Célula mínima y Biología sintética

Edgar del Llano Solanas Módulo Genómica y Proteómica

IntroducciónBiología Sintética:

-diseño y construcción de nuevas partes biológicas, elementos

funcionales y sistemas. -También remodelar las partes y sistemas

ya existentes

Crear sistemas biológicos con múltiples usos.Célula mínima:

- Célula que contiene un genoma mínimo, es decir, que contiene únicamente los genes esenciales para sobrevivir y replicarse.

Están muy relacionados!Encontrar la célula mínima es muy importante para la

biología sintética. Porqué:

- DNA es frágil. Como más grande es, más fácil se rompe.- Como más genes hay, más difícil es controlar las

interacciones de productos génicos.

Cómo encontrar la célula mínima?Pregunta: Existen infinidad de genes distintos. Pero cuales son los genes estrictamente esenciales para la vida? Cuales son los genes que formaron al primer ser vivo de l tierra?

Dos opciones

Introducir genes uno a uno en una célula vacía hasta que pueda sobrevivir.

Ir sacando genes de una célula hasta que no pueda sobrevivir.

Albert Libchaber

Craig Venter

Cómo encontrar la célula mínima?

Mycoplasma genitalium: - Es el organismo con menos DNA. Solo 580

KB.- Al ser un organismo parasítico, su genoma ha

sido reducido “naturalmente”.- Necesita un medio con muchos nutrientes.- No tiene pared celular.

No es de por si la célula mínima. También tiene genes neutros y otros obtenidos por selección.

Concepto de célula mínima es

solo teórico. No se encuentra

nunca en al naturaleza.

Porqué siempre ha existido una

presión selectiva.

Cómo encontrar los genes esenciales?

Mycoplasma genitalium VS Haemophilus influenzae

Genes compartidos = genes esenciales

Genes no compartidos = genes no esenciales

Se encontraron 256 genes que eran los esenciales. Estos estaban relacionados con:

- Replicación.- Reparación de DNA.- Transcripción.- Traducción.- Rutas metabólicas.- Transporte de nutrientes.- ???

470 regiones codificantes

1772 regiones codificantes

Cómo encontrar los genes esenciales?Global Transposon MutagenesisCrecer M. genitalium en medio SP4

(medio muy rico).

Inyectar a las células transposón Tn4001tet. Dejar que el transposón se replique y se inserte en varios sitios.

Transposones insertados en genes esenciales = muerte celular

Transposones insertados en genes no esenciales = células sobreviven

Analizar genoma de células que sobreviven. Buscar los genes dónde se ha insertado el transposón. Esos serán los genes no esenciales.

Por lo tanto, el resto de genes serán los esenciales!

Los genes esenciales

De los 480 genes de M. genitalium, 380 son esenciales.

Genes esenciales: - Replicación DNA.- Reparación DNA.- Citoesqueleto.- Glicolisis.- Transducción.- Replicación.

Célula sintética solamente con los 380 genes esenciales…

Mycoplasma Laboratorium

Biología sintética-diseño y construcción de nuevas partes

biológicas, elementos funcionales y sistemas.

-También remodelar las partes y sistemas ya existentes

Qué queremos conseguir

?

Qué DNA queremos

para lograrlo?

Cómo va a funcionar nuestro

sistema (por ordenador)?

Construir el DNA y integrarlo en la

célula

Validar que la célula vive y actúa

cómo esperábamos

Biología sintéticaLas Biopartes:

Son partes biológicas modulares diseñadas de modo que puedan ser combinadas fácilmente con otras biopartes.

Es decir, trozos de DNA que codifican para genes que se conocen muy bien y que además son fáciles de combinar con otros genes.

El objetivo es poder crear diferentes sistemas biológicos mediante la combinación de estas biopartes.

Se pueden encontrar muchas partes distintas: receptores, promotores, enzimas, etc…http://partsregistry.org/Main_Page

Construir una biblioteca de partes que puedan ser usadas conjuntamente utilizando bioinformática y herramientas de simulación para producir nuevas funciones.

Biología sintética

Genoma mínimo + biopartes que queremos + chassis = Nuestra propia y

original célula sintética!!!

Tiene muchas aplicaciones:

Biología sintética

Carole Lartigue et al. Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another. Science 317, 632 (Aug 2007).

Daniel G. Gibson, Gwynedd A. Benders, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Holly Baden-Tillson, Jayshree Zaveri, Timothy B. Stockwell, Anushka Brownley, David W. Thomas, Mikkel A. Algire, Chuck Merryman, Lei Young, Vladimir N. Noskov, John I. Glass, J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science.

John I. Glass, Nacyra Assad-Garcia, Nina Alperovich, Shibu Yooseph, Matthew R. Lewis, Mahir Maruf, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith , and J. Craig Venter. Essential genes of a minimal bacterium. PNAS, 103(2), 425-430. (Jan, 2006).

319, 1215 (Feb 2008).

Clyde A. Hutchison III, Scott N. Peterson, Steven R. Gill, Robin T. Cline, Owen White, Claire M. Fraser, Hamilton O. Smith, J. Craig Venter. Global Transposon Mutagenesis and a Minimal Mycoplasma Genome. Science, 286(5447), 2165 – 2

Peterson, S. N., Fraser, C. M. The complexity of simplicity. Genome Biol. 2001 Feb 08.

www.syntheticbiology.org

Bibliografía