生物工程总体可归结成两类：自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）的方法。自上而下方法是对现有生物的全部基因组进行量身定制，制造出一个类似的具备一种或几种不同的特征或性质的生物。一种生物的基因材料与一种或多种来源的基因材料相结合成为一个从来没有的新生物的重组DNA代码。自下而上的方法是指将DNA片段连接起来重新制造一个全新的生物部件。一些科学家认为合成生物学只限于称呼自下而上的方法，虽然通常情况下，这个称呼也被用于自上而下的方法。

DNA片段重组是一种自上而下的方法，可以用来生产转基因食品和药品。最早发明的重组药品是合成胰岛素，大大降低了治疗糖尿病的药物成本。以前，大多数奶酪都是用牛犊的胃内膜生产，但是现在世界上大部分的奶酪都使用合成凝乳酶（胃内膜的活性成分）。

转基因作物具有抗虫害、抵御寒冷天气、生长快、高产、色泽好、营养价值高、货架时间更长等优点，美国市场上很容易买到。甚至有一些常见的转基因谷物品种可以用来生产低价的抗生素。但是，因为担心它们会搅混和污染原生物种，美国对于农场生产抗生素的谷物方面的测试制定了严格的限制。

美国的消费者很少知道他们吃的食物来自转基因作物。欧洲的科学家和消费者担心转基因食物对健康造成的风险可能在几代人之后会显现。这种担忧有一定的道理。转基因作物具有的一些特征比如抗杂草和抗害虫，对于农民而言十分具有吸引力，但是对于人类的长期影响还不得而知。

欧盟限制转基因产品的进口和销售，导致美国和欧洲之间的贸易紧张。在美国，有人呼吁给转基因食物添加标签，这样消费者至少可以避免选择转基因产品。但是说来容易做起来难。比如，一个农民对于地里种的是否是转基因种子根本不清楚。农民购买的种子可能是非转基因的，但也可能是鸟儿从转基因玉米地里衔来种子落到了原生玉米地里。

虽然很多人害怕转基因食品，但是目前仍然缺乏实质性的证据表明转基因食品会比传统食品危险。在某些情况下，转基因食品消除了常规生长的谷物或蔬菜带来的风险。比如，转基因作物能抗疾病或害虫，生长过程需要的化肥更少，因此对环境更友好。因为减少了化肥使用，人吃了未洗的水果和蔬菜中残余的化学品导致生病的可能性也减少了。问题是，美国和加拿大有明确的证据表明抗害虫的转基因作物会导致抗害虫的野草滋生，这就需要喷洒药性更强的除草剂。

欧盟已经批准了种植一种转基因玉米，但是也要求欧盟成员国政府对于本国种植转基因作物设定限制。欧洲特别关心转基因作物污染高价值的原生作物的可能性，当地人更加看重自然生长的水果和蔬菜的口感和质量。转基因作物味道更好的论点在味蕾更加挑剔的欧洲人那里行不通。因此，争论仍在继续，能产生长期影响的判决仍悬而未决。

除了刚才在讨论的植物和种子以外，鱼是什么情况呢？2010年美国食品和药品管理局（FDA）评估了供人类食用的首个转基因鱼案例。美国一家叫作水邦提（AquaBounty）的公司将一条太平洋Chinook三文鱼体内的生长激素控制基因转移到大西洋三文鱼中。Chinook比大西洋三文鱼生长速度快。该公司还在新鱼种中添加了第二种基因确保生长激素持续有效。

水邦提公司希望将这些生长周期短的转基因三文鱼推向市场以补充“寿司热”造成的三文鱼短缺。转基因动物可能比转基因植物危险更大，因为动物具有将疾病传导到人身体的能力。但是转基因动物与注射激素的牲畜（欧洲和美国几乎所有的牲畜都注射了生长激素）相比，究竟哪一种对人体健康造成的危险更大，目前还不清楚。

这种名字叫作水优势(AquaAdvantage）的转基因鱼在内陆的水池中生长。但是，环保主义者担心如果这些鱼逃到了海洋并与其他鱼类杂交，对其他的三文鱼物种会造成不利的影响。FDA自1995年以来对水邦提公司提交的关于允许转基因鱼进入市场销售的申请进行审核。2010年专家组发现这种三文鱼对于环境没有明显影响，可以食用。但是截至2014年秋天，FDA没有发布最终审评报告。也许他们有所顾虑，因为2008年他们批准了一个类似的审核，允许食用克隆动物产的奶和肉，招致成千上万的公民提出反对。

对于自下而上的基因工程方法，了解的人更少一些，因此安全性的争论声音也更小一些。但是这种方法带来的风险值得认真考虑，因为一些业余人士也能够亲手制造基因产品。自下而上的基因工程可以将标准的生物部件（生物砖块）组合起来制造一些承担具体任务的简单有机物系统。

生物砖块是具备独特结构的DNA序列，一些生物砖块与生物中的某些特别性状相对应。生物砖块基金已经注册了数千种生物砖块，该基金会也建议这些仍属于公开使用范围。这些标准的生物砖块相当于数千块不同的生物乐高积木块。生物砖块的使用正在将新生物系统制造转变成某种DIY工程。

每年，一群群大学生和教授通过国际基因工程机器大赛（IGEM）学习合成生物技术。参加大赛的每一个队都分到一个标准的生物部件工具箱，利用这个工具箱以及其他的部件，他们可以自己设计，整个团队要制造一个能够在活细胞中运行的生态系统。无害的实验室大肠杆菌株是这些新的生物系统最佳载体。

大肠杆菌存在于人体和所有温血生物中的肠道中，用于研究的菌株已经丧失了在肠道中生长的能力。大肠杆菌能够迅速繁殖，一夜之间就能长成，因此是研究最多，最容易理解的单细胞生命形式。有一个参加IGEM的团队制造了一个大肠杆菌新变体，能够改变其pH值。pH值被用来衡量一个物质的酸碱性，从而判断是否检测到砷的存在。换句话说，这个细菌可以作为有毒物质的探测器。

选择自下而上方法的合成生物学家的愿望是能够组装足够多的生物砖块，将生物学变成类似于电子组装的工程学。但是活细胞内部的更加复杂的活力是否可以通过简单的零部件组装流程来实现仍然不得而知。

围绕自下而上方法合成生物相关的伦理问题争论声音并不大，部分原因可能是这门科学还很年轻，而且也没有使用人类胚胎。正如下一章中所讨论的，任何使用人类胚胎以及胚胎细胞的项目都是一个敏感的底线问题，在美国尤为如此。