에너지, 석유 대체, 고부가가치 대사산물을 E. coil, 효모 등을 이용하여 합성에 적용할 수 있으며, 장기적으로는 새로운 바이오 시스템이나 인공생명체 설계 및 합성기술로 발전할 것으로 기대된다. 에너지 개발을 위한 초 효소, 미생물을 이용한 초민감 센서, 세포 기능을 직접 하는 유전자 논리 회로 등 다양한 연구 분야에서 빠른 진전이 예상된다. 특히 최근 지구 온난화와 화석자원 고갈로 기존 산업시스템에서 석유의 역할을 재생 가능한 자원인 바이오매스로 대체하는 바이오에너지와 바이오리 핀에 대한 관심이 높아지고 있으며, 합성생물학에 관한 관심도 높아지고 있다.
미국 에너지청과 환경청은 합성생물학으로 온난화 문제가 완화될 수 있는지를 찾고 있다. 바이오 정화는 석유정화의 석유정화와 유사한 방식으로 순수물질을 추출하거나 바이오매스를 처리하는 개념으로 다양한 용도로 물질을 생산한다. 석유 정제 소는 약 1,000개 이상의 화합물의 혼합물인 기름으로부터 몇 가지 중요한 석유화학 제품을 만들기 위한 순수한 원료를 추출하고, 그러한 공정에서 휘발유, 등유, 디젤과 같은 연료를 생산한다. 이 과정을 모방함으로써, 생물체를 사용하고 이 과정에서 에너지 자원을 얻을 수 있는 화학 물질을 정화하는 전환의 개념은 정확히 생물 정제입니다.
바이오절제는 고부가가치 화학물질을 하나의 바이오매스 공급원료에서 순수하게 분기하여 사용할 수 있게 하지만, 약간 싼 값으로는 대량의 연료를 얻을 수 있으며, 이를 자신의 힘으로 획득, 판매, 사용하는 등 다양한 공정에서 가용성에 개방되어 있다. 유가 급등과 석유자원 고갈, 기후변화와 관련된 국제환경규제 등을 통해 친환경 대체연료 사용을 확대하기 위한 시도로 이러한 에너지를 생산하는 합성미생물 개발에 연구가 주목받고 있다. 미국의 키슬링 그룹을 포함한 여러 그룹이 다량의 수소 가스를 생산할 수 있는 미생물을 합성하기 위한 생물학적 방법을 개발하려고 하는 장기 프로젝트가 진행 중입니다. 이미 화학적으로 합성된 유전체로 구성된 새로운 생물학의 성공적인 합성 생물학 리더인 크레이그 벤터 박사는 유조선이 합성 생물학을 통해 화석 연료 탱크 대신 연료를 생산하는 미생물을 함유한 용기를 장착한 자동차를 운반함으로써 사라질 것이라고 말했다.
실제로 미국 에너지 바이오에너지연구소 JBEI 산하 국립바이오에너지연구소와 대표적인 바이오에너지업체인 LS9, AMY RIS 등이 합성미생물을 이용해 에탄올, 디젤, 항공유 등을 생산해 생산성을 높이는 과정에 있다. 백신은 생백신(약품 백신), 항원만을 분리·정화해 만든 재조합 서브유닛 백신, 바이러스와 유사한 물질을 사용하는 바이러스 운반체를 이용한 바이러스 백신, DNA 백신 등이 있다. 그중에서도 합성생물학 기술을 이용해 생산할 수 있는 DNA 백신이 눈에 띄는데, 설계가 쉽고 품질이 우수하며 보존에 매우 안전하고, 비용이 저렴하며, 다양하게 활용되고 있다. 이 DNA 백신은 다른 백신과 마찬가지로 유체 면역과 세포 내 면역을 유도할 수 있다. DNA가 세포에 들어가면 MRSA가 생성되고, 상응하는 단백질이 생성되고, 세포에서 단백질이 파괴되고, 일부는 밖으로 분비되어 B세포를 활성화하고 항체를 파괴하며, 일부 부서진 부분은 TCL과 같은 세포를 자극하여 세포 내 면역을 유도한다. 그것은 감염, 암, 자가 면역 질환 또는 알레르기와 같은 임상, 면역 및 치료에 사용됩니다.
생화학요법은 생화학요법을 말하며 바이러스와 박테리아로 나뉜다. 캘리포니아 대학 제이 키슬링 연구팀은 초기 합성생물학 기술을 이용해 말라리아 약품인 아테미시닌 전구체를 대장균, 뱀, 효모 등 다른 유기체에서 나온 10개의 유전자를 조합해 대량 생산한다. 이 연구의 결과는 합성생물학의 좋은 성공사례가 된 프랑스 제약회사를 통해 상용화되고 있다.
생물학 컴퓨터는 컴퓨터와 같은 작업을 수행하는 인공적으로 설계된 생물학적 시스템을 의미하며 합성 생물학의 지배적인 패러다임입니다. 연구원들은 많은 유기체에서 다양한 논리 회로를 만들고 특징지었고, 살아있는 세포에서 아날로그와 디지털 작동을 보여주었다. 연구원들은 박테리아가 아날로그 및 / 또는 디지털 조작을 수행하도록 설계될 수 있음을 보여 주었습니다. 2007년에 시행된 인간 세포 연구는 포유류 세포에서 작동하는 보편적 논리 해석기를 도입했습니다.2011년 연구원들은 생물학적 디지털 매니푸를 사용하는 기술적 검증(en: 개념 증명) 치료법을 보여주기 위해 이 패러다임을 시연했다.