Ongoing efforts within synthetic biology have been directed towards the building
of artificial computational devices using engineered biological units as basic
building blocks. Such efforts, are limited by the wiring problem: each
connection of the basic computational units (logic gates), must be implemented
by a different molecule.
We propose a non-standard way of implementing logic computations that reduces
wiring requirements thanks to a multicellular design with distribution of the
output among cells. Practical implementations are presented using a library of
engineered yeast cells, in which each genetic construct defines a logic
function. This shows the great potential for re-utilization of genetic elements
to build distinct cells. The cells are combined in multiple ways to easyly build
diferent complex synthetic circuits.
In the first manuscript, we proposed a multi-layer design. The engineered cells
can perform the IDENTITY, NOT, AND and N-IMPLIES logics and are able to
communicate with two different wiring molecules. As a proof of principle, we
have implemented many logic gates and more complex circuits such as a 1--bit
adder with carry.
In the second manuscript, a general architecture to engineer cellular consortia
that is independent of the circuit’s complexity is proposed. This design
involves cells, performing IDENTITY and NOT logics, organized in two layers. The
key aspect of the architecture is the spatial insulation. That design, permits
implementation of complex logical functions, such as 4to1—multiplexer only with
one wire. / En el camp de la biologia sintètica els esforços s'han dirigit a construir
dispositius computacionals artificials connectant les unitats lògiques bàsiques
(portes lògiques). Aquests esforços, estan limitats per l'anomenat “wiring
problem”: cada connexió entre les unitats lògiques s'ha d'implementar amb una
molècula diferent.
En aquesta tesi es mostra una manera no-estàndard d'implementar funcions
lògiques que redueix el nombre de cables necessaris gràcies a un disseny
multicel·lular amb una distribució de la sortida en diferents cèl·lules. Es
presenta una implementació pràctica utilitzant una llibreria de cèl·lules de
llevat enginyeritzades, on cada constructe genètic defineix una funció lògica.
Això posa de manifest el gran potencial que suposa la re-utilització dels
elements genètics per construir les diferents cèl·lules. Al mateix temps, les
cèl·lules es poden combinar de múltiples maneres permetent la construcció fàcil
de diferents circuits sintètics complexes.
En el primer article, proposem un disseny en múltiples capes. Les cèl·lules
modificades genèticament poden realitzar les lògiques: IDENTITY, NOT, AND i NIMPLIES
i són capaces de comunicar-se utilitzant dues connexions diferents. Com
a demostració experimental, s'han implementat varies portes lògiques i circuits
més complexos tals com un sumador d'un bit.
En el segon article, es proposa una arquitectura general, que defineix un
consorci cèl·lular, capaç d'implementar qualsevol circuit independentment de la
seva complexitat. Aquest disseny es basa en cèl·lules que realitzen les lògiques
IDENTITY i NOT, organitzades en dues capes. L’aspecte clau d’aquesta
arquitectura és l’aïllament espaial. Aquest disseny permet implementar funcions
lògiques molt complexes tals com multiplexor—4a1 utilitzant una sola molècula
cable.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UPF/oai:www.tdx.cat:10803/320193 |
| Date | 18 September 2014 |
| Creators | Conde Pueyo, Núria, 1983- |
| Contributors | Posas Garriga, Francesc,, Solé Vicente, Ricard, 1962-, Universitat Pompeu Fabra. Departament de Ciències Experimentals i de la Salut |
| Publisher | Universitat Pompeu Fabra |
| Source Sets | Universitat Pompeu Fabra |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 197 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0017 seconds