RT Journal Article
T1 A bottom-up characterization of transfer functions for synthetic biology designs: lessons from enzymology
A1 Carbonell-Ballesteros, Max
A1 Durán-Nebreda, Salva
A1 Montañez, Raúl
A1 Macía, Javier
A1 Rodríguez-Caso, Carlos Francisco
K1 Enzimología
AB Within the field of synthetic biology, a rational design of genetic parts should include a causal understanding of their input-output responses-the so-called transfer function-and how to tune them. However, a commonly adopted strategy is to fit data to Hill-shaped curves without considering the underlying molecular mechanisms. Here we provide a novel mathematical formalization that allows prediction of the global behavior of a synthetic device by considering the actual information from the involved biological parts. This is achieved by adopting an enzymology-like framework, where transfer functions are described in terms of their input affinity constant and maximal response. As a proof of concept, we characterize a set of Lux homoserine-lactone-inducible genetic devices with different levels of Lux receptor and signal molecule. Our model fits the experimental results and predicts the impact of the receptor's ribosome-binding site strength, as a tunable parameter that affects gene expression. The evolutionary implications are outlined.
PB Oxfrod University Press
YR 2014
FD 2014-12-16
LK https://hdl.handle.net/10630/35328
UL https://hdl.handle.net/10630/35328
LA eng
NO Max Carbonell-Ballestero, Salva Duran-Nebreda, Raúl Montañez, Ricard Solé, Javier Macía, Carlos Rodríguez-Caso, A bottom-up characterization of transfer functions for synthetic biology designs: lessons from enzymology, Nucleic Acids Research, Volume 42, Issue 22, 16 December 2014, Pages 14060–14069, https://doi.org/10.1093/nar/gku964
NO Este artículo introduce un marco matemático innovador para diseñar dispositivos genéticos sintéticos, abordando las limitaciones de los enfoques tradicionales que ajustan datos experimentales a curvas de Hill sin considerar los mecanismos moleculares subyacentes. Mediante un enfoque inspirado en la enzimología, los autores describimos las funciones de transferencia en términos de constantes de afinidad al input y respuestas máximas. Este método permite predecir el comportamiento global de un dispositivo genético utilizando información detallada de sus partes biológicas.Como prueba de concepto, el estudio caracterizó dispositivos genéticos inducibles por lactonas de homoserina (Lux) con diferentes niveles del receptor Lux y moléculas señalizadoras. El modelo no solo se ajustó a los datos experimentales, sino que también predijo cómo la fuerza del sitio de unión al ribosoma del receptor puede modular la expresión génica, mostrando su utilidad como parámetro ajustable. Estos resultados ofrecen un marco teórico que mejora el diseño racional de circuitos genéticos y abren preguntas sobre sus implicaciones evolutivas.
NO Fundación Botín, Banco de Santander through its Santander Universities Global Division [BES-2010-038940 to R.M., C.R.C.]; ERC SYNCOM [291294 to M.C.B.]; FPI MINECO fellowship [to S.D.N.]. Funding for open access charge: ERC SYNCOM [291294].
DS RIUMA. Repositorio Institucional de la Universidad de Málaga
RD 21 ene 2026