Biología Sintética Biotecnología Avanzada

Biología Sintética

Modificar o imitar sistemas biológicos, con el objetivo final de ingenieriar (engineer) organismos vivos para cumplir con un determinado propósito o función.

(Drubin et al. 2007)

Biología SintéticaUna amalgama entre la Biología y la Ingeniería.

(Drubin et al. 2007)

(Kaznessis 2007)

Biología SintéticaRama emergente de las ciencias biológicas basada en la cuantificación.

Biología SintéticaDiseño y la construcción de nuevas funciones y sistemas biológicos que no existen en la naturaleza.

(Sleight et al. 2010)

Biología SintéticaDisciplina que busca la aplicación de los principios ingenieriles de abstracción y caracterización para el diseño de sistemas biológicos.

(Ellis et al. 2010; EASAC 2011)

Diseño y construcción de sistemas biológicos novedosos, con un enfoque en sistemas completos, compuestos de múltiples genes y productos génicos. La adición y/o modificación de funciones biológicas en organismos existentes, creando nuevos sistemas biológicos con propiedades hechas a la medida.

(Peisajovich 2007).

Biología Sintética

SintéticaBiología

Funciones, no características

Ideas novedosas

Hecho a la medida

Principios de ingeniería

Cuantificación

Sistemas biológicos completos

Principios fundamentalesde Biología Sintética

Estandarización Abstracción

Modularidad Modelado y cuantificación

quéParaes importante

#SynBiopara

Regulacióngénica

Regulacióngénica

El RepressilatorElowits & Liebler 2000

Imitar un sistema biológico natural

pSC101 origin

TetR

TetRλ cI

ampR

λ cI-lite

lacI-lite

tetR-lite

PLtet01

PLlac01

λPR

El RepressilatorElowits & Liebler 2000

Oscilación resultante con GFP

Regulacióngénica

ElSwitches genéticos

Gardner et al. 2000

Toggle Switch

ElGardner et al. 2000

Toggle Switch

λ cIPtrc

PL

LacI traA

RecADaño en el DNA

Formación de biofilm

ElGardner et al. 2000

Toggle Switch

Regular funciones biológicas

Regulación

Puertas lógicasTamsir et al. 2011

génica

Puertas lógicasTamsir et al. 2011

AND-gate

Puertas lógicasTamsir et al. 2011

Regulacióngénica

Multicellular computingTamsir et al. 2011

#SynBiopara

tecnologías

másseguras

tecnologías seguras

de salvaguardaWright et al. 2013Moe-Behrens et al. 2013

Dispositivos genéticos

pConstTeTR

pTetToxina

aTcInducción por el investigador

Muerte celular

pLacAntitoxina

pConstToxina

IPTG

Inducción consante por el investigador

Muerte celular

pLacTetR

pTetToxina

IPTG

Inducción consante por el investigador

Muerte celular

tecnologías seguras

genéticoWright et al. 2013; Moe-Behrens et al. 2013

Barreras de flujo

Lenguajes genéticos artificiales,Ácidos nucleicos que no son DNA ni RNA,Bases artificiales,tRNAs artificiales,Codones de cuatro bases en lugar de tres,Ribosomas artificiales.

tecnologías seguras

Cortafuegos genético

Wright et al. 2013; Moe-Behrens et al. 2013

Sistemas de incompatibilidad

#SynBiopara

Simplificar

Simplificar

Piezas genéticas estandarizadas

Prefijo BioBrick compuesto por dos sitios estándar para enzimas de restricción.

Sufijo BioBrick compuesto por dos sitios estándar para enzimas de restricción.

Pieza BioBrick

Piezas genéticas estandarizadas

Metodologías de

ensamblaje estandarizadas

Registro de Partes Biológicas Estándar

Herramientas

Herramientas Wiki

Manejo de piezas

Comunidad

Catálogo

Partes

Dispositivos

Chasis

Estándares

RepositorioDistribuciones de cada

año

EnsamblajesEstándares de

ensamblaje

Protocolos

Metodologías para ensamblaje

Técnicas de laboratorio

Aprendizaje

Acerca de

Ayuda

Registro de Partes Biológicas Estándar

Herramientas

Herramientas Wiki

Manejo de piezas

Comunidad

Catálogo

Partes

Dispositivos

Chasis

Estándares

RepositorioDistribuciones de cada

año

EnsamblajesEstándares de

ensamblaje

Protocolos

Metodologías para ensamblaje

Técnicas de laboratorio

Aprendizaje

Acerca de

Ayuda

Catálogo del Registro de Partes Partes

PromotoresRBS

Dominios de proteínas

CDS de proteínas

Unidades traductoras

Terminadores

DNA

Plásmidos

Esqueletos de plásmido

PrimersPartes compuestas

Dispositivos

Por tipo

Por función

Bioseguridad

Biosíntesis

Comunicación internelular y quorum

sensing

Muerte celular

Coliroid

Conjugación

Movilidad y quimiotaxis

Producción de olores y

sensado

Recombinación de DNA

Vectores virales

Generadores de

proteínas

Reporteros

Inversores

Receptores y emisores

Dispositivos de medición

Partes y dispositivos por estándar

Estándar 10

Estándar 23

Estándar 25

Estándar 21

Estándar 28

Estándar 15

Estándar 65

Partes y dispositivos por

contribución

iGEM 2012

iGEM 2011

iGEM 2010

iGEM 2009

iGEM 2008

iGEM 2007

iGEM 2006

iGEM 2005

Laboratorios

Cursos

Chasis

Escherichia coli

Catálogos proveídos por

usuarios

Mesoplasma florum

Integración genómica

Magnetotaxis

LevadurasCélulas de mamífero

Bacillus subtilis

Chasis libre de células

Simplificar

abstracción

Simplificar

Parte A Parte B Parte C

Parte B Parte C

Corte con AarI

Ligación de extremos complemenatarios

Parte AParte A

Parte B Parte CParte AParte A

Vector receptor

Vector receptor

Sitio de reconocimiento

Sitio de corte

Metodologías de construcción

BioBricks++Uso de enzimas de restricción tipo IIs

Parte A Parte B Parte C

Parte B Parte C

Corte con AarI

Ligación de extremos complemenatarios

Parte AParte A

Parte B Parte CParte AParte A

Vector receptor

Vector receptor

BioBricks++

El usuario diseña los extremos compatibles

Pieza A

Pieza B

Exonucleasa T5

Hibrización de extremos homólogos

DNA polimerasa

Piezas originales

Pieza D

Pieza C

DNA ligasa

SimplificarMetodologías de construcción

Ensamblaje Golden

#SynBioparaPredecir

matemáticasPredicciones

AhorrarTIEMPO GASTOSy

Se modela:Expresión del mRNA

Traducción a proteínaInteracciones en el promotor

Interacciones entre proteínas

Reacciones enzimáticas

Estructuras tridimensionales

Evolución molecular

INPUT

[High]

[Low]

[None]

Arabinose

iGEM-CIDEB2013

High

Low

Stan

d-­‐by

0 2  ·∙  10  16 1  ·∙  10  17  Graphical  Representation

7x10-5

700

700

350

700

700

3000

1.8

7

[reporters]

time (ms)

High

Low

0 2  ·∙  10  16 1  ·∙  10  17  Graphical  RepresentationSt

and-­‐by

7x10-5

700

700

350

700

700

3000

1.8

7

[reporters]

time (ms)

High

0 2  ·∙  10  16 1  ·∙  10  17  Graphical  Representation

Low

Stan

d-­‐by

7x10-5

700

700

350

700

700

3000

1.8

7

[reporters]

time (ms)

0 2  ·∙  10  16 1  ·∙  10  17  Graphical  Representation

High

Low

Stan

d-­‐by

7x10-5

700

700

350

700

700

3000

1.8

7

[reporters]

time (ms)

0 [Arabinose]

Res

pons

e

     Expected  behaviorGraphic  representation

0 [Arabinose]

Res

pons

e

     Expected  behaviorGraphic  representation

[Arabinose]

Res

pons

e

     Expected  behaviorGraphic  representation

After math

(nanomolecules)

0 [Arabinose]

Res

pons

e

     Expected  behaviorGraphic  representation

After math

∼1x1016 ∼6x1016(nanomolecules)

#SynBiopara

aplicacionesmúltiples

aplicacionesmúltiples

Modularidad

Prefijo BioBrick compuesto por dos sitios estándar para enzimas de restricción.

Sufijo BioBrick compuesto por dos sitios estándar para enzimas de restricción.

Pieza BioBrick

Estandarización

aplicacionesmúltiples

Dispositivos de regulación

aplicacionesmúltiples

Síntesis de compuestos

aplicacionesmúltiples

Ingeniería de proteínasmodular*Sensores biológicos

#SynBioPARA

Regulación Bioseguridad

Simplificar Predecir

Aplicaciones