng hợp là một ví dụ về một kỹ thuật công nghệ sinh học được sử dụng trong công nghiệp để khám phá dược phẩm và hóa chất lên men. Sinh học tổng hợp có thể điều tra các hệ thống mô đun mô trong sản sinh hóa và tăng năng suất sản xuất chuyển hóa. Hoạt động enzyme nhân tạo và những ảnh hưởng tiếp theo đối với tỷ lệ và năng suất phản ứng trao đổi chất có thể phát triển “các chiến lược hiệu quả mới để cải thiện tính chất của tế bào … cho sản xuất hoá sinh quan trọng trong công nghiệp