synbio lecture siriusfeb2019 · Перспективы СинБиов медицине...
TRANSCRIPT
![Page 1: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/1.jpg)
Синтетическая
биология
к.ф.-м.н. Алексей Константинович Шайтан
кафедра биоинженерии
Биологический факультет
МГУ имени М.В. Ломоносова
Сириус - Февраль 2019 – ФизХимБио смена
![Page 2: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/2.jpg)
Устройство живых систем: от изучения к созданию2
Организмы
Ткани
Молекулы
(Эко)системы
Клетки
ДНКРНК
Белки
![Page 3: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/3.jpg)
Ожидания и перспективы3
http://reviverestore.org/
«Воскрешение»мамонта
![Page 4: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/4.jpg)
Перспективы СинБио в медицине
• Противораковые бактерии
4
M. Omar Din et al., Nature 2016
Chien, T., Doshi, A., & Danino, T. (2017). Advances in bacterial cancer therapies using synthetic biology. Current Opinion in
Systems Biology, 5, 1–8.
![Page 5: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/5.jpg)
Перспективы СинБио в медицине
• Противораковые бактерии
• Программируемые органоиды
5
M. Omar Din et al., Nature 2016
Velazquez et al. (2018). Trends in Biotechnology
Xue et al. Mol Ther. 2017
![Page 6: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/6.jpg)
7
Danino, T., Mondragón-Palomino, O., Tsimring, L., & Hasty, J. (2010). A synchronized quorum of genetic clocks. Nature, 463(7279), 326–330. doi:10.1038/nature08753
От программирования компьютеров к программированию живых
организмов: примеры
Синхронизированные осцилляции свечения в
колониях бактерий
![Page 7: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/7.jpg)
Что такое синтетическая биология?
8
![Page 8: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/8.jpg)
Определение Синтетической биологии
Единого определения нет
• СБ – это применение и внедрение инженерных принципов для создания новых биологических систем.
• СБ – это дизайн и конструирование новых биологических деталей, устройств, систем … для полезных целей. (Nature.com)
• СБ заимствует принципы из технических и компьютерных наук, проводя
аналогии между биологическими и техническими системами.
9
![Page 9: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/9.jpg)
Биоинженерия VS Синтетическая биология 10
The Ethics of Synthetic Biology and Emerging Technologies
https://bioethicsarchive.georgetown.edu/pcsbi/sites/default/files/news/PCSBI-Synthetic-Biology-Report-12.16.10.pdf
“Top-down” “Bottom-up”
![Page 10: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/10.jpg)
Живые системы и цифровые технологии14
Аналоговые
технологии
Цифровые
технологии
1 0 1 0 1 0 1
ДНК – цифровой код
![Page 11: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/11.jpg)
Генетический код15
Геном человека3 млрд нуклеотидов
262 тыс страниц3 Гбайта
Геном кишечной палочки4.6 млн нуклеотидов
400 страниц4.6 Мбайт
![Page 12: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/12.jpg)
Сиквенирование ДНК (метод Сэнгера)16
https://www.youtube.com/watch?v=593zWZNwbJI
![Page 13: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/13.jpg)
Технологии чтения и записи ДНК
17
![Page 14: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/14.jpg)
Синтез ДНК18
https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biology/dna-
oligonucleotide-synthesis.html
![Page 15: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/15.jpg)
Удешевление синтеза ДНК
19
![Page 16: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/16.jpg)
От программирования компьютеров к программированию
жизни
????
20
Ядро ОС Linux ~100 Мб
![Page 17: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/17.jpg)
Аналогии компьютеров и живых клеток
2010 Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0
Первый искусственныйгеном (~$40 млн)
• Software boots into hardware• Genetic code boots into cells
21
Craig Venter
2016 Syn3.0
Минимальный геном
![Page 18: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/18.jpg)
От программирования компьютеров к программированию
жизни
22
~100 млрд. (10^11) нейронов
Каждый нейрон имеет
~7000 синаптических связей
23 млрд. устройств подключенных к интернету
![Page 19: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/19.jpg)
Сложные инженерные системы
Boeing 747
6 млн частей Boeing 777
Первый самолет
спроектированный
полностью на
компьютере
~2500 лет
д.н.э.
Intel Xeon Phi CPU
8*10^9 транзисторов
23
![Page 20: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/20.jpg)
Характеристики инженерного подхода
• Разделение дизайна и производства (decoupling)
• Стандартизация
• Абстракция
• Автоматизация/Роботизация
24
![Page 21: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/21.jpg)
Инженерные принципы в биологии
VS
25
https://phys.org/news/2013-02-cell-circuits-history-synthetic-biology.html
![Page 22: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/22.jpg)
Разделение дизайна и производства26
http://www.evolutionengineersltd.co.uk
Использование
автоматизированных систем
проектирования (САПР)
https://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design
![Page 23: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/23.jpg)
Инженерный принцип: «Стандартизация»
1977
27
![Page 24: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/24.jpg)
Инженерный принцип: «Автоматизация»28
https://medium.com/technical-illustration/solidworks-and-catia-i-love-both-4a747fa9dc08
https://www.youtube.com/watch?v=FOp-lX3NY6E
![Page 25: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/25.jpg)
Программирование экспериментов
https://www.emeraldcloudlab.com
Лаборатория в облаке
29
![Page 26: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/26.jpg)
Инженерный принцип: «Абстракция»
• Иерархическая абстракция/ модульный дизайн / взаимозаменяемость
• Особенно распространена в компьютерном мире
• Абстракция – выделение главных свойств элемента не зависящих от
деталей реализации.
Абстракция лампочки:1) Тип патроны
2) Напряжение
3) Мощность
30
![Page 27: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/27.jpg)
Эволюция ИТ-технологий• Следуя этим принципам компьютерная индустрия совершила прорыв.
31
https://www.eitdigital.eu/newsroom/blog/article/it-is-gradually-and-then-it-is-suddenly/
![Page 28: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/28.jpg)
Генетические сети (genetic circuits) и их
конструирование (программирование)
Методы синтетической биологии
32
![Page 29: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/29.jpg)
Клетки как компьютеры33
Клетки вычисляют решения на основе внешних факторов
![Page 30: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/30.jpg)
Генетические сети/схемы (genetic circuits)34
![Page 31: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/31.jpg)
Центральная догма молекулярной биологии35
ДНК РНК Белок
репликация
транскрипция трансляция
https://sites.google.com/site/whatcamefirstrnaordna/rna http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/3d_prot.htm
![Page 32: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/32.jpg)
Устройство гена (прокариоты)36
ДНК
промотер оператор терминатор
Сайтсвязывания
рибосомы
Кодирующаяпоследовательность
РНК
Белок
Началотранскрипции
Старткодон
Стопкодон
![Page 33: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/33.jpg)
Лактозный оперон – простейшая генетическая схема37
Лактоза
![Page 34: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/34.jpg)
38
Лактозный оперон – простейшая генетическая схема
Белок LacI
![Page 35: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/35.jpg)
39
Лактозный оперон – простейшая генетическая схема
- Терминатор транскрипции
- Промотер/оператор
- Сайт связывания рибосомы
- Кодирующая последовательность
Лактоза ( аллолактоза) / IPTG
![Page 36: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/36.jpg)
40
IPTG
Изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозид (ИПТГ, англ. IPTG)
Аллолактоза
![Page 37: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/37.jpg)
41
Инвертор сигнала (применение абстракции)
Зеленый флуоресцентный
белок (GFP)
lacI GFP
Есть Нет
Нет есть
placGFP
Инвертор
Электрический аналог
![Page 38: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/38.jpg)
42
Логические вентили в электронике
Логическое И Логическое ИЛИ
![Page 39: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/39.jpg)
43
Логические вентили в электронике
Логическое ИЛИ-НЕ
Apollo Guidance Computer
~5000 ИЛИ-НЕ
![Page 40: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/40.jpg)
44
Аналоги в генетических сетях
tetR lacI GFP
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
И-НЕ
![Page 41: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/41.jpg)
46
Триггеры
![Page 42: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/42.jpg)
47
ТриггерыIPTG
тетрациклин
2000
![Page 43: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/43.jpg)
Репрессилятор48
2000
![Page 44: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/44.jpg)
Репрессилятор49
![Page 45: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/45.jpg)
Синхронизированный Репрессилятор50
![Page 46: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/46.jpg)
Quorum sensing\ Чувство кворума51
Aliivibrio fischeriHawaiian Bobtail squid
https://en.wikipedia.org/wiki/Euprymna_scolopes
https://www.labroots.com/trending/microbiology/2537/microbe-aliivibrio-fischeri
![Page 47: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/47.jpg)
Quorum sensing\ Чувство кворума52
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bobtail_squid_light_organ_silhouette.svg
![Page 48: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/48.jpg)
Quorum sensing\ Чувство кворума53
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Quorum_sensing_of_Gram_Negative_cell.pdf
![Page 49: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/49.jpg)
Quorum sensing\ Чувство кворума54
https://openwetware.org/wiki/CH391L/S13/QuorumSensing
![Page 50: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/50.jpg)
Синхронизированный Репрессилятор55
![Page 51: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/51.jpg)
Синхронизированный Репрессилятор56
![Page 52: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/52.jpg)
58
Более сложные искусственные сети (автоматизация)
Bio-design automation
http://www.cellocad.org A.A.K. Nielsen et al. Science 2016
Генетическое программирование
![Page 53: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/53.jpg)
Примеры схем60
ИЛИ-НЕ
![Page 54: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/54.jpg)
Стандартизация: стандартные биологические детали
61
![Page 55: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/55.jpg)
Традиционный подход к молекулярному клонированию62
Бактериальная ДНК Плазмиды
Плазмида pBR322
Рестриктаза EcoRI Сайт рестрикции
![Page 56: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/56.jpg)
Традиционный подход к молекулярному клонированию63
![Page 57: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/57.jpg)
BioBricks – стандарт для сборки био деталей.64
E – EcoRI
X – XbaI
S – SpeI
P – PstI
![Page 58: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/58.jpg)
Registry of standard biological parts66
http://parts.igem.org
![Page 59: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/59.jpg)
Registry of standard biological parts67
http://parts.igem.org
![Page 60: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/60.jpg)
Иерархическая абстракция
• От биологических деталей к устройствам и системам
68
http://parts.igem.org
![Page 61: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/61.jpg)
Примеры результатов
https://cosmosmagazine.com/biology/life-2-0-inside-the-synthetic-biology-revolution
https://www.nature.com/scitable/blog/bio2.0/artemisia_annua_a_vital_partner
https://www.nature.com/news/synthetic-biology-s-first-malaria-drug-meets-market-resistance-1.19426
Metabolic engineering in yeast (2006)
69
![Page 62: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/62.jpg)
Примеры результатов
http://www.ufz.de/arsolux
70
Сенсоры на бактериях
https://www.fredsense.com
![Page 63: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/63.jpg)
Ожидания и перспективы73
http://reviverestore.org/
«Воскрешение»мамонта
![Page 64: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/64.jpg)
75
Р. Фейнман 1918-1988
![Page 65: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/65.jpg)
Спасибо за внимание!
76
![Page 66: SynBio Lecture SiriusFeb2019 · Перспективы СинБиов медицине •Противораковые бактерии 4 M. Omar Din et al., Nature 2016 Chien, T.,](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022070917/5fb786d76f1ca238bb498cf8/html5/thumbnails/66.jpg)
Практическая часть77
Цель: запрограммировать бактерию E. coli выполнять функцию
сенсора лактозы (молочного сахара)
• Бактерия должна окрашиваться в красный цвет, если в среде есть
лактоза.
лактоза
лактозаRFP
RFP – красный
флюоресцентный
белок