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
simulación para producir nuevas funciones.
Registry of Standard Biological Parts  http://parts.mit.edu
Standardized part 1 + Standardized part 2  New function
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.
Craig Venter
Standardized part 1 + Standardized part 2  New function
Minimal Cell
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, PlosOne, 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. NatureBiotech. 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. (582.970bp)
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: 5-7Kb
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)
SyntheticBiology.org
Etc. group
Bibliografía
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Bibliografía
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