Resumen

El desarrollo de tecnolog’as para sintetizar nuevos genomas e introducirlos dentro de hospedadores con sus respectivos cromosomas naturales inactivados abre las puertas a nuevos horizontes en biolog’a sintŽtica. Es de suma importancia aprovechar la habilidad de usar mŽtodos computacionales para predecir y optimizar genomas sintŽticos antes de llevar a cabo su s’ntesis. El objetivo de esta tesis es propulsar la ingenier’a de genomas sintŽticos de una cŽlula procariota y otras dos eucariotas usando modelos cuantitativos a escala gen—mica. As’ pues, he desarrollado una nueva metodolog’a para el dise–o automatizado de genomas sintŽticos que se basa en una optimizaci—n que computacionalmente imita la evolucin natural de genomas. Primero, he abordado el dise–o de la red gen—mica transcripcional de Escherichia coli con adaptaci—n a entornos cambiantes. Aplicando mŽtodos de ingenier’a reversa a los datos masivos disponibles de la transcripci—n y se–alizaci—n para la bacteria, tratamos entender los principios de dise–o que determinan la regulaci—n de su transcriptoma. Encontramos que el genoma de E. coli puede ser redise–ado de tal forma que tenga una estructura reguladora transcripcional m‡s simple manteniendo au?n la respuesta fisiol—gica global ante ambientes fluctuantes. Estos genomas son ma?s sensibles y muestran una respuesta m‡s robusta ante ambientes agresivos. Segundo, he estudiado co?mo los virus re-programan los chasis celulares de sus hospedadores asumiendo que existen mecanismos por los cuales los virus son capaces de superar con Žxito las defensas expuestas por los hospedadores y modificar la expresio?n de sus genes en su propio beneficio. He desarrollado un nuevo modelo cuantitativo de la regulacio?n transcripcional a nivel gen—mico de Arabidopsis thaliana para explorar el paisaje de posibles genomas redise–ados. EncontrŽ un conjunto ba?sico de genes del hospedador cuyos silenciamiento o sobre-expresi—n dieron pie a la prediccio?n de perfiles de transcripcio?n que se desv’an m’nimamente de los observados en plantas infectadas. Esta exploraci—n la he realizado para un conjunto de ocho virus para los que se dispon’an datos transcript—micos y consecuentemente, los resultados fueron comparados. Finalmente, he extendido la metodolog’a computacional presentada para redise–o de genomas con el objetivo de abordar la optimizaci—n de propiedades agron—micas del fruto del tomate. ApliquŽ mŽtodos computacionales de ingenier’a reversa a datos transcript—micos, metabol—micos y fenot’picos obtenidos de una colecci—n de linajes recombinantes para formular un modelo cinŽtico basado en restricciones que eficientemente describiese el metabolismo celular usando la expresio?n de un conjunto m’nimo de genes. Basa?ndose en los perfiles metabo?licos predichos, relaciones entre las propiedades agrono?micas y organolŽpticas del fruto maduro pudieron ser reveladas con alta confianza estad’stica. El modelo fue usado para explorar el paisaje de todos los posibles cambios transcripcionales locales con el fin de obtener frutos de tomate con propiedades biotecnolo ?gicas de especial inter ?es. Resumiendo, los resultados presentados en esta tesis demuestran que m?etodos automa?ticos computacionales pueden explorar eficientemente las puntos o?ptimos de un paisaje de genomas redise–ados con especificaciones deseadas.