Dinámica de circuitos de regulación genética en bacterias

• Autores: María Lorena Espinar Calvo
• Directores de la Tesis: Jordi Marti Rabassa (dir. tes.), Jordi García-Ojalvo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ramon Vilaseca Alavedra (presid.), Nuria Domedel Puig (secret.), Marta Ibañes Miguez (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biometría
    • Biología celular
    • Genética
      • Ingeniería genética
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • El objetivo de esta Tesis es el estudio de diferentes comportamientos celulares dinámicos en Escherichia coli y Bacillus subtilis. Es interesante comprender cómo estos organismos sencillos poseen mecanismos complejos para responder al entorno en el que se encuentran. Dicha respuesta está regulada por complicadas redes de regulación formadas por genes y proteínas, donde al igual que los instrumentistas de una orquesta, cada elemento de las redes genéticas debe tomar parte en armonía, en el momento justo y la cantidad adecuada para dar lugar a la respuesta celular apropiada. La Parte I introduce aspectos básicos de la metodología utilizada y conceptos fundamentales para la comprensión de los resultados. El Capítulo 1 es una breve introducción a los circuitos de regulación genética y el uso de proteínas fluorescentes para el estudio in vivo y en células individuales de la dinámica de dichos circuitos. El Capítulo 2 describe los materiales y técnicas utilizadas, desde el cultivo y obtención de cepas bacterianas, los métodos para filmar dichas cepas con microscopía de fluorescencia temporalizada, al análisis de las imágenes. El Capítulo 3 describe las características básicas de los procesos biológicos de estudio. El Capítulo 4 describe ciertos aspectos de la dinámica celular como el comportamiento oscilatorio o excitable de algunos sistemas biológicos, y las herramientas matemáticas usadas para contrastar los datos experimentales. La Parte II corresponde a los resultados. El Capítulo 5 describe los resultados del estudio del control del inicio de la replicación cromosómica en E. coli. Mediante una serie de perturbaciones en las proteínas que regulan este proceso, y mediante el análisis de las imágenes obtenidas por microscopía, se cuantificó el efecto ejercido sobre el inicio de replicación, comparando los resultados con una cepa control. El Capítulo 6 describe los resultados del estudio de la forma en que el circuito genético que regula la competencia en B. subtilis integra múltiples señales simultáneas. Se caracterizó experimentalmente y con un análisis de bifurcación del modelo matemático del circuito, la respuesta en células individuales e in vivo a señales químicas de diferente intensidad que controlan la expresión constitutiva de los genes que forman el circuito, y a la variación del número de copias de uno de estos genes. El Capítulo 7 describe los resultados del estudio del proceso de toma de decisión celular en B. subtilis, basado en la decisión de estas bacterias por optar entre los programas de diferenciación en competencia genética y esporulación, los cuales compiten entre sí en el tiempo. El análisis simultáneo y en células individuales de ambos programas permitió descubrir por qué las bacterias optan por uno u otro mediante un mecanismo de carrera molecular entre estos dos programas en competición. El Capítulo 8 describe los resultados del estudio de la adaptación celular al estrés mediante esporulación y la toma de decisión de una forma robusta en B. subtilis. Se analizó de forma cuantitativa la expresión de los genes implicados en la progresión hacia la formación de esporas y se desarrolló un modelo matemático poblacional para estudiar el efecto de la reversibilidad en el proceso de adaptación celular a cambios en los niveles de estrés. La Parte III corresponde a las Conclusiones y la perspectiva futura para los resultados descritos en la Parte II. Los resultados obtenidos contribuyen a la comprensión de determinados comportamientos en E. coli y B. subtilis. Estas bacterias, sencillas si se comparan con organismos superiores, ofrecen la posibilidad de estudiar mecanismos utilizados por sistemas más complejos, pero que para su estudio se requieren técnicas complicadas. El estudio en células individuales de la dinámica de redes de regulación mediante las técnicas utilizadas nos permite el análisis in vivo y en tiempo real de lo que sucede con dichas redes en el interior de las células respecto al exterior celular.