Kristala L. J. Prather (MIT) Part 1: Introduction to Synthetic Biology and Metabolic Engineering

Summary

La ingeniería metabólica y la biología sintética son campos de estudio que transforman la forma en que la biología se utiliza para resolver problemas globales. Kristala Prather, profesora asociada de ingeniería química en el MIT, explora cómo la manipulación del ADN y la creación de sistemas biológicos artificiales pueden abordar desafíos en salud, energía y medio ambiente. Ejemplos incluyen el desarrollo de un páncreas artificial para el diabetes, sensores biológicos para detectar contaminación en el agua y la producción de fármacos a partir de microorganismos. La sinergia de principios de ingeniería y biología promete hacer la biología más fácil de diseñar y construir, ampliando su capacidad para realizar química y ofrecer soluciones sostenibles.

Takeaways

• 🌱 Kristala Prather, también conocida como Kris, es profesora asociada del Departamento de Ingeniería Química en la MIT y trabaja en campos como la ingeniería metabólica y la biología sintética.
• 🧬 La biología sintética se centra en el uso de la ADN para diseñar y construir partes, dispositivos y sistemas biológicos, con un enfoque en la reutilización y reprogramación de sistemas naturales.
• 🔬 La ingeniería metabólica se enfoca en mejorar la capacidad de los organismos para producir compuestos químicos útiles, como fármacos y materiales, a través de la manipulación genética y metabolica.
• 🌐 La biología sintética ha evolucionado para abarcar una gama más amplia de definiciones y aplicaciones, incluyendo la creación de sistemas biológicos para resolver problemas globales en salud, energía y medio ambiente.
• 🔬 La síntesis de ADN es una tecnología clave en la biología sintética, permitiendo la creación de secuencias de ADN deseadas sin depender de un hospedero biológico.
• 🌟 Los ejemplos de aplicaciones incluyen sistemas que pueden detectar niveles de glucosa en la sangre para la diabetes, capturar imágenes con bacterias y sensores para detectar arsénico en el agua.
• 🛠️ La ingeniería metabólica y la biología sintética buscan hacer que la biología sea más fácil de diseñar y construir, facilitando la creación de soluciones a problemas globales.
• 🌿 La biología sintética puede ser usada para crear sistemas que reaccionan ante estímulos específicos, como la presencia de luz o la ausencia de ella, para producir patrones de color en bacterias.
• 💊 La biología sintética también se está utilizando para abordar desafíos en la salud, como el desarrollo de un páncreas artificial para pacientes diabéticos.
• 🌱 La biología sintética y la ingeniería metabólica están cambiando la forma en que pensamos sobre la producción de materiales y fármacos, buscando reemplazar el petróleo por biomasa como fuente de químicos y materiales.

Q & A

¿Quién es Kristala Prather y qué profesión desempeña en la actualidad?

Kristala Prather, también conocida como Kris, es profesora asociada en el Departamento de Ingeniería Química en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

¿Cuáles son las dos áreas principales en las que trabaja Kristala Prather y que tienen una fuerte influencia de la biología?

Kristala Prather trabaja en ingeniería metabólica y biología sintética, dos campos que tienen una fuerte influencia de la biología.

¿Qué es la biología sintética según la definición de 2000 en Chemical and Engineering News?

Según la definición de 2000, la biología sintética se enfoca en el uso de moléculas sintéticas no naturales para proporcionar funciones en sistemas biológicos.

¿Cómo ha cambiado la definición de la biología sintética en los últimos 10 a 15 años?

En los últimos años, la biología sintética ha evolucionado para abarcar una definición más amplia que incluye el diseño y construcción de nuevas partes, dispositivos y sistemas biológicos, y la re-diseño de sistemas biológicos naturales para propósitos útiles.

¿Qué es el núcleo de la biología sintética según la definición práctica utilizada en el Synthetic Biology Engineering Research Center?

Según el Synthetic Biology Engineering Research Center, la biología sintética es el esfuerzo por hacer que la biología sea más fácil de ingeniería, fusionando principios de ingeniería con la biología.

¿Qué es la síntesis de ADN y cómo se relaciona con la biología sintética?

La síntesis de ADN es una tecnología clave en la biología sintética que permite crear secuencias de ADN deseadas sin la necesidad de un hospedero biológico, permitiendo así la creación de funciones biológicas específicas sin la intervención directa de organismos vivos.

¿Cómo se utiliza la síntesis de ADN para diseñar un sistema que produzca un patrón de parpadeo en las células bacterianas?

Mediante la combinación de diferentes partes de ADN, como repressores de Tet, Lac y lambda, se puede diseñar un sistema que controle la expresión de una proteína de forma que las células parpadeen, es decir, cambien entre estados de luz encendida y apagada.

¿Qué es un sistema de 'fotografía bacteriana' y cómo se logra?

Un sistema de 'fotografía bacteriana' es un diseño que utiliza bacterias para capturar imágenes al responder a estímulos de luz de manera controlada, utilizando sensores de luz, sistemas de osmoregulación y proteínas como LacZ para producir colores que representen la imagen.

¿Cómo están aplicando los principios de la biología sintética y la ingeniería metabólica para abordar problemas globales en salud, energía y ambiente?

Los investigadores están utilizando estos principios para diseñar sistemas biológicos que pueden tratar diabetes, reducir la necesidad de fertilizantes en la agricultura mediante la fija de nitrógeno, y desarrollar sensores para detectar contaminantes en el agua, como el arsénico.

¿Qué es la ingeniería metabólica y cómo se relaciona con la producción de compuestos químicos útiles?

La ingeniería metabólica se enfoca en mejorar la capacidad de los organismos biológicos para producir moléculas químicas útiles, como fármacos y compuestos industriales, mejorando la eficiencia, la velocidad y la cantidad de producción de estos compuestos.

¿Cómo se puede utilizar la ingeniería metabólica para mejorar la producción de un compuesto en un organismo biológico?

Mediante la eliminación de rutas metabólicas competitivas y la sobreexpresión de enzimas limitantes, se puede aumentar la eficiencia y la producción del compuesto de interés en el organismo biológico.

¿Cuáles son algunos ejemplos de compuestos producidos por la biología que tienen aplicaciones en la industria y la salud?

Algunos ejemplos incluyen el caspofungin, un antifungal, y el lovastatinum, un medicamento para bajar el colesterol, así como el ácido artemisinico, un precursor del fármaco antipalúdico artemisinina.

¿Qué es el programa iGEM y cómo se relaciona con la biología sintética?

El programa iGEM, que significa International Genetically Engineered Machines, es una competencia global donde estudiantes diseñan y construyen sistemas biológicos para abordar problemas específicos, aplicando principios de biología sintética y ingeniería.

¿Cómo se puede utilizar la ingeniería genética para transferir la capacidad de fija de nitrógeno de un organismo a las plantas para reducir el uso de fertilizantes?

Mediante la identificación y transferencia del ADN que codifica las enzimas responsables de la fija de nitrógeno, se puede ingeniar las plantas para que adquieran esta capacidad, lo que podría reducir la dependencia de fertilizantes en el ambiente.

¿Por qué es importante la capacidad de la biología para realizar química y cómo se relaciona con la sustitución del petróleo como fuente de materias primas?

La biología es capaz de producir una amplia gama de moléculas químicas complejas de manera eficiente. La capacidad de reemplazar el petróleo por biomassa como fuente de materias primas para la producción de combustibles y compuestos químicos es una forma sostenible de reducir la dependencia de los combustibles fósiles.