合成生物學是指采用工程科學研究理念，對生物體進行有目標地設計、改造乃至重新合成，創建賦予非自然功能的“人造生命”，合成生物制造是以合成生物為工具進行物質加工與合成的生產方式，有望徹底變革未來醫藥、化工、食品、能源、材料、農業等傳統行業。合成生物學內涵主要體現在兩個方面：1）自上而下：目標導向的構建”人造生命” ，使用代謝和基因工程技術為活細胞賦予新功能，“人工基因組”是其核心內容，大片段基因組操作、改造以及大規模、高精度、低成本DNA合成是關鍵技術；2）自下而上：通過將“非生命”生物分子成分聚集在一起在體外創建新的生物系統，元件標準化→模塊構建→底盤適配的線路以及對生命過程的途徑、網絡組成及其調控、設計與構建是核心內容，人工線路構建平臺是其關鍵技術。
合成生物學的目的是設計符合標準的生物系統，基于工程設計原則利用工程可預測性控制復雜系統構建的“設計-構建-測試-學習”循環（DBTL）逐漸成為合成生物學的核心策略。生命系統具有高度的復雜性，人工設計的基因線路需要海量工程化試錯實驗去實現預設功能。這就需要用到“設計-構建-測試-學習”（DBTL）循環過程這一工程原理。在生物制造領域，DBLT循環四個階段循環往復可以成功構建需要的細胞，生產出合適的產品。
基因編輯技術的迭代：1996年，第一代代基因編輯技術，經基因工程改造的鋅指核酸酶(ZFNs)被設計出來，開啟人工改造生命體的旅程。2009年，第二代基因編輯技術類轉錄激活因子效應物核酸酶(TALENs)誕生。但前兩代技術構建周期長，步驟繁瑣，難以進行高通量基因編輯，極大限制了其推廣應用。直到2012年，CRISPR技術橫空出世，與ZFNs和TALENs技術相比, CRISPR/Cas9的設計要簡單得多, 而且成本很低, 對于相同的靶點, CRISPR/Cas9有相當甚至更好的靶向效率。
