Circuito biológico sintético

Los circuitos biológicos sintéticos son una aplicación de la biología sintética en la cual partes dentro de una célula son diseñadas para desarrollar funciones lógicas, imitando a aquellas observadas en los circuitos electrónicos.

[1]​ La meta de la biología sintética es generar una variedad de partes o módulos caracterizados y que se puedan mejorar, con los cuales cualquier circuito biológico sintético deseado puede ser fácilmente diseñado e implementado.

Al implementar elementos lógicos controlables y racionales en los sistemas celulares, los investigadores pueden usar a los sistemas vivos como "máquinas" diseñadas para llevar a cabo una amplia gama de funciones útiles.

[1]​ El primer circuito génico natural que fue estudiado a detalle fue el operón lac.

Cuando hay lactosa presente en la célula la enzima β-galactosidasa es producida para convertirla en glucosa o galactosa.

El operón lac es utilizado en la industria biotecnológica para la producción de proteínas recombinantes para el uso terapéutico.

Se utiliza para activar o inducir la producción de la nueva proteína.

Algunas aplicaciones demostradas exitosamente incluyen la producción farmacéutica[6]​ y de combustible.

La puerta AND lógica.[10]​[11]​ Si la señal A Y la señal B están presnetes, entonces el compuesto génico deseado se producirá. Todos los promotores deseados son inducibles, activados por los productos génicos mostrados. Cada señal activa la expresión de un gen separado (mostrado en azul claro). Las proteínas expresadas pueden ya sea formar un complejo completo en el citosol que sea capaz de activar la expresión del producto o pueden actuar de manera separada para inducir la expresión, como puede ser remover de manera separada una proteína inhibitoria e induciendo la activación del promotor ahora sin inhibición.
La puerta AND lógica. [ 10 ] ​ [ 11 ] ​ Si la señal A Y la señal B están presnetes, entonces el compuesto génico deseado se producirá. Todos los promotores deseados son inducibles, activados por los productos génicos mostrados. Cada señal activa la expresión de un gen separado (mostrado en azul claro). Las proteínas expresadas pueden ya sea formar un complejo completo en el citosol que sea capaz de activar la expresión del producto o pueden actuar de manera separada para inducir la expresión, como puede ser remover de manera separada una proteína inhibitoria e induciendo la activación del promotor ahora sin inhibición.
La puerta OR lógica.[10]​[11]​ Si la señal A O la señal B están presentes, entonces el compuesto génico deseado se producirá. Todos los promotores mostrados son inducibles. Cualquier señal es capaz de activar la expresión del producto deseado y sólo es necesaria la acción de un promotor para la expresión génica. Mecanismos de regulaciones post-transcripcionales pueden ser utilizados para prevenir la posibilidad de que la presencia de ambas señales ocasionen una respuesta compuesta, como puede ser la implementación de un sitio de anclaje a ribosoma de baja afinidad.
La puerta OR lógica. [ 10 ] ​ [ 11 ] ​ Si la señal A O la señal B están presentes, entonces el compuesto génico deseado se producirá. Todos los promotores mostrados son inducibles. Cualquier señal es capaz de activar la expresión del producto deseado y sólo es necesaria la acción de un promotor para la expresión génica. Mecanismos de regulaciones post-transcripcionales pueden ser utilizados para prevenir la posibilidad de que la presencia de ambas señales ocasionen una respuesta compuesta, como puede ser la implementación de un sitio de anclaje a ribosoma de baja afinidad.
La puerta AND negada lógica.[10]​[11]​ Si tanto la señal A Y la señal B están presentes, entonces el producto génico deseado NO se producirá. Todos los promotores mostrados son inducibles. El promotor activador para el gen de salida es constitutivo, y por lo tanto no se muestra. Este promotor constitutivo mantiene al gen encendido y sólo se desactiva cuando (de manera similar a la puerta AND) un complejo resultante de dos señales de entrada bloquea la expresión del gen de salida.
La puerta AND negada lógica. [ 10 ] ​ [ 11 ] ​ Si tanto la señal A Y la señal B están presentes, entonces el producto génico deseado NO se producirá. Todos los promotores mostrados son inducibles. El promotor activador para el gen de salida es constitutivo, y por lo tanto no se muestra. Este promotor constitutivo mantiene al gen encendido y sólo se desactiva cuando (de manera similar a la puerta AND) un complejo resultante de dos señales de entrada bloquea la expresión del gen de salida.