DISEÑO, CARACTERIZACION Y AJUSTE OPTIMO DE BIOCIRCUITOS SINTETICOS PARA BIOPRODUCCION CON CONTROL DE CARGA METABOLICA

2018

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Picó Marco Jesús Andrés

La industria biotecnológica del futuro immediato integrará complejos circuitos genéticos sintéticos en microorganismos usados como fábricas celulares para producir proteínas y metabolitos de importancia industrial. Para ello ha de hacer frente a problemas críticos que actualmente limitan la aplicabilidad de la biología sintética: el diseño racional de circuitos genéticos sintéticos de creciente complejidad, su caracterización experimental y ajuste robusto, y su escalado industrial. Uno de los principales factores que dificulta la solución de estos problemas es la alteración no deseada del comportamiento esperado de los circuitos diseñados como consecuencia fenómenos de carga metabólica y genética debidos al uso de recursos celulares compartidos y variantes en el tiempo. Gestionar estos fenómenos exige el rediseño de los circuitos y la adición de mecanismos de control realimentado a fin de mantener el comportamiento de diseño especificado. En esta línea, SynBioControl adopta la biología sintética como una disciplina propia de la ingeniería, y enfatiza la aplicación de principios y metodologías de la ingeniería: estrategias de control realimentado, optimización computacional, y análisis multivariante. El proyecto se centra en un reto práctico y dos objetivos generales relacionados: - Reto Práctico General: Diseño e implementación de mecanismos de control realimentado de expresión de proteínas y metabolitos con consideración de los efectos de la carga genética y metabólica. - Objetivo Metodológico 1: Desarrollo de métodos de diseño estructural, análisis y ajuste paramétrico robusto de circuitos genéticos sintéticos de control mediante optimización multiobjetivo. - Objetivo Metodológico 2: Desarrollo de métodos de analítica de datos y modelos grises con aplicación al escalado del laboratorio al biorreactor preindustrial. Además, se considerarán dos objetivos transversales a los anteriores: - Objetivo Transversal 1: Contribución a la conversión de la Biología Sintética en una ingeniería, haciendo el proceso de modelado y diseño más sistemático, modular, predecible, y robusto, con énfasis en el desarrollo de metodologías que puedan ser aplicadas de forma efectiva en el entorno práctico de un laboratorio de biotecnología estándar. - Objetivo Transversal 2: Implementación de herramientas software en código abierto y dispositivos o partes biológicas (biobricks) de acceso público, facilitando la difusión de la Biología Sintética como un área de la ingeniería. Las tecnologías facilitadoras esenciales (control realimentado, optimización computacional y análisis multivariante), junto con la ingeniería metabólica, y la síntesis y ensamblaje de ADN, permitirán alcanzar las soluciones adecuadas. Para conseguir sus objetivos, SynBioControl integra un grupo académico de ingeniería de sistemas, control y estadística especializado en modelado y control de bioprocesos, biología de sistemas y sintética, estadística multivariante, monitorización, escalado de procesos y análisis de datos ómicos (SB2CLab/GIEM-UPV) y un grupo de ingeniería química especializado en optimización de bioprocesos, identificación y diseño óptimo en biología de sistemas y sintética (IIM-CSIC). Además, integra como colaboradora activa a Biopolis S.L. (http://www.biopolis.es/es/inicio/), una empresa biotecnológica valenciana lider en España, y proveedora de I+D y servicios de producción para industria agroalimentaria, farmaceutica, química y energética.