Diseny computacional i disenyabilitat de xarxes de regulaci— g�nica
Guillermo Rodrigo T‡rrega
Resum
La nostra comprensi— de les interaccions moleculars ens ha condu•t hui a un punt de vista d'enginyeria, on dissenys i implementacions de sistemes artificials de regulaci— tracten de proporcionar instruccions fonamentals per a la reprogramaci— celálular. Nosaltres ac’ abordem el disseny de xarxes de gens com una forma d'entendre millor les regulacions naturals. TambŽ abordem el problema de la disenyabilitat donada una genoteca d'elements compatibles. Amb aquest objectiu, apliquem m�todes d'optimitzaci— heur’stica que implementen rutines per resoldre problemes inversos i eines d'anˆlisi matemˆtic per estudiar la dinˆmica de l'expressi— g�nica. Com que l'enginyeria de xarxes de transcripci— s'ha basat principalment en l'acoblament de pocs elements de regulaci— utilitzant els principis de disseny racional, vam desenvolupar un marc computacional per explotar aquest enfocament. Models associats a genoteques van ser examinats per detectar l'espai genot’pic associat a un cert fenotip. A mŽs, vam desenvolupar un procediment totalment automatitzat per dissenyar molecules d'ARN no codificants amb capacitat de regulaci—, basat en un model fisicoqu’mic i aprofitant la regulaci— alálost�rica. Els circuits d'ARN que van resultar implementaven un mecanisme de control post-transcripcional de l'expressi— de prote•nes que podia combinar-se amb elements de transcripci—. TambŽ vam aplicar les t�cniques heur’stiques per a l'estudi de la disenyabilitat de vies metab˜liques. Certament, els m�todes computacionals de disseny tambŽ poden al mateix temps aprendre dels mecanismes naturals per explotar els seus principis fonamentals. D'aquesta manera, els estudis de sistemes naturals ens permeten aprofondir en la nostra capacitat d'enginyeria de sistemes artificials. De rellevˆncia, el control integral i les regulacions incoherents s—n estrat�gies generals que els organismes utilitzen i que hem analitzat. D'altra banda, les t�cniques gen˜miques ens permeten estudiar les interaccions mœltiples i complexes de la xarxa global de la c�lálula. En particular, vam estudiar la reprogramaci— transcripcional deguda a una infecci— viral. En resum, els nostres resultats demostren que els m�todes computacionals es poden aplicar al disseny i caracteritzaci— de xarxes de gens, tenint en compte que els algorismes d'optimitzaci— han sigut œtils en diversos marcs de regulaci—. L'estudi matemˆtic dels sistemes naturals tambŽ ha servit per revelar els mecanismes instrumentals de gesti— de funcions biol˜giques. En conjunt, aquesta tesi proporciona una visi— mŽs quantitativa sobre els mecanismes de control naturals implementats per xarxes de regulaci— g�nica.