Resum

El desenvolupament de tecnologies per a sintetitzar nous genomes i introduir- los en c�l.lules amb els seus respectius cromosomes naturals inactivats obri les portes a nous horitzons en biologia sint`etica. ƒs de la mˆxima importˆncia aprofitar lÕhabilitat dÕusar metodologies computacionals per a predir i optimitzar genomes sint�tics abans de dur a terme la seua s?õntesi. LÕobjectiu dÕesta tesi Žs propulsar la inginyeria de genomes sint�tics dÕuna c�l.lula procariota i altres dos eucariotes usant models quantitatius a escala gen˜mica. Aix’, he desenvolupat una nova metodologia per al diseny automatitzat de genomes sint�tics que es basa en una optimizaci—? que computacionalment imita lÕevoluci— natural de genomes. Primer, he abordat el diseny de la xarxa geno?mica transcripcional dÕEscherichia coli amb adaptaci— a entorns canviants. Aplicant m�todes dÕinginyeria reversa a les dades massives disponibles de la transcripci— i senyalitzacio? per al bacteri, tractem dÕentendre els principis de diseny que determinen la regulacio? del seu transcriptoma. Trobem que el genoma dÕE. coli pot ser re-disenyat de tal forma que tinga una estructura reguladora transcripcional mŽs simple mantenint la resposta fisiol˜gica global davant dÕambients fluctuants. Estos genomes so?n mŽs sensibles i mostren una resposta mŽs robusta davant dÕambients agressius. A continuacio?, he estudiat com els virus reprogramen els xassissos cel.lulars dels seus hospedadors assumint que hi ha mecanismes pels quals s—n capa�os de superar amb �xit les defenses exposades pels hospedadors i modificar lÕexpressio? dels seus gens en el seu propi benefici. He desenrotllat un nou model quantitatiu de la regulaci— transcripcional a nivell gen˜mic dÕArabidopsis thaliana per a explorar el paisatge de possibles genomes redisenyats. Vaig encontrar un con- junt bˆsic de gens de lÕhospedador que variant adequadament la seua expressi— van donar peu a la predicci— de perfils de transcripci— que es desvien m’nimament dels observats en plantes infectades. Esta exploraci— lÕhe realitzat en un conjunt de huit virus del quals disponiem dades del seu transcriptoma infectat per a comparar els resultats derivats. Finalment, he estŽs la metodologia computacional presentada per a rediseny de genomes amb lÕobjectiu dÕabordar lÕoptimizaci— de propietats agron˜miques del fruit de la tomaca. Vaig aplicar m�todes computacionals dÕingenieria reversa a dades transcript˜miques, metabol˜miques i fenot’piques obtingudes dÕuna colecci— de llinatges recombinants per a formular un model cin�tic basat en restriccions que eficientment descriguera el metabolisme cel.lular usant lÕexpressi— dÕun conjunt m’nim de gens. Basant-se en els perfils metab˜lics predits, relacions entre les propietats agron˜miques i organol�ptiques del fruit madur van poder ser revelades amb alta confian�a estad’stica. El model va ser usat per a explorar el paisatge de tots els possibles canvis transcripcionals locals a fi dÕobtindre fruits de tomaca amb propietats biotecnol—giques dÕespecial interŽs. Resumint, els resultats presentats en esta tesi demostren que m�todes automˆtics computacionals poden explorar eficientment els punts ˜ptims dÕun paisatge de genomes redisenyats amb especificacions desitjades.