Biología sintética para acceder y ampliar la diversidad química de la naturaleza

Esta revisión abarca los recientes avances en biología sintética y cómo estos avances afectarán al campo de los productos naturales. Se ha hecho hincapié en la creación de partes genéticas, como los promotores, que generan niveles precisos de expresión génica.

La generación de grandes bibliotecas de partes bien caracterizadas y el desarrollo de modelos biofísicos y bioinformáticos para predecir el comportamiento de las partes genéticas en diferentes organismos ayudarán a la transferencia de grupos de genes biosintéticos entre huéspedes.

ADN

La capacidad de síntesis de ADN se ha disparado en la última década y es rutinario sintetizar los 20-100 kb necesarios para un gran grupo de genes. Además, los nuevos métodos de ensamblaje de ADN permiten construir rápidamente diferentes permutaciones de partes genéticas o sustituir muchas partes genéticas en un solo paso.

En cuanto a la regulación sintética, se han construido circuitos genéticos que funcionan como puertas lógicas, temporizadores, interruptores y osciladores. También se han desarrollado sensores que responden a muchas entradas inducibles, así como a los niveles de metabolitos.

Éstos podrían incorporarse a las vías de los productos naturales para controlar el tiempo de expresión de diferentes genes o para implementar la retroalimentación en respuesta a un intermediario tóxico. A menudo es deseable realizar muchos cambios genómicos simultáneos.

Métodos como CRISPR-Cas9 pueden dirigirse esencialmente a cualquier región del genoma y se ha demostrado que funcionan en muchas especies, incluidas varias especies huésped muy adecuadas para la producción a escala industrial de pequeñas moléculas.

Moléculas

Los genomas bacterianos codifican el potencial biosintético para producir cientos de miles de moléculas complejas con diversas aplicaciones, desde la medicina hasta la agricultura y los materiales. El acceso a estos productos naturales promete dar un nuevo impulso a las vías de descubrimiento de fármacos y proporcionar nuevas rutas para sintetizar sustancias químicas complejas.

Las vías que conducen a la producción de estas moléculas a menudo comprenden docenas de genes que abarcan grandes áreas del genoma y están controladas por complejas redes reguladoras, y algunas de las moléculas más interesantes son producidas por organismos no modelo.

En esta revisión, analizamos cómo los avances en biología sintética -incluyendo las nuevas tecnologías de construcción de ADN, el uso de partes genéticas para el control preciso de la expresión y para los circuitos reguladores sintéticos- y la ingeniería genómica multiplexada pueden utilizarse para optimizar el diseño y la síntesis de las vías que producen productos naturales.

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