Plásmidos conjugativos para la computación biológica

Abstract

RESUMEN: La computación biológica es uno de los retos fundamentales de la biología sintética. En la presente memoria de tesis se describe el proyecto Plaswires: un método para realizar dicha computación empleando la conjugación de plásmidos. Para ello se emplean consorcios de bacterias con sistemas de secreción insertados en el cromosoma que movilizan plásmidos sintéticos. La movilización de estos plásmidos y su combinación dentro de las células del consorcio permite el cálculo de operaciones booleanas. El sistema emplea los sistemas de secreción tipo IV como cables y los plásmidos movilizables como paquetes de información. Este sistema de comunicación no era suficientemente robusto ni eficiente para permitir el acoplamiento de varias etapas sucesivas de conjugación, y por tanto limitaba la capacidad computadora del sistema. Con el objetivo de mejorar la eficiencia de conjugación, el presente trabajo consistió en: 1) modelización y parametrización de la conjugación y la movilización en bacterias y plásmidos modelo, y optimización del protocolo de medida; 2) caracterización del modelo de transmisión; 3) determinación de factores limitantes en la conjugación y movilización de plásmidos; 4) construcción de un sistema celular que actúe como un movilizador de plásmidos robusto, de alta eficiencia, que permita acoplar varias capas de computación.

ABSTRACT: Biological computation is one of the major challenges in synthetic biology. In this work, we present the project Plaswires: a system designed to solve the problem of biological computation by using engineered bacterial consortia carrying and conjugating different combinations of synthetic, mobilizable plasmids. Conjugation and combination of plasmids into different individuals allow to perform Boolean calculations. The different Type IV Secretion Systems used for conjugation are called the “wires” and the mobile plasmids are the information blocks. The experimental setup devised to test the system showed that the conjugative machineries were not efficient enough to scale the system, avoiding the complete development of its potential. So, the final objective of this thesis was to build a highly efficient and reliable conjugating system to mobilize plasmids for biological computation. The work presented in this thesis consisted on: 1) optimization of experimental measurements to precisely obtain mobilization and conjugation parameters in some model plasmids; 2) characterization of dynamic transmission models; 3) testing different strategies in order to increase conjugation efficiency; 4) building a highly efficient mobilizer strain.