biologia de sistemas y biologia sintetica

Biología de sistemas y Biología sintética

Carlos Manuel Estévez-Bretón

viernes 17 de abril de 2009

Que es la Biología de SistemasOrígenesTécnicas AsociadasModelamiento

Que es Biología SintéticaOrígenesLogrosAspectos adicionales


Área de estudio interdisciplinaria basada en la Biología

http://www.flickr.com/photos/amin_tabrizi/72684909/




Enfocada en el estudio Sistemático de

interacciones complejas sistemas biológicos


Uno de sus objetivos es descubrir nuevas

propiedades emergentes


para entender mejor la totalidad de los procesos que ocurren en un sistema biológico

http://www.flickr.com/photos/gak/160062467/


http://www.flickr.com/photos/gak/160062467/

Algunos dicen que es un área de estudio


Otros que es el antónimo del reduccionismo


Multiescalaridad

http://www.flickr.com/photos/ianturk/269291890/viernes 17 de abril de 2009

http://www.flickr.com/photos/ianturk/269291890/

http://www.flickr.com/photos/ianturk/269291890/

"Systems biology...is about putting together rather than

taking apart, integration rather than reduction. It requires that we develop ways of thinking about integration that are as rigorous as our reductionist

programmes, but different....It means changing our philosophy, in the full sense of the term"

Denis Noble (2006). The Music of Life: Biology beyond the genome. Oxford University Press. ISBN 978-0199295739. p21


http://en.wikipedia.org/wiki/Denis_Noble

http://en.wikipedia.org/wiki/Denis_Noble

The Music of Life: A new view on Nature and

Nurture

http://www.pulse-project.org/node/32




Principios

http://www.flickr.com/photos/spilt-milk/164145237/




1. La funcionalidad biológica es multinivel

Noble,D. Claude Bernard, the first systems biologist,and the future of physiology Experimental Physiology (2008)Published online 19th October 2007 expphysiol.2007.038695v1


2. La transmisión de información no es en

una sola vía.


3. El DNA no es el único transmisor de la

herencia.


4. La teoría de relatividad biológica: no hay un nivel privilegiado

de causalidad.


5. La Ontología Genética (GO) fallará si

no se consideran niveles superiores de

penetración


6. No hay programa genético


7. No hay programas a ningún otro nivel


8. No hay programas en el cerebro.


9. El cuerpo no es un objeto


10. Hay mucho mas por ser descubierto; no existe todavía una

genuina teoría biológica


http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/viernes 17 de abril de 2009

http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/



Modelos cuantitativos de cinética enzimática






Simulaciones(neurofisiología)






Simulaciones(neurofisiología)

•Teoría de Control•Cibernética




http://www.flickr.com/photos/santoposmoderno/3300496591/

Teoría de CONTROL




Cibernética

http://www.flickr.com/photos/selva/20600897/




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http://www.flickr.com/photos/jonragnarsson/2159843888/

http://www.flickr.com/photos/jonragnarsson/2159843888/

Karl Ludwig von Bertalanffy September 19, 1901, Vienna, Austria – June 12, 1972, New York, USA

Teoría General de Sistemasviernes 17 de abril de 2009

1963 Premio Nobel de -Fisiología o Medicina


Alan Lloyd Hodgkin

5 February 1914, Banbury, Oxfordshire, England – 20 December 1998 Cambridge


OM, FRS.22 November 1917, Hampstead, London

Sir Andrew Fielding Huxley


Marcapasos

Denis Noble


1966 international symposium at the Case Institute of Technology in Cleveland, Ohio

"Systems Theory and Biology”

Mihajlo D. Mesarovic


http://www.flickr.com/photos/kurtrik/3219516274/viernes 17 de abril de 2009

http://www.flickr.com/photos/kurtrik/3219516274/

http://www.flickr.com/photos/kurtrik/3219516274/

http://www.flickr.com/photos/ppdigital/3123340426/

Técnicas Asociadas




http://www.flickr.com/photos/suncana/365876497/

Transcriptómica




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Proteómicaviernes 17 de abril de 2009

http://www.expasy.ch/ch2dothergifs/publi/kidney.gif

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Inte

ract

ómic

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Metagenómica


Modelos Mecanisistas


Sistemas Dinámicos Adaptativos

http://www.flickr.com/photos/burnblue/104767702/




Modelamiento Celularviernes 17 de abril de 2009

Systems Biology Markup Languaje

• Descrito por Hucka et al. (2003), es una form ade representar redes bioquímicas.

• Es una extensión de eXtensible Markup Languaje.


SBML

• El modelo consiste en listas de:

• funciones• unidades• compartimientos • especies• parámetros• reglas• reacciones• eventos


<?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?>


<?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?><sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”>



<model id=”MiRedMetabolica”




<listOfUnitDefinitions>…





</listOfUnitDefinitions>





</listOfUnitDefinitions><listOfCompartments>






…






…</listCompartments>






…</listCompartments><listOfSpecies>







…







…</listOfSpecies>







…</listOfSpecies><listOfParamaters>








…








…</listParameters>








…</listParameters> <listOfReactions>









…









…</listReactions>









…</listReactions>

</model>









…</listReactions>

</model></sbml>


SBML: unidades• La lista es opcional de unidades permite la

definición y redefinición de unidades usadas por el modelo.


SBML: unidades• La lista es opcional de unidades permite la

definición y redefinición de unidades usadas por el modelo.

<listOfUnitDefinitions><unitDefinition id=”substancia”>

<listOfUnits><unit kind =”item”/>

</listOfUnits></unitDefinition>

</listOfUnitDefinitions>


SBML: compartimientos• Lista los estados simples de los

compartimientos en el modelo.

• Si tiene dos compartimiento anidados sería:

• La unidad de volumen por omisión es litro

• Se debe declarar el compartimiento que está “afuera”


SBML: compartimientos• Lista los estados simples de los

compartimientos en el modelo.

• Si tiene dos compartimiento anidados sería:

<listOfCompartments><compartment id=”Celula” size=”1”/><compartment id=”Nucleo” size”1” outside”Celula”/>

</listCompartments>

• La unidad de volumen por omisión es litro

• Se debe declarar el compartimiento que está “afuera”


SBML: especies• Lista los estados simples de las moléculas

• Las unidades son las establecidas en “unidades”


SBML: especies• Lista los estados simples de las moléculas

• Las unidades son las establecidas en “unidades”

<listOfSpecies><species id=”Gen” compartment=”Celula” initialAmount=”10” hasOnlySubstanceUnits=”true”/><species id=”P2Gen” name=”P2Gen”compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/><species id=”RNA” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/><species id=”P” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/><species id=”P2” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/></listOfSpecies>


SBML: parámetros• La sección de parámetros se puede usar

para declarar nombres de variables numéricas para ser usadas en fórmulas algebráicas.

• Generalmente se usan para declarar constantes para las leyes de cinética o reacciones bioquímicas.


SBML: parámetros• La sección de parámetros se puede usar

para declarar nombres de variables numéricas para ser usadas en fórmulas algebráicas.

• Generalmente se usan para declarar constantes para las leyes de cinética o reacciones bioquímicas.

<listOfParamaters><parameter id=”k1” vaue=”0,01”/><parameter id=”k2” vaue=”0,1”/>

</listParameters>


SBML: reacciones

• Es un listado de reacciones

• Una reacción consta de reactantes, productos y tazas de cambio.

• También puede declarar un especies modificadoras “modifier” que no son reactantes o productos pero que intervienen en la reacción


Notación


Software Infrastructure

Model representation

Database

Software tools

Standard representationmethod of biologicalmodels

CellDesigner

Translator RoadRunner AutoLayout


CellDesigner

+ +

CellDesigner=

+

Modeling tool for biochemical and gene-regulatory network


Biología Sintética


http://www.nature.com/nature/comics/syntheticbiologycomic/

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http://openwetware.org/images/e/e0/AiSB_Spanish.pdf

http://openwetware.org/images/e/e0/AiSB_Spanish.pdf

Area de investigación biológica.

Combina ciencia e ingeniería.

Para diseñar y construir ("sintetizar") noveles sistemas y

funciones biológicas.


En1974, el Genetista Polaco Waclaw

Szybalski introduce el término


El represilador es un oscilador artificial que se construye mediante una red de reguladores

génicos.A Synthetic Oscillatory Network of Transcriptional Regulators; Michael B. Elowitz and Stanislas Leibler;

Nature. 2000 Jan 20;403(6767):335-8.


Consiste en 3 genes conectados en un bucle de

retroalimentación.


•Cada gen reprime al al siguiente en un bucle.•Cada gen es reprimido por el gen anterior.


Una proteina fluorescente se usa como reportero.


A Synthetic Oscillatory Network of Transcriptional Regulators; Michael B. Elowitz and Stanislas Leibler; Nature. 2000 Jan 20;403(6767):335-8.


La red se compone de tres genes: LacI, extraído de la bacteria E. coli, tetR del transposón Tn10 y cI del fago λ


UT Austin 2004 Synthetic Biology competition photo. Courtesy of Jeff Tabor and Randy Rettberg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:UT_HelloWorld.jpgviernes 17 de abril de 2009

Una biopelícula hecha por el equipo de 2004 de Biología Sintética de UT Austin / UCSF.

Despliega el mensaje "Hello world", comúnmente utilizado como muestra en

lenguajes de programación.


Registry of Standard Biological Parts


una colección de ~3200 partes

genéticas


El repositorio de BioBrick mantiene el DNA de las partes

en células.viernes 17 de abril de 2009

http://biobricks.org/


http://biobricks.org

http://biobricks.org

http://ginkgobioworks.com/support/viernes 17 de abril de 2009

http://ginkgobioworks.com/support/

http://ginkgobioworks.com/support/

http://partsregistry.org/Catalog




Molecular Systems Biology 2 Article number: 69 doi:10.1038/msb4100104Published online: 12 December 2006Citation: Molecular Systems Biology 2:69


Nanobiotecnología

http

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eboa

t.com

/ex/

i.nan

obot


http://lifeboat.com/ex/i.nanobot

http://lifeboat.com/ex/i.nanobot

•ET Synthetic Biology•IET Systems Biology•Springer - Systems and Synthetic Biology•BMC Systems Biology•Nature - Molecular Systems Biology•PLoS - Computational Biology•Elsevier - Biosystems•World Scientific - Journal of Bioinformatics and Computational Biology•World Scientific - Journal of Biological Systems•Journal of the Royal Society - Focus on Systems Biology•Biophysical Journal•RSC Publishing - Molecular Biosystems•PNAS•Virtual Journal of Biological Physics Research•EURASIP Journal on Bioinformatics and Systems Biology•In Silico Biology


http://www.youtube.com/watch?v=A-mCWIGVgmQ

7:57




• Science Today: Synthetic Biology/UC Berkeley http://www.youtube.com/watch?v=PCxSa6vGEFY

• Renewable Energy from Synthetic Biology http://www.youtube.com/watch?v=GZge1v7GDq0

• The Implications of Synthetic Biology http://mitworld.mit.edu/video/363


http://www.youtube.com/watch?v=GZge1v7GDq0




http://mitworld.mit.edu/video/363




Carlos Manuel Estévez-Bretón Riveros MSc.

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