Genomica sintetică este un domeniu al biochimiei care se concentrează pe crearea genomului – ansamblul complet al informațiilor genetice sau ereditare ale unui organism, necesare pentru ca acel organism să își mențină viața. Genomul unui organism este format din molecule de acid dezoxiribonucleic (ADN) care formează un cod. Porțiuni din acest cod, numite gene, controlează crearea și interacțiunile proteinelor în celulele organismului, permițând organismului să funcționeze. În genomica sintetică, oamenii de știință manipulează și recreează genomurile în scopuri de cercetare sau pentru aplicații practice în medicină și producția de biocombustibili.
ADN-ul este format din unități structurale repetate numite nucleotide, care formează perechi de baze și creează modelele care constituie codul genetic. Nucleotidele și secvențele de ADN sunt fabricate artificial pentru o varietate de aplicații biochimice, dar genomica sintetică este un proces mai implicat. Pentru a crea un genom sintetic funcțional, genomul natural trebuie să fie cunoscut în întregime și fie replicat exact, fie modificat în așa fel încât să nu fie afectate funcții cruciale.
În 2010, o echipă de cercetare cu sediul la Institutul J. Craig Venter din Rockville, Maryland a creat primul genom bacterian sintetic. Bacteria, Mycoplasma mycoides, are un genom format din un milion de perechi de baze. Echipa a reușit să reproducă genomul natural al bacteriilor folosind nucleotide produse sintetic și să introducă genomul sintetic într-o celulă a unei bacterii diferite, înlocuind ADN-ul acelei bacterii cu ADN-ul sintetic Mycoplasma mycoides. Odată cu noul genom la locul său, celula a început să funcționeze ca o celulă normală de Mycoplasma mycoides, cu toate funcțiile sale intacte.
Complicațiile în sintetizarea unui genom pot apărea cu ușurință datorită complexității sistemelor implicate. De exemplu, dacă o pereche de baze este deplasată sau lipsește, celula poate să nu funcționeze deloc. În mod similar, procesele biochimice prin care celula citește și implementează informațiile din ADN și interacțiunile chimice ale mediului celular cu ADN-ul trebuie să fie corecte.
Tehnologia genomică sintetică poate fi adaptată la aplicații industriale și comerciale, cum ar fi producția de biocombustibil. Din 2011, unele companii cercetează posibilitatea de a crea alge sintetice care sunt mai eficiente decât algele naturale la captarea și procesarea dioxidului de carbon în substanțe utilizabile. Mulți cercetători cred că ingineria algelor în acest fel poate face producția de biocombustibil mai rentabilă și mai viabilă din punct de vedere comercial.
Alte proiecte în genomica sintetică implică sintetizarea doar a unei părți a unui genom pentru a modifica un organism pentru a fi utilizat într-o capacitate industrială sau științifică. Un exemplu este modificarea genomului plantelor pentru a face culturile mai rezistente la secetă sau dăunători. În medicină, microbii pot fi modificați genetic pentru a acționa ca remedii pentru anumite boli sau pentru a ajuta la terapia genică.