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Se conosciamo in modo approfondito la biologia di tutti i sistemi possiamo, in un secondo momento, cercare di capire anche le interazioni reciproche.

Questo è lo scopo della biologia di sintesi: l'integrazione (la "sintesi") delle informazioni che derivano dalle diverse aree di studio della biologia dei sistemi per arrivare ad una conoscenza più olistica degli organismi viventi.

Dal momento che comprendere a fondo un sistema può anche voler dire poterlo replicare, la biologia di sintesi è diventata anche sinonimo di ingegneria dei sistemi, cioè l'insieme di tecniche e conoscenze che permettono di progettare e costruire nuove funzioni e nuovi sistemi biologici.

La punta estrema di questa ricerca è la creazione in laboratorio di forme di vita.

Uno degli strumenti più utilizzati è la modellizzazione informatica: la creazione di software che permettono di integrare tutte le informazioni note in un sistema, fornire una rappresentazione grafica e predire sulla base di calcoli statistici e di quanto noto l'evoluzione in seguito all'inserimento di un elemento perturbante.

Tra le applicazioni più avvenieristiche della biologia di sintesi figura la produzione di microchip per i computer: diversi studi dimostrano le potenzialità delle molecole di DNA di memorizzare informazioni ed elaborarle con un'efficienza molto elevata. Questa constatazione ha portato al test sperimentale per verificarne il possibile utilizzo per la costruzione di processori biologici. In questo caso, lo studio approfondito di un sistema biologico ha aperto la strada alla possibilità utilizzare le sue caratteristiche in modo innovativo e in un contesto diverso mediante la sintesi in laboratorio.