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Principios básicos de Biología sintética
SN: gnpsb101es003
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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