Η συνθετική γονιδιωματική είναι ένα πεδίο της βιοχημείας που επικεντρώνεται στη δημιουργία του γονιδιώματος — το πλήρες συγκρότημα των γενετικών ή κληρονομικών πληροφοριών ενός οργανισμού που είναι απαραίτητες για να διατηρήσει τη ζωή αυτός ο οργανισμός. Το γονιδίωμα ενός οργανισμού αποτελείται από μόρια δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) που σχηματίζουν έναν κώδικα. Τμήματα αυτού του κώδικα, που ονομάζονται γονίδια, ελέγχουν τη δημιουργία και τις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών στα κύτταρα του οργανισμού, επιτρέποντας στον οργανισμό να λειτουργεί. Στη συνθετική γονιδιωματική, οι επιστήμονες χειρίζονται και αναδημιουργούν γονιδιώματα για ερευνητικούς σκοπούς ή για πρακτικές εφαρμογές στην ιατρική και την παραγωγή βιοκαυσίμων.
Το DNA αποτελείται από επαναλαμβανόμενες δομικές μονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια, τα οποία σχηματίζουν ζεύγη βάσεων και δημιουργούν τα μοτίβα που αποτελούν τον γενετικό κώδικα. Τα νουκλεοτίδια και οι αλληλουχίες DNA κατασκευάζονται τεχνητά για μια ποικιλία βιοχημικών εφαρμογών, αλλά η συνθετική γονιδιωματική είναι μια πιο εμπλεκόμενη διαδικασία. Προκειμένου να δημιουργηθεί ένα λειτουργικό συνθετικό γονιδίωμα, το φυσικό γονιδίωμα πρέπει να είναι πλήρως γνωστό και είτε να αναπαραχθεί ακριβώς είτε να τροποποιηθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μην επηρεάζονται κρίσιμες λειτουργίες.
Το 2010, μια ερευνητική ομάδα με έδρα το Ινστιτούτο J. Craig Venter στο Rockville του Maryland δημιούργησε το πρώτο συνθετικό βακτηριακό γονιδίωμα. Το βακτήριο, Mycoplasma mycoides, έχει ένα γονιδίωμα που αποτελείται από ένα εκατομμύριο ζεύγη βάσεων. Η ομάδα μπόρεσε να αντιγράψει το φυσικό γονιδίωμα του βακτηρίου χρησιμοποιώντας συνθετικά παραγόμενα νουκλεοτίδια και να εισαγάγει το συνθετικό γονιδίωμα στο κύτταρο ενός διαφορετικού βακτηρίου, αντικαθιστώντας το DNA αυτού του βακτηρίου με το συνθετικό Mycoplasma mycoides DNA. Με το νέο γονιδίωμα στη θέση του, το κύτταρο άρχισε να λειτουργεί ως φυσιολογικό κύτταρο Mycoplasma mycoides, με όλες τις λειτουργίες του ανέπαφες.
Επιπλοκές στη σύνθεση ενός γονιδιώματος μπορούν εύκολα να προκύψουν λόγω της πολυπλοκότητας των εμπλεκόμενων συστημάτων. Για παράδειγμα, εάν ένα ζεύγος βάσεων είναι εκτός θέσης ή λείπει, το κελί μπορεί να μην λειτουργεί καθόλου. Ομοίως, οι βιοχημικές διεργασίες με τις οποίες το κύτταρο διαβάζει και υλοποιεί τις πληροφορίες στο DNA, και οι χημικές αλληλεπιδράσεις του κυτταρικού περιβάλλοντος με το DNA, πρέπει να είναι σωστές.
Η τεχνολογία συνθετικής γονιδιωματικής μπορεί να προσαρμοστεί σε βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές, όπως η παραγωγή βιοκαυσίμων. Από το 2011, ορισμένες εταιρείες ερευνούν τη δυνατότητα δημιουργίας συνθετικών φυκών που είναι πιο αποτελεσματικά από τα φυσικά φύκια στην παγίδευση και επεξεργασία του διοξειδίου του άνθρακα σε χρησιμοποιήσιμες ουσίες. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι η μηχανική άλγη με αυτόν τον τρόπο μπορεί να καταστήσει την παραγωγή βιοκαυσίμων πιο οικονομική και εμπορικά βιώσιμη.
Άλλα έργα στη συνθετική γονιδιωματική περιλαμβάνουν τη σύνθεση μόνο ενός τμήματος ενός γονιδιώματος για την τροποποίηση ενός οργανισμού για χρήση σε βιομηχανική ή επιστημονική ικανότητα. Ένα παράδειγμα είναι η τροποποίηση των γονιδιωμάτων των φυτών για να γίνουν οι καλλιέργειες πιο ανθεκτικές στην ξηρασία ή στα παράσιτα. Στην ιατρική, τα μικρόβια μπορούν να τροποποιηθούν γενετικά για να λειτουργήσουν ως φάρμακα για ορισμένες ασθένειες ή να βοηθήσουν στη γονιδιακή θεραπεία.