Circuito regulador de genes

Los circuitos reguladores genéticos (también conocidos como circuitos reguladores transcripcionales ) son un concepto que evolucionó a partir del modelo de operón descubierto por François Jacob y Jacques Monod . ^{[1]  [2] [3]} Son grupos funcionales de genes que impactan la expresión de cada uno a través de factores de transcripción inducibles y elementos cis-reguladores . ^{[4] [5]}

Los circuitos reguladores genéticos son análogos en muchos sentidos a los circuitos electrónicos en la forma en que utilizan las entradas y salidas de señales para determinar la regulación genética . ^{[4] [5]} Al igual que los circuitos electrónicos, su organización determina su eficiencia, y esto se ha demostrado en circuitos que trabajan en serie para tener una mayor sensibilidad de regulación genética. ^{[4] [6]} También utilizan entradas como reguladores de secuencias trans y cis de genes, y salidas como el nivel de expresión genética . ^{[4] [5]} Dependiendo del tipo de circuito, responden constantemente a señales externas, como azúcares y niveles de hormonas, que determinan cómo el circuito volverá a su punto fijo o estado de equilibrio periódico. ^[7] Los circuitos reguladores genéticos también tienen la capacidad de ser reconectados evolutivamente sin la pérdida del nivel de salida transcripcional original. ^{[8] [9]} Este reconexión se define por el cambio en las interacciones gen regulador-objetivo, mientras que todavía hay conservación de factores reguladores y genes objetivo. ^{[8] [10]}

Estos circuitos pueden ser modelados in silico para predecir la dinámica de un sistema genético. ^{[8] [11]} Una vez construido un modelo computacional del circuito natural de interés, se puede utilizar el modelo para hacer predicciones comprobables sobre el rendimiento del circuito. ^{[12] [13]} Al diseñar un circuito sintético para una tarea de ingeniería específica, un modelo es útil para identificar las conexiones necesarias y los regímenes operativos de parámetros que dan lugar a un resultado funcional deseado. De manera similar, al estudiar un circuito natural, se puede utilizar el modelo para identificar las partes o los valores de los parámetros necesarios para un resultado biológico deseado. ^{[12] [14]} En otras palabras, el modelado computacional y las perturbaciones sintéticas experimentales se pueden utilizar para investigar circuitos biológicos. ^{[12] [14]} Sin embargo, se ha demostrado que la estructura de los circuitos no es un indicador confiable de la función que proporciona el circuito regulador para la red reguladora celular más grande. ^[7]

La comprensión de los circuitos reguladores genéticos es clave en el campo de la biología sintética , donde se combinan elementos genéticos dispares para producir nuevas funciones biológicas . ^{[1] [12]} Estos circuitos genéticos biológicos se pueden utilizar sintéticamente para actuar como modelos físicos para estudiar la función reguladora. ^{[15] [16]}

Mediante la ingeniería de circuitos reguladores genéticos, las células pueden modificarse para tomar información de su entorno, como la disponibilidad de nutrientes y señales de desarrollo, y reaccionar de acuerdo con los cambios en su entorno ^{[17] [18]}  . ^{[19] [20]} En la biología sintética de plantas, los circuitos reguladores genéticos pueden usarse para programar rasgos para aumentar la eficiencia de las plantas de cultivo al aumentar su robustez a los estresores ambientales. ^{[18] [21]} Además, se utilizan para producir biofármacos para intervenciones médicas. ^{[18] [21]}