Biologia de Sistemas y Biologia Sintetica

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Una aproximación a lo que es la biología de sistemas y la biología. sintética
Conferencia ofrecida en la Universidad de la Salle, sede chapinero Auditorio F100, Ed. Fundadores.
Ciclo de Conferencias Departamento de Ciencias Básicas.

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Biologia de Sistemas y Biologia Sintetica

  1. 1. Biología de sistemas y Biología sintética Carlos Manuel Estévez-Bretón viernes 17 de abril de 2009
  2. 2. Que es la Biología de Sistemas Orígenes Técnicas Asociadas Modelamiento Que es Biología Sintética Orígenes Logros Aspectos adicionales viernes 17 de abril de 2009
  3. 3. Área de estudio interdisciplinaria basada en la Biología http://www.flickr.com/photos/amin_tabrizi/72684909/ viernes 17 de abril de 2009
  4. 4. Enfocada en el estudio Sistemático de interacciones complejas sistemas biológicos viernes 17 de abril de 2009
  5. 5. Uno de sus objetivos es descubrir nuevas propiedades emergentes viernes 17 de abril de 2009
  6. 6. http://www.flickr.com/photos/gak/160062467/ para entender mejor la totalidad de los procesos que ocurren en un sistema biológico viernes 17 de abril de 2009
  7. 7. Algunos dicen que es un área de estudio viernes 17 de abril de 2009
  8. 8. Otros que es el antónimo del reduccionismo viernes 17 de abril de 2009
  9. 9. Multiescalaridad http://www.flickr.com/photos/ianturk/269291890/ viernes 17 de abril de 2009
  10. 10. quot;Systems biology...is about putting together rather than taking apart, integration rather than reduction. It requires that we develop ways of thinking about integration that are as rigorous as our reductionist programmes, but different....It means changing our philosophy, in the full sense of the termquot; Denis Noble (2006). The Music of Life: Biology beyond the genome. Oxford University Press. ISBN 978-0199295739. p21 viernes 17 de abril de 2009
  11. 11. The Music of Life: A new view on Nature and Nurture http://www.pulse-project.org/node/32 viernes 17 de abril de 2009
  12. 12. Principios http://www.flickr.com/photos/spilt-milk/164145237/ viernes 17 de abril de 2009
  13. 13. 1. La funcionalidad biológica es multinivel Noble,D. Claude Bernard, the first systems biologist,and the future of physiology Experimental Physiology (2008)Published online 19th October 2007 expphysiol. 2007.038695v1 viernes 17 de abril de 2009
  14. 14. 2. La transmisión de información no es en una sola vía. viernes 17 de abril de 2009
  15. 15. 3. El DNA no es el único transmisor de la herencia. viernes 17 de abril de 2009
  16. 16. 4. La teoría de relatividad biológica: no hay un nivel privilegiado de causalidad. viernes 17 de abril de 2009
  17. 17. 5. La Ontología Genética (GO) fallará si no se consideran niveles superiores de penetración viernes 17 de abril de 2009
  18. 18. 6. No hay programa genético viernes 17 de abril de 2009
  19. 19. 7. No hay programas a ningún otro nivel viernes 17 de abril de 2009
  20. 20. 8. No hay programas en el cerebro. viernes 17 de abril de 2009
  21. 21. 9. El cuerpo no es un objeto viernes 17 de abril de 2009
  22. 22. 10. Hay mucho mas por ser descubierto; no existe todavía una genuina teoría biológica viernes 17 de abril de 2009
  23. 23. http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/ viernes 17 de abril de 2009
  24. 24. Modelos cuantitativos de cinética enzimática http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/ viernes 17 de abril de 2009
  25. 25. Modelos Simulaciones cuantitativos de (neurofisiología) cinética enzimática http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/ viernes 17 de abril de 2009
  26. 26. Modelos Simulaciones cuantitativos de (neurofisiología) cinética enzimática •Teoría de Control •Cibernética http://www.flickr.com/photos/mydailycommute/19354158/ viernes 17 de abril de 2009
  27. 27. Teoría de CONTROL http://www.flickr.com/photos/santoposmoderno/3300496591/ viernes 17 de abril de 2009
  28. 28. Cibernética http://www.flickr.com/photos/selva/20600897/ viernes 17 de abril de 2009
  29. 29. http://www.flickr.com/photos/jonragnarsson/2159843888/ viernes 17 de abril de 2009
  30. 30. Karl Ludwig von Bertalanffy September 19, 1901, Vienna, Austria – June 12, 1972, New York, USA Teoría General de Sistemas viernes 17 de abril de 2009
  31. 31. 1963 Premio Nobel de -Fisiología o Medicina viernes 17 de abril de 2009
  32. 32. Alan Lloyd Hodgkin 5 February 1914, Banbury, Oxfordshire, England – 20 December 1998 Cambridge viernes 17 de abril de 2009
  33. 33. Sir Andrew Fielding Huxley OM, FRS. 22 November 1917, Hampstead, London viernes 17 de abril de 2009
  34. 34. Marcapasos Denis Noble viernes 17 de abril de 2009
  35. 35. 1966 international symposium at the Case Institute of Technology in Cleveland, Ohio quot;Systems Theory and Biology” Mihajlo D. Mesarovic viernes 17 de abril de 2009
  36. 36. http://www.flickr.com/photos/kurtrik/3219516274/ viernes 17 de abril de 2009
  37. 37. viernes 17 de abril de 2009
  38. 38. viernes 17 de abril de 2009
  39. 39. Técnicas Asociadas http://www.flickr.com/photos/ppdigital/3123340426/ viernes 17 de abril de 2009
  40. 40. Transcriptómica http://www.flickr.com/photos/suncana/365876497/ viernes 17 de abril de 2009
  41. 41. http://www.expasy.ch/ch2dothergifs/publi/kidney.gif viernes 17 de abril de 2009 Proteómica
  42. 42. viernes 17 de abril de 2009
  43. 43. Interactómica viernes 17 de abril de 2009
  44. 44. Metagenómica viernes 17 de abril de 2009
  45. 45. Modelos Mecanisistas viernes 17 de abril de 2009
  46. 46. Sistemas Dinámicos Adaptativos http://www.flickr.com/photos/burnblue/104767702/ viernes 17 de abril de 2009
  47. 47. Modelamiento Celular viernes 17 de abril de 2009
  48. 48. Systems Biology Markup Languaje • Descrito por Hucka et al. (2003), es una form ade representar redes bioquímicas. • Es una extensión de eXtensible Markup Languaje. viernes 17 de abril de 2009
  49. 49. SBML • El modelo consiste en listas de: • funciones • unidades • compartimientos • especies • parámetros • reglas • reacciones • eventos viernes 17 de abril de 2009
  50. 50. viernes 17 de abril de 2009
  51. 51. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> viernes 17 de abril de 2009
  52. 52. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> viernes 17 de abril de 2009
  53. 53. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” viernes 17 de abril de 2009
  54. 54. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> viernes 17 de abril de 2009
  55. 55. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> viernes 17 de abril de 2009
  56. 56. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … viernes 17 de abril de 2009
  57. 57. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> viernes 17 de abril de 2009
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  59. 59. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … viernes 17 de abril de 2009
  60. 60. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> viernes 17 de abril de 2009
  61. 61. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> viernes 17 de abril de 2009
  62. 62. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … viernes 17 de abril de 2009
  63. 63. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> viernes 17 de abril de 2009
  64. 64. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> viernes 17 de abril de 2009
  65. 65. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … viernes 17 de abril de 2009
  66. 66. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> viernes 17 de abril de 2009
  67. 67. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> <listOfReactions> viernes 17 de abril de 2009
  68. 68. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> <listOfReactions> … viernes 17 de abril de 2009
  69. 69. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> <listOfReactions> … </listReactions> viernes 17 de abril de 2009
  70. 70. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> <listOfReactions> … </listReactions> </model> viernes 17 de abril de 2009
  71. 71. <?xml version=”1.0” encoding=”UTF-8”?> <sbml xmlns=”http://www.smbl.org/sbml/level2” level=”2” version=”1”> <model id=”MiRedMetabolica” name=”Mi Red Metabólica”> <listOfUnitDefinitions> … </listOfUnitDefinitions> <listOfCompartments> … </listCompartments> <listOfSpecies> … </listOfSpecies> <listOfParamaters> … </listParameters> <listOfReactions> … </listReactions> </model> </sbml> viernes 17 de abril de 2009
  72. 72. SBML: unidades • La lista es opcional de unidades permite la definición y redefinición de unidades usadas por el modelo. viernes 17 de abril de 2009
  73. 73. SBML: unidades • La lista es opcional de unidades permite la definición y redefinición de unidades usadas por el modelo. <listOfUnitDefinitions> <unitDefinition id=”substancia”> <listOfUnits> <unit kind =”item”/> </listOfUnits> </unitDefinition> </listOfUnitDefinitions> viernes 17 de abril de 2009
  74. 74. SBML: compartimientos • Lista los estados simples de los compartimientos en el modelo. • Si tiene dos compartimiento anidados sería: • La unidad de volumen por omisión es litro • Se debe declarar el compartimiento que está “afuera” viernes 17 de abril de 2009
  75. 75. SBML: compartimientos • Lista los estados simples de los compartimientos en el modelo. • Si tiene dos compartimiento anidados sería: <listOfCompartments> <compartment id=”Celula” size=”1”/> <compartment id=”Nucleo” size”1” outside”Celula”/> </listCompartments> • La unidad de volumen por omisión es litro • Se debe declarar el compartimiento que está “afuera” viernes 17 de abril de 2009
  76. 76. SBML: especies • Lista los estados simples de las moléculas • Las unidades son las establecidas en “unidades” viernes 17 de abril de 2009
  77. 77. SBML: especies • Lista los estados simples de las moléculas • Las unidades son las establecidas en “unidades” <listOfSpecies> <species id=”Gen” compartment=”Celula” initialAmount=”10” hasOnlySubstanceUnits=”true”/> <species id=”P2Gen” name=”P2Gen”compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/> <species id=”RNA” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/> <species id=”P” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/> <species id=”P2” compartment=”Celula” initialAmount=”0” hasOnlySubstanceUnits=”true”/> </listOfSpecies> viernes 17 de abril de 2009
  78. 78. SBML: parámetros • La sección de parámetros se puede usar para declarar nombres de variables numéricas para ser usadas en fórmulas algebráicas. • Generalmente se usan para declarar constantes para las leyes de cinética o reacciones bioquímicas. viernes 17 de abril de 2009
  79. 79. SBML: parámetros • La sección de parámetros se puede usar para declarar nombres de variables numéricas para ser usadas en fórmulas algebráicas. • Generalmente se usan para declarar constantes para las leyes de cinética o reacciones bioquímicas. <listOfParamaters> <parameter id=”k1” vaue=”0,01”/> <parameter id=”k2” vaue=”0,1”/> </listParameters> viernes 17 de abril de 2009
  80. 80. SBML: reacciones • Es un listado de reacciones • Una reacción consta de reactantes, productos y tazas de cambio. • También puede declarar un especies modificadoras “modifier” que no son reactantes o productos pero que intervienen en la reacción viernes 17 de abril de 2009
  81. 81. viernes 17 de abril de 2009
  82. 82. <listOfReactions> <reaction id=”dimerización” reversible=”false”> <listOfReactants> <speciesReference species=”P” stochiometry=”2”/> </listOfReactants> <listOfProducts> <speciesReference species=”P2/”> </listOfProducts> <kineticLaw> <math xmlns=”hhtp://www.w3.org/Math/MathML”> <apply> <times/> <ci> k4 </ci> <cn> 0.5 </cn> <ci> P </ci> </apply> <apply> <minus/> <ci>P </ci> <cn type=”integer”> 1 </cn> </apply> </math> </kineticLaw> <listOfParameters> <parameters id=”k4” value=”1”/> </listOfParameters> </reaction> </listReactions> viernes 17 de abril de 2009
  83. 83. Notación viernes 17 de abril de 2009
  84. 84. Software Infrastructure Model representation Software tools Standard representation method of biological models CellDesigner Database Translator RoadRunner AutoLayout viernes 17 de abril de 2009
  85. 85. CellDesigner + + + = CellDesigner Modeling tool for biochemical and viernes 17 de abril de 2009
  86. 86. viernes 17 de abril de 2009
  87. 87. Biología Sintética viernes 17 de abril de 2009
  88. 88. http://openwetware.org/images/e/e0/AiSB_Spanish.pdf http://www.nature.com/nature/comics/syntheticbiologycomic/ viernes 17 de abril de 2009
  89. 89. Area de investigación biológica. Combina ciencia e ingeniería. Para diseñar y construir (quot;sintetizarquot;) noveles sistemas y funciones biológicas. viernes 17 de abril de 2009
  90. 90. En1974, el Genetista Polaco Waclaw Szybalski introduce el término viernes 17 de abril de 2009
  91. 91. El represilador es un oscilador artificial que se construye mediante una red de reguladores génicos. A Synthetic Oscillatory Network of Transcriptional Regulators; Michael B. Elowitz and Stanislas Leibler; Nature. 2000 Jan 20;403(6767):335-8. viernes 17 de abril de 2009
  92. 92. Consiste en 3 genes conectados en un bucle de retroalimentación. viernes 17 de abril de 2009
  93. 93. •Cada gen reprime al al siguiente en un bucle. •Cada gen es reprimido por el gen anterior. viernes 17 de abril de 2009
  94. 94. Una proteina fluorescente se usa como reportero. viernes 17 de abril de 2009
  95. 95. viernes 17 de abril de 2009
  96. 96. viernes 17 de abril de 2009
  97. 97. A Synthetic Oscillatory Network of Transcriptional Regulators; Michael B. Elowitz and Stanislas Leibler; Nature. 2000 Jan 20;403(6767):335-8. viernes 17 de abril de 2009
  98. 98. La red se compone de tres genes: LacI, extraído de la bacteria E. coli, tetR del transposón Tn10 y cI del fago λ viernes 17 de abril de 2009
  99. 99. UT Austin 2004 Synthetic Biology competition photo. Courtesy of Jeff Tabor and Randy Rettberg http://en.wikipedia.org/wiki/File:UT_HelloWorld.jpg viernes 17 de abril de 2009
  100. 100. Una biopelícula hecha por el equipo de 2004 de Biología Sintética de UT Austin / UCSF. Despliega el mensaje quot;Hello worldquot;, comúnmente utilizado como muestra en lenguajes de programación. viernes 17 de abril de 2009
  101. 101. Registry of Standard Biological Parts viernes 17 de abril de 2009
  102. 102. una colección de ~3200 partes genéticas viernes 17 de abril de 2009
  103. 103. El repositorio de BioBrick antiene el DNA de las partes en células. viernes 17 de abril de 2009
  104. 104. viernes 17 de abril de 2009
  105. 105. http://biobricks.org/ viernes 17 de abril de 2009
  106. 106. viernes 17 de abril de 2009
  107. 107. http://ginkgobioworks.com/support/ viernes 17 de abril de 2009
  108. 108. http://partsregistry.org/Catalog viernes 17 de abril de 2009
  109. 109. viernes 17 de abril de 2009
  110. 110. viernes 17 de abril de 2009
  111. 111. viernes 17 de abril de 2009
  112. 112. viernes 17 de abril de 2009
  113. 113. viernes 17 de abril de 2009
  114. 114. Molecular Systems Biology 2 Article number: 69 doi:10.1038/msb4100104 Published online: 12 December 2006 Citation: Molecular Systems Biology 2:69 viernes 17 de abril de 2009
  115. 115. http://lifeboat.com/ex/i.nanobot Nanobiotecnología viernes 17 de abril de 2009
  116. 116. viernes 17 de abril de 2009
  117. 117. viernes 17 de abril de 2009
  118. 118. •ET Synthetic Biology •IET Systems Biology •Springer - Systems and Synthetic Biology •BMC Systems Biology •Nature - Molecular Systems Biology •PLoS - Computational Biology •Elsevier - Biosystems •World Scientific - Journal of Bioinformatics and Computational Biology •World Scientific - Journal of Biological Systems •Journal of the Royal Society - Focus on Systems Biology •Biophysical Journal •RSC Publishing - Molecular Biosystems •PNAS •Virtual Journal of Biological Physics Research •EURASIP Journal on Bioinformatics and Systems Biology •In Silico Biology viernes 17 de abril de 2009
  119. 119. 7:57 http://www.youtube.com/watch?v=A-mCWIGVgmQ viernes 17 de abril de 2009
  120. 120. • Science Today: Synthetic Biology/UC Berkeley http://www.youtube.com/watch?v=PCxSa6vGEFY • Renewable Energy from Synthetic Biology http:// www.youtube.com/watch?v=GZge1v7GDq0 • The Implications of Synthetic Biology http:// mitworld.mit.edu/video/363 viernes 17 de abril de 2009
  121. 121. Carlos Manuel Estévez-Bretón Riveros MSc. karelman@gmail.com     * Twitter: http://twitter.com/Karelman     * Identi.ca: http://identi.ca/karelman     * Delicious: http://delicious.com/Karelman     * Picassa: http://picasaweb.google.com/karelman     * Flickr: http://www.flickr.com/photos/karelman/     * YouTube: http://www.youtube.com/user/charlymandna     * Panoramio: http://www.panoramio.com/user/130408     * SlideShare: http://www.slideshare.net/Karelman     * Blog - TICs, Tag, Tounge: http://tics-tag-tongue.blogspot.com/  viernes 17 de abril de 2009

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