Célula mínima y Biología sintética

1. Célula mínima y Biología sintética Edgar del Llano Solanas Módulo Genómica y Proteómica

2. Introducción Crear sistemas biológicos con múltiples usos. • Biología Sintética: -diseño y construcción de nuevas partes biológicas, elementos funcionales y sistemas. -También remodelar las partes y sistemas ya existentes • Célula mínima: - Célula que contiene un genoma mínimo, es decir, que contiene únicamente los genes esenciales para sobrevivir y replicarse. • Están muy relacionados! • Encontrar la célula mínima es muy importante para la biología sintética. • Porqué: • DNA es frágil. Como más grande es, más fácil se rompe. • Como más genes hay, más difícil es controlar las interacciones de productos génicos.

3. Cómo encontrar la célula mínima? Pregunta: Existen infinidad de genes distintos. Pero cuales son los genes estrictamente esenciales para la vida? Cuales son los genes que formaron al primer ser vivo de l tierra? Introducir genes uno a uno en una célula vacía hasta que pueda sobrevivir. Ir sacando genes de una célula hasta que no pueda sobrevivir. Albert Libchaber Dos opciones Craig Venter

4. Cómo encontrar la célula mínima? • Mycoplasmagenitalium: - Es el organismo con menos DNA. Solo 580 KB. - Al ser un organismo parasítico, su genoma ha sido reducido “naturalmente”. - Necesita un medio con muchos nutrientes. - No tiene pared celular. No es de por si la célula mínima. También tiene genes neutros y otros obtenidos por selección. Concepto de célula mínima es solo teórico. No se encuentra nunca en al naturaleza. Porqué siempre ha existido una presión selectiva.

5. Cómo encontrar los genes esenciales? MycoplasmagenitaliumVSHaemophilusinfluenzae 470 regiones codificantes 1772 regiones codificantes Genes compartidos = genes esenciales Genes no compartidos = genes no esenciales • Replicación. • Reparación de DNA. • Transcripción. • Traducción. • Rutas metabólicas. • Transporte de nutrientes. • ??? Se encontraron 256 genes que eran los esenciales. Estos estaban relacionados con:

6. Cómo encontrar los genes esenciales? Global TransposonMutagenesis Crecer M. genitalium en medio SP4 (medio muy rico). Inyectar a las células transposónTn4001tet. Dejarque el transposón se replique y se inserte en variossitios. Transposones insertados en genes esenciales = muerte celular Transposones insertados en genes no esenciales = células sobreviven Analizar genoma de células que sobreviven. Buscar los genes dónde se ha insertado el transposón. Esos serán los genes no esenciales. Por lo tanto, el resto de genes serán los esenciales!

7. Los genes esenciales De los 480 genes de M. genitalium, 380 son esenciales. Genes esenciales: - Replicación DNA. - Reparación DNA. - Citoesqueleto. - Glicolisis. - Transducción. - Replicación. MycoplasmaLaboratorium Célula sintética solamente con los 380 genes esenciales…

8. Biología sintética -diseño y construcción de nuevas partes biológicas, elementos funcionales y sistemas. -También remodelar las partes y sistemas ya existentes Qué queremos conseguir? Validar que la célula vive y actúa cómo esperábamos Qué DNA queremos para lograrlo? Cómo va a funcionar nuestro sistema (por ordenador)? Construir el DNA y integrarlo en la célula

9. Biología sintética Las Biopartes: Son partes biológicas modulares diseñadas de modo que puedan ser combinadas fácilmente con otras biopartes. Es decir, trozos de DNA que codifican para genes que se conocen muy bien y que además son fáciles de combinar con otros genes. El objetivo es poder crear diferentes sistemas biológicos mediante la combinación de estas biopartes. Se pueden encontrar muchas partes distintas: receptores, promotores, enzimas, etc… http://partsregistry.org/Main_Page Construir una biblioteca de partes que puedan ser usadas conjuntamente utilizando bioinformática y herramientas de simulación para producir nuevas funciones.

10. Biología sintética Nuestra propia y original célula sintética!!! Genoma mínimo +biopartes que queremos +chassis= Tiene muchas aplicaciones:

11. Biología sintética

12. Bibliografía • Carole Lartigue et al. Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another. Science317, 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. Glass, J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science. • 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). • 319, 1215 (Feb 2008). • 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 – 2 • Peterson, S. N., Fraser, C. M. The complexity of simplicity. Genome Biol. 2001 Feb 08. • www.syntheticbiology.org