Diseño y ajuste de un circuito seguidor biomolecular

Abstract

[ES] El seguimiento de señales y el problema relacionado de estimación de la derivada de una señal son piezas clave en el diseño de sistemas de control de retroalimentados. En este trabajo, se planteará el diseño y ajuste óptimo de un circuito seguidor biomolecular que contiene dos motivos antitéticos en retroalimentación a través de un motivo de interruptor push-pull. Se evaluarán modelos realistas de diferentes posibilidades para implementar los dispositivos bimoleculares que componen el circuito seguidor, dando lugar a un conjunto de diseños candidatos. La optimización multiobjetivo se utilizará para diseñar una biblioteca de componentes biológicos óptimos correspondientes a circuitos de seguimiento con diferentes compromisos de desempeño para cada uno de los diseños candidatos. Durante el proceso de diseño, se utilizará un modelo de la célula anfitriona para tener en cuenta las interacciones entre el anfitrión y el circuito que podrían conducir a un funcionamiento incorrecto del último causado por la competencia por los recursos de la célula. Como objetivo secundario, los mejores diseños biológicos serán considerados como candidatos potenciales para implementar rastreadores de señales electrónicos bioinspirados.

[EN] Signal tracking and the related problem of signal derivative estimation are key pieces in the engineering of feedback control systems. In this work, the design and optimal tuning a biomolecular circuit that contains two antithetic motifs in feedback via a push-pull switch motif will be considered. Realistic models of different possibilities to implement the bimolecular devices that compose the tracker will be assessed, leading to a set of candidate designs. Multi-objective optimization will be used to design a library of optimal biological components corresponding to tracker circuits with different performance trade-offs for each of the candidate designs. During the design process, a model of the host-cell will be used to account for the interactions between host and circuit that might lead to miss functioning of the last caused by competition for cell resources. As a secondary goal, the best biological designs will be considered as potential candidates to implement electronic bio-inspired signal trackers.

[CA] El seguiment de senyals i el problema relacionat d’estimació de la derivada d’una senyal son peces clau en el disseny de sistemes de control de retroalimentació. En aquest treball, es plantejará el disseny i ajust òptim d’un circuit seguidor biomolecular que conté dos motius antitètic en retroalimentació per mitjà d’un motiu d’interruptor push-pull. Es evaluaran models realistes de diferents posibilitats per a implementar els dispositius biomoleculars que composen el circuit seguidor, donant lloc a un conjunt de dissenys candidats. La optimització multiobjectiu s’utilitzará per a disenyar una biblioteca de components biològics òptims corresponents a circuits de seguiment amb diferents compromisos de desempeny per a cadascún dels dissenys candidats. Durant el procés de disseny, s’utilitzará un model de la cèl·lula anfitriona per a tindre en compte les interaccions entre l’anfitrió i el circuit que podríen conduir a un funcionament incorrecte de l’últim causat per la competencia per els recursos de la cèl·lula. Com a objetiu secundari, els millors disenys biológics serán considerats com a candidats potencials per a implementar rastrejadors de senyals electrònics bioinspirats.