Simulaciones estocásticas como herramienta para evaluar la fidelidad de la señal en la expresión génica en el diseño de promotores sintéticos
Autores: Righetti, Elena; Ulueker, Cansu; Kahramanoullar, Ozan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Simulaciones estocásticas como herramienta para evaluar la fidelidad de la señal en la expresión génica en el diseño de promotores sintéticos
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Biología
Palabras clave
Diseño
Biología sintética
Promotores
Fidelidad de señal
Ruido
Modelos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
El diseño y desarrollo de aplicaciones de biología sintética en un flujo de trabajo a menudo implican la conexión de componentes modulares. Mientras que las herramientas de diseño asistido por computadora están ganando terreno en la biología sintética, al igual que en otras áreas de la ingeniería, los métodos para verificar el correcto funcionamiento de las tecnologías vivas aún están en su infancia. En particular, el ajuste fino de la fuerza del promotor adecuada para coincidir con las especificaciones de diseño a menudo es un proceso experimental largo y costoso. En particular, la relación entre la fidelidad de la señal y el ruido en el diseño de promotores sintéticos puede ser un parámetro clave que puede afectar el funcionamiento saludable del organismo modificado. Con este fin, basándonos en nuestro trabajo previo sobre promotores sintéticos para el sistema de dos componentes PhoBR, defendemos el uso de modelos de redes de reacciones químicas para la verificación computacional de varios diseños de promotores antes de una implementación en laboratorio. Proporcionamos un análisis de este sistema con extensas simulaciones estocásticas a nivel de célula única para evaluar la relación entre la fidelidad de la señal y el ruido. Luego mostramos cómo el análisis de estado cuasi-estacionario a través de ecuaciones diferenciales ordinarias puede utilizarse para navegar entre modelos con diferentes niveles de detalle. Comparamos simulaciones estocásticas con nuestros modelos completos y reducidos utilizando varias métricas para evaluar el ruido. Nuestro análisis sugiere que los promotores fuertes con bajas tasas de desunión pueden actuar como herramientas de control para filtrar el ruido intrínseco en el contexto de PhoBR. Nuestros resultados confirman que incluso modelos más simples pueden utilizarse para determinar promotores con características específicas de señal a ruido.
Descripción
El diseño y desarrollo de aplicaciones de biología sintética en un flujo de trabajo a menudo implican la conexión de componentes modulares. Mientras que las herramientas de diseño asistido por computadora están ganando terreno en la biología sintética, al igual que en otras áreas de la ingeniería, los métodos para verificar el correcto funcionamiento de las tecnologías vivas aún están en su infancia. En particular, el ajuste fino de la fuerza del promotor adecuada para coincidir con las especificaciones de diseño a menudo es un proceso experimental largo y costoso. En particular, la relación entre la fidelidad de la señal y el ruido en el diseño de promotores sintéticos puede ser un parámetro clave que puede afectar el funcionamiento saludable del organismo modificado. Con este fin, basándonos en nuestro trabajo previo sobre promotores sintéticos para el sistema de dos componentes PhoBR, defendemos el uso de modelos de redes de reacciones químicas para la verificación computacional de varios diseños de promotores antes de una implementación en laboratorio. Proporcionamos un análisis de este sistema con extensas simulaciones estocásticas a nivel de célula única para evaluar la relación entre la fidelidad de la señal y el ruido. Luego mostramos cómo el análisis de estado cuasi-estacionario a través de ecuaciones diferenciales ordinarias puede utilizarse para navegar entre modelos con diferentes niveles de detalle. Comparamos simulaciones estocásticas con nuestros modelos completos y reducidos utilizando varias métricas para evaluar el ruido. Nuestro análisis sugiere que los promotores fuertes con bajas tasas de desunión pueden actuar como herramientas de control para filtrar el ruido intrínseco en el contexto de PhoBR. Nuestros resultados confirman que incluso modelos más simples pueden utilizarse para determinar promotores con características específicas de señal a ruido.