本机构主要的研究内容是将生物信息学、系统生物学与合成生物学贯穿起来，发展高通量组学技术和生物信息分析技术，解析复杂疾病、发育、细胞代谢过程中的网络调控、表观遗传等分子机制，通过系统生物学和计算生物学建立理论和计算上的”虚拟细胞”(含“仿真基因线路”、“虚拟基因调控系统”)模型，指导合成生物学元器件、分子线路和生命系统的设计、构建和应用，并进一步推动对生物系统机理的认识。计划通过跨学科合作，以重要生物制造业和疾病治疗为背景，在信息、分子、细胞、器官、生物个体等不同层面上研究代谢合成、调控网络和相关人工模块，研究微生物和动物细胞的基因线路、合成模块、人工调控元器件设计，摸索探讨具有重大应用价值的合成与系统生物学的理论、方法与技术。具体包括：