Biologa sinttica Adri Martn Mayor Introduccin Biologa Sinttica

Biología sintética Adrià Martín Mayor

Introducción

Biología Sintética: definición “Synthetic biology is the engineering of biology: the synthesis of complex, biologically based (or inspired) systems, which display functions that do not exist in nature. ” Ingeniería + biología Nuevas funciones (Synthetic Biology: Applying Engineering to Biology: Report of a NEST High Level Expert Group).

Biología sintética: Aplicaciones · Medicina Fármacos inteligentes Medicina personalizada Terapia génica Reparación y regeneración de tejidos Reprogramación celular Síntesis de fármacos · Energía Producción de hidrógeno Biocombustibles Pilas de combustible · Medio ambiente Explotación de minas Bioremediación Biosensores · Alimentación · Materiales · Nuevos tejidos Etc…

Biologia sintética-Biología de sistemas · Systems Biology: Attempts to obtain a quantitative understanding of existing biological systems. · Synthetic Biology: Is focused on the rational engineering of these systems. Biologia sintética Biología de sistemas

Biologia sintética-Biología de sistemas Establecer una jerarquía Establecer límites Reducir complejidad Determinar conexiones Estandarización

Biología sintética: proyectos · Registry of Standard Biological Parts : Construir una biblioteca de partes que puedan ser usadas conjuntamente utilizando bioinformática y herramientas de para producir nuevas funciones. Registry of Standard Biological Parts http: //parts. mit. edu Standardized part 1 + Standardized part 2 New function simulación

Registry of Standard Biological Parts

Registry of Standard Biological Parts

Registry of Standard Biological Parts

Registry of Standard Biological Parts

Biología sintética: proyectos · Genoma-Célula mínima: Encontrar los genes mínimos necesarios para la vida y generar un sistema celular lo más sencillo posible para posteriormente generar nuevas funciones. Standardized part 1 + Standardized part 2 New function Minimal Cell Craig Venter

Biologia sintética: proceso Biotechnol. J. 2006, 1, 690– 699

Biologia sintética: técnicas · DNA recombinante - Técnicas de clonaje, vectores. . . · Síntesi de DNA · Ingeniería de proteínas - Diseño racional, evolución dirigida…etc. · Herramientas bioinformáticas - Previsión de estructuras, docking, redes…etc.

Biologia sintética básica Vs. Biología sintética aplicada · Gran parte de la investigación en biología sintética es básica · Las aplicaciones reales obtenidas con biología sintética no han hecho uso del ‘Registry of Standard Biological Parts‘ Elowitz, M. B. & Leibler, Nature 403, 335– 338 (2000) M. W. W. Adams et. al, Plos. One, 2007

Ejemplos

Biología sintética: ejemplos · DNA sintético

Biología sintética: ejemplos · DNA sintético: detección HIV y hepatitis virus Elbeik, T. et al. J. Clin. Microbiol. 42, 3120– 3127 (2004).

Biología sintética: ejemplos · Nuevos péptidos catalíticos

Biología sintética: ejemplos · Artificial riboregulator system Isaacs FJ et al, Nat Biotechnol 22: 841– 847.

Biología sintética: ejemplos · Protein switch Prehoda, K. E. , Scott, J. A. , Mullins, R. D. & Lim, W. A. Science 290, 801– 806 (2000).

Biología sintética: ejemplos · Nuevos receptores Looger LL et al, Nature 423: 185– 190

Biología sintética: ejemplos · Diseño de mecanismos Hooshangi et al (2005)

Biología sintética: ejemplos · Diseño de mecanismos complejos

Biología sintética: ejemplos · Diseño de mecanismos complejos Elowitz, M. B. & Leibler, Nature 403, 335– 338 (2000)

Biología sintética: ejemplos · Diseño de vías metabólicas Martin, V. J, Keasling, J. D. et. al. Nature. Biotech. 21, 796– 802 (2003).

Biología sintética: ejemplos · Diseño comunicación intercelular (You et al. , 2004)

Biología sintética: ejemplos · Diseño comunicación intercelular

Biología sintética: ejemplos · Diseño comunicación intercelular

Célula mínima

Genoma-Célula Mínima 485 genes codificantes Experimentos de mutagénesis con transposones 100 genes no esenciales

Genoma-Célula Mínima

Genoma-Célula Mínima

Genoma-Célula Mínima Sólo se habian sintetizado genomas de virus. Mycoplasma genitalium: bacteria con el genoma más pequeña de las que se han conseguido hacer crecer en cultivo puro. (582. 970 bp) Aproximadamente 100 de sus 485 de sus genes son no esenciales en condiciones óptimas de crecimiento en el laboratorio. No se sabe si todos estos genes pueden ser eliminados simultáneamente. Proponen la producción de genomas reducidos de forma sintética, introducirlos en células y ver si son viables.

Genoma-Célula Mínima Synthetic DNA cassetes: 5 -7 Kb

Genoma-Célula Mínima

Genoma-Célula Mínima

Futuro

Futuro · Desarrollo de nuevo software para trabajar con redes complejas. · Crecimiento de la base de datos de partes. · Sintesi de DNA / Genomas sintéticos. · Aparición de ejemplos de aplicación interesantes. · Es posible que en 10 años seamos capaces de rediseñar totalmente células.

Ética · Problemas éticos: creación de vida / jugar a ser dioses · ¿Equilibrio entre beneficios y riesgos? · Problemas: - Utilización militar - Control de la tecnología (patentes) - biodiversidad - salud - Terrorismo - democrácia Synbiosafe (Europa) Synthetic. Biology. org Etc. group

Bibliografía Serrano, Luis. Synthetic biology: promises and challenges. Editorial. Molecular Systems Biology 3: 158. Dec. 2007. SYNBIOLOGY. An Analysis of Synthetic Biology Research in Europe and North America. European Commission FP 6 Reference: Contract 15357 (NEST). Output D 3: Literature and Statistical Review. October 2005. Report of NEST High Level Expert Group. Synthetic Biology: Applying Engineering to Biology. Project Report. EUR 21796. European communities, 2005. 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. G lass, J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science, 319, 1215 (Feb 2008). 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). Joachim Boldt and Oliver Müller. Newtons of the leaves of grass. Nature Biotechnology, 26(4): 387 -389. (Apr. 2008). [13] 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 – 2169. (Dec. 1999).

Bibliografía Hamilton O. Smith, Clyde A. Hutchison, III , Cynthia Pfannkoch, and J. Craig Venter. Generating a synthetic genome by whole genome assembly: X 174 bacteriophage from synthetic oligonucleotides. PNAS, 100 (26): 15440 -15445. (Dec. 2003) Juli Peretó i Magraner. Lliçó inaugural. què és la vida i com podem fabricar-la. Activitat institucional. IEC, Set 2003. Jeronimo Cello, Aniko V. Paul, Eckard Wimmer. Chemical Synthesis of Poliovirus c. DNA: Generation of Infectious Virus in the Absence of Natural Template. Science, 297(5583), 1016 – 1018. Aug. 2002. Zhang Y-HP, Evans BR, Mielenz JR, Hopkins RC, Adams MWW. High-yield hydrogen production from starch and water by a synthetic enzymatic pathway. PLo. SONE, 2(5): e 456. (2007). Martin VJ, Pitera DJ, Withers ST, Newman JD, Keasling JD. Engineering a mevalonate pathway in Escherichia coli for production of terpenoids. Nat. Biotechnol. 21: 796 -802. (2003). Lindahl AL, OLsson ME, Mercke P, Tollbom O, Schelin J, Brodelius M, Brodelius PE. Production of the artemisinin precursor amorpha-4, 11 -diene by engineered Saccharomyces cerevisiae. Biotechnol. Lett. 28: 571 -580. (2006). Benner and Sismour, Synthetic Biology, Nature Reviews, July 2005.