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Diseño asistido por ordenador de circuitos biológicos usando TinkerCell

Resumen
La biología sintética es una disciplina de ingeniería que se basa en las prácticas de modelado de la biología de sistemas y las técnicas de laboratorio húmedo de la ingeniería genética. A medida que avanza la biología sintética, se desarrollarán procedimientos eficientes que permitirá un biólogo sintético paradiseñar, analizar y construir redes biológicas. En este gasoducto idealizada, diseño asistido por ordenador (CAD) es un componente necesario. El papel de una aplicación CAD sería permitir la transición eficiente desde el diseño general de un producto final. TinkerCell es una herramienta de diseño para servir a este propósito en la biología sintética. En TinkerCell, los usuarios construir redesbiológicas usando piezas y módulos biológicos. La red puede ser analizado utilizando una de varias funciones que ofrece programas a medida de fuentes de terceros TinkerCell o. Dado que aún no se han establecido las mejores prácticas para el modelado y la construcción de redes de biología sintética, TinkerCell está diseñado como una aplicación flexible y extensible que puede ajustarse a los cambios en elcampo.
Palabras clave:. Biología sintética, modelado, software, CAD, simulación, la biología de sistemas, diseño, normas, computacional.
Introducción
La biología sintética puede ser descrito como una amalgama de técnicas de laboratorio húmedo de la ingeniería genética, técnicas de modelización de la biología de sistemas y conceptos de diseño de engineering.1 eléctrico y de control, 2 Elobjetivo de la biología sintética es la capacidad de construir "circuitos" biológicos o redes hechas con componentes individuales, tales como los genes y las regiones promotoras, que producen un comportamiento deseado. El proceso por el cual se debe lograr este objetivo está claro, y por lo tanto la definición precisa de la biología sintética también es unclear.3 Sin embargo, el éxito de la biologíasintética depende de algunos ingredientes clave: proceso de diseño eficiente, protocolos estandarizados de ingeniería, 4 y algunos forma de modularity5 permitiendo un ingeniero para construir sobre el trabajo de otro. El potencial de esta tecnología es inmenso para la comprensión de la ciencia fundamental o la solución de problemas del mundo real. Mediante la construcción de osciladores ,6-8interruptores biestables, 9,10 ruido que controlan networks11 y la sincronización de los circuitos, 12 biólogos sintéticos son capaces de llevar la teoría de los sistemas biológicos a la práctica. A los efectos de aplicación del mundo real, la biología sintética puede llegar a ser un jugador clave en la biorremediación, 13 producción14 drogas, el 15 y el bio-combustible producción.16
Mientras que labiología sintética tiene un gran potencial, es importante entender la limitaciones actuales. Hay cuestiones sin resolver en varios niveles: protocolos de laboratorio húmedo, el intercambio de información y modelado computacional. La biología sintética se basa en la hipótesis de que las piezas biológicas o elementos funcionales codificados como ADN, se pueden montar con el fin de construir circuitoscon los protocolos de laboratorio húmedo behavior.17 predecible para el montaje de partes biológicas son mucho tiempo y mucha mano de obra, sobre todo en la construcción de grandes circuitos . Para el propósito de compartir, no hay protocolos estándar para el intercambio de piezas completas entre los laboratorios de investigación, incluyendo la secuencia de ADN y la información acerca de lafunción de la parte. Para el análisis computacional, no hay un consenso claro sobre qué tipos de modelos son los más adecuados para predecir con fiabilidad el comportamiento del circuito biológica, especialmente en la presencia de tantos parámetros desconocidos en un circuito sintético promedio. Sin embargo, es igualmente importante tener en cuenta que se han logrado avances significativos para hacer...