Principios básicos de Biología sintética

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Biología Sintética-Conjunto de acercamientos experimentales que buscan modificar o imitar sistemas biológicos, con el objetivo final de modificar (engineer) organismos vivos para cumplir con un determinado propósito o función (Drubin et al. 2007).

-Una amalgama entre la biología y la ingeniería (Drubin et al. 2007).

-Rama emergente de la ciencias biológicas que está basada en la cuantificación (Kaznessis 2007).

-Diseño y la construcción de nuevas funciones y sistemas biológicos que no existen en la naturaleza (Sleight et al. 2010).

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Biología Sintética

-Disciplina que busca la aplicación de los principios ingenieriles de abstracción y caracterización para el diseño de sistemas biológicos (Ellis et al. 2010; EASAC 2011).

-Rama emergente de la Biología que busca el diseño y la construcción de sistemas biológicos novedosos, con un enfoque en sistemas completos, compuestos de múltiples genes y productos génicos. La Biología Sintética trata de la adición y/o modificación de funciones biológicas en organismos existentes, creando nuevos sistemas biológicos con propiedades hechas a la medida (Peisajovich 2007).

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Ingeniería Genética

Biología Sintética

Manipulaciones sencillasCaracterísticas únicas

Realizar tareas complejasEnfoque en regulación y control

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Secuenciación

Tecnologías que han permitido el desarrollo de la Biologia Sintética

Síntesis de DNA

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Principios que fundamentan a la Biología Sintética

AbstracciónEstandarización

Modularidad Modelado y Diseño

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EstandarizaciónEstandarización

En Biología Sintética1) Condiciones de experimentación2) Metodologías3) Unidades de medición4) Protocolos de transferencia de tecnología5) Piezas genéticas estandarizadas

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EstandarizaciónEstandarización

BioBricksPiezas genéticas estandarizadasMetodologías estandarizadas para la construcción génica

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ModularidadModularidad

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ModularidadModularidad

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Abstracción

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Abstracción

PartesDispositivos

Sistemas

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Modelado y Diseño

Math

Modelaje y Diseño

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Lo que se busca1. Construcción de OGMs para realizar funciones

específicas, no solo para expresar características.

2. Imitar sistemas naturales.

3. Programación de organismos biológicos.

4. Facilitar los experimentos y desarrollos tecnológicos (iGEM)

5. Diseño de organismos biológicos a la medida

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Desarrollos fundamentales

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Repressilator

Modelo abstracto que representa al repressilator. Basado en Drubin et al. 2007

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Repressilator

Ruido genético

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Switches genéticos

a) Diseño del toggle switch construido por Gadner y colaboradores en 2000. Tomado de Drubin et al 2007.

Toggle switch

Regulación genética

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Switches genéticos

Circuitos construidos por Kobayashi et al. (2004) basados en el toggle switch de Gadner et al. 2000. a) Circuito de formación de biofilm inducido por daño al DNA por luz ultravioleta. b) Mismo circuito pero inducido por quorum sensing.

Funciones biológicas

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Switches genéticos

Otros switches de regulación genética. a) Loop de feedback positivo como sistema de regulación toggle switch en levaduras. b) Riboswitch para la regulación negativa de GFP, regulado a su vez por una molécula externa. Tomado de Drubin et al. 2007.

Feedback positivo

Riboswitch

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Comunicación celular

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Comunicación celular

Sistema de generador de pulso construido por Basu y colaboradores en 2004. a) Muestra el comportamiento del sistema de acuerdo al tiempo. Tomada de Drubin et al. 2007 b) Representa el circuito genético de la célula receptora en el sistema de generador de pulso. (Basu et al. 2004)

Generador de pulso

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Comunicación celular

Generador de pulso

Tiempo

Generador de pulso

Expresión génica

Represor

GFP

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Sistema de detector de banda construido por Basu y colaboradores en 2005. a) Muestra el comportamiento del sistema de acuerdo a diferentes concentraciones. Tomada de Drubin et al. 2007 b) Representa el circuito genético de la célula receptora de acuerdo a los diferentes estados generados por el gradiente de concentración. (Basu et al. 2005)

Comunicación celularDetector de banda

λ cI LacI GFPLacIM1LuxR

λ cI LacI GFPLacIM1LuxR

λ cI LacI GFPLacIM1LuxR

Sender Cell

a) b)Receiver Cell with Band Detector Circuit

[Sig

nal]

Inducer

High

Low

SignalProducer

SignalReceiver

Repressor A'

Repressor A'Repressor B

GFP

SignalReceiver

Repressor A'

Repressor A'Repressor B

GFP

SignalReceiver

Repressor A'

Repressor A'Repressor B

GFP

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Comunicación celularDetector de banda

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Transducción de señales

Modificación de vía de señalización N-WASP para activarse mediante ligandos externos. Tomado de Drubin et al. 2007.

Natural

Artificial

Natural N-WASP Design

Synthetic Design

Active actinepolymerization

Active actinepolymerization via Arp2/3

Cdc42

Off State On State

Off State

ExogenousPDZ Ligand

On State

Output

GBD

Arp2/3

Basic motif

Output

GBD

Arp2/3

Basi

c m

otif

PIP2

Output

PDZ Domain

Output

PDZ

Dom

ain

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Transducción de señales

a) Funcionamiento del sistema Cph8 para encender genes en E. coli en respuesta a luz. b) Representación de la proteína quimérica Cph8 y sus dos componentes principales. Levskaya et al. 2005)

Modificación de EnvZ