Mis on sünteetiline bioloogia? Mart Loog Tehnoloogiainstituut

Transcription

1

2 Mis on sünteetiline bioloogia? Mart Loog Tehnoloogiainstituut

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 Looduse ümberprogrammeerimine Reprogramming Life

13 Sekvenaator

14 Süntesaator

15

16

17 Alused DNA sekveneerimise võimekuse kasv ja hinna langus (viimased 15 aastat) DNA sünteesi hinna langus (viimased 5 aastat) Süsteemibioloogia esiletõus (ca viimased 15 aastat) Insener-disaini rakendamine sünteetiliste biomolekulaarsete süsteemide loomine (viimased 14 aastat)

18 Vaade ajalukku Semikonservatiivne replikatsioon Geneetiline kood Esimene genoom Järjestatud (FX174) (CRISPR) Cas9 genome editing DNA kaksikheeliksi struktuur: James D Watson Francis Crick PCR Human genome project -READ Human genome project -WRITE

19

20

21 The goal is to launch HGP-write in 2016 with $100 million in committed support, from public, private, philanthropic, industry, and academic sources from around the world. By focusing on building the 3 Gb of human DNA, HGP-write would push current conceptual and technical limits by orders of magnitude and deliver important scientific advances.

22 DNA sekveneerimise ja sünteesi hind langeb hingematva kiirusega 2026

23 Sünteetiline pärm

24 Build-a-genome kursus Johns Hopkins University. Esimene täielikult sünteetiline pärmi kromosoom (2014)

25

26 Bioloogiliste süsteemide disain on.. ȧeglane süsteemid ülikeerulised puuduvad standardid

27 Bioloogilised süsteemid on suured ja keerulised.

28 Modulaarsus ja standardid

29

30 Sünteetilise bioloogia esimene artikkel

31 A generalized repressilator model Strelkowa N, and Barahona M J. R. Soc. Interface 2010;7:

32 Sünteetilise bioloogia esimene artikkel Elowitz & Liebler (2000) Nature, 403:335

33 Repressilation in living bacteria. a, b, The growth and timecourse of GFP expression for a single cell of E. coli host strain MC4100 containing the repressilator plasmids (Fig. 1a). Snapshots of a growing microcolony were taken periodically both in uorescence (a) and bright- eld (b). c, The pictures in a and b correspond to peaks and troughs in the timecourse of GFP uorescence density of the selected cell. Scale bar, 4 mm. Bars at the bottom of c indicate the timing of septation events, as estimated from bright- eld images.

34 Rakk kui arvuti (biocomputing)

35 Toolbox for integrated circuits Kina se n Kinase Input 1 Kinase Input 3 Output 1 Kinase Input 2 Output 2

36 Loogilised võrgud

37 Loogilised võrgud

38 4-input AND gate Tae Seok Moon et al. (2012) Nature DOI: Suurim takistus bioloogiliste süsteemide disainil: võrgustike erinevad tasandid kipuvad üksteisega interakteeruma ja signaale lekitama. Et seda vältida kasutasid autorid suunatud evolutsiooni.

39 Analoogarvutus elusrakkudes Daniel et al. (2013) Nature, 497:619

40 Rakuvabrikud

41

42 Lindberg & Ratcliffe Synthetic plant biology: Arengufond the roots of a bio-based society Current Opinion in Biotechnology 2014 Biotöötlus - taimsete rakukultuuride ja/või vetikate kasutamine erinevate ainete biosünteesiks

43 Artemisia annua biosünteetilisi ensüüme kodeerivad geenid viidi pärmi genoomi 25 g/l

44 Amyris Esimene ja Artemisiniini sünteetilise bioloogia firma: lugu Amyris, Emeryville, California, asutatud miljonit $ Melinda ja Bill Gates i fondist malaariaravimi tootmiseks pärmist IPO 2010

45 Solazyme: ümberprogrammeeritud vetikad, mis toodavad palmiõli

46 SB ja meditsiin

47 Precision Tumor Recognition by T Cells With Combinatorial Antigen-Sensing Circuits

48 Programmeeritud bakterid, mis tapavad vähirakke Programmeeritud süsteem, mis koordineerib bakteripopulatsiooni tungimist vähirakkudesse. Vähirakkude hävitamine atsetüülsalitsüülhappe (Aspiriini) abil. CD - cytosine deaminase

49

50

51

52

53 Elusad fotod ja amööbide võidujooksud

54 Renicke et al. (2013) Chemistry & Biology 20, 619

55 Sünteetiline bioloogia kui võimalus Eestile?

56

57

58

59

60

61 Plant Signal Research Group

62

63 Tanel Tenson ja Arvi Jõers: sünteetiline bioloogia bakteris We are starting a new metabolic engineering project in cooperation with Competence Centre for Food and Fermentation Technologies led by Raivo Vilu. The goal of the project is to engineer Lactococcus lactis to be a better workhorse in milk fermentation. belongs to lactic acid bacteria ferments milk, makes yoghurt, sour milk etc produces lactic acid as a metabolic end-product generally recognised as safe (GRAS) status

64 Imetaja rakud: Mart Ustavi grupp ja Icosagen Tartu, Estonia, 4pm-9am IcoPark since

65 QMCF Technology pqmcf plasmid Conventional plasmid DNA/nuclear compartment binding protein 65

66

67

68

69

70

71 Valkude multi-fosforüülimisel põhinevad signaaliprotsessorid biomolekulaarsetes süsteemides Kõivomägi et al. (2013) Nat. Str. Biol

72 Proteiinkinaas Cdk reguleerib raku pooldumistc valkude multi-fosforüülimise kaudu Valgu stabiilsus P P P P P P Lokalisatsioon (S/T)P Valk-valk interaktsioonid

73 Multifosforüülimise kood

74 Quipu Fosforüülimine on nagu Kipu P P P P P P P P P P P P P P P P P P kuidas on muster kirjutatud ja kuidas seda dekodeerida?

75 Sünteetilised multifosforüülimise moodulid Docking Kinase 1 P OH OH OH OH Docking Phospho adaptor P Kinase 2 P OH OH OH Docking P Phospho adaptor P Kinase 2 P P P Primary input module Secondary input module Conformational phosphoswitch module

76 Logic gates AND Input1 Input2 Output OR Input1 Input2 Output NAND Input1 Input2 Output

77 Logic gates XNOR Input1 Input2 Output NOR Input1 Input2 Output XOR Input1 Input2 Output

78 Müra filter (persistence detector) (A), pulsi generaator (B), adaptatsiooni moodul (C).

79 Tulevik

80 Helendavad taimed

81 Elusad ehitusmaterjalid

82 Elusad ehitusmaterjalid

83

84 Sünteetiline elu Marsil

85 Sünteetiline elu Marsil

86 Sünteetiline elu Marsil

87 Combined Liver & Kidney Function

88 Combined Liver & Kidney Function

89 Combined Liver & Kidney Function = Kliver

90 As the branches of the tree of life, and of hominids, continue to grow and spread, many of our grandchildren will likely engineer themselves into what we would consider a new species, one with extraordinary capabilities, a Homo evolutis. Juan Enriquez, a well-respected futurist