Séance de cours

Commutateur à bascule génétique: Bistabilité et oscillations

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Dans cours

BIO-341: Dynamical systems in biology

Life is non-linear. This course introduces dynamical systems as a technique for modelling simple biological processes. The emphasis is on the qualitative and numerical analysis of non-linear dynamical models. Examples are taken from biology and population ...

Description

Cette séance de cours couvre le commutateur à bascule génétique, un système bistable composé de deux gènes qui se répriment mutuellement. L'instructeur explique les conditions de bistabilité et le rôle des promoteurs et des répresseurs. La séance de cours explore les ingrédients de base du commutateur à bascule, tels que les répresseurs lacI, tetR et lambda, et discute de l'impact des contrôles externes tels que IPTG et aTc. La présentation explore également le concept d'oscillateurs à cycle limite et le cycle de glycolyse chez la levure comme exemple d'oscillations métaboliques. La séance de cours se termine par les applications potentielles du commutateur à bascule dans la thérapie génique et la biotechnologie.

Enseignant·e·s (2)

Felix Naef

Felix Naef studied theoretical physics at the ETHZ and obtained his PhD from the EPFL in 2000. He then received postdoctoral training at the Center for Studies in Physics and Biology at the Rockefeller University (NYC) under the guidance of Prof. Magnasco. His research focuses on the modeling and interpretation of high-throughput functional data and the study of biomolecular oscillators. He joined ISREC as an associate scientist in early 2004 and is currently Associate Professor in the Institute of Bioengineering (IBI).

Julian Charles Shillcock

Julian received his PhD at Simon Fraser University in Canada for work on Monte Carlo simulations of liquid crystal phase transitions and the elastic properties of fluid and polymerized membranes. He was a Group Leader at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Germany for five years applying coarse-grained simulation techniques - principally Dissipative Particle Dynamics (DPD) and Brownian Dynamics - to equilibrium and dynamic properties of fluid lipid membranes. A major target of this research was to reveal the molecular rearrangements that occur during vesicle fusion. During this time, he developed a commercially-available, parallel DPD code that is being used by several universities. He was an Associate Professor at MEMPHYS in the Department of Physics and Chemistry, University of Southern Denmark. He has also worked in industry, designing and writing software for communication satellite simulations (British Aerospace, 1986-1990), and fluid simulation software (Accelrys, Inc., 1998-1999). He joined the Blue Brain Project in 2011, and uses mesoscale simulation techniques, together with theoretical analysis and collaborations with experimentalists, to study the dynamics of cellular processes. Current projects include simulating the formation of the post-synaptic density in dendritic spines and developing theoretical models of the supramolecular organisation of synapses. He also teaches Master's and PhD courses in computational cell biology and biophysics. He wrote and maintains an open source dissipative particle dynamics simulation code: https://github.com/Osprey-DPD/osprey-dpd Orcid: orcid.org/0000-0002-7885-735X

Source officielle

Concepts associés (31)

Lac repressor

The lac repressor (LacI) is a DNA-binding protein that inhibits the expression of genes coding for proteins involved in the metabolism of lactose in bacteria. These genes are repressed when lactose is not available to the cell, ensuring that the bacterium only invests energy in the production of machinery necessary for uptake and utilization of lactose when lactose is present. When lactose becomes available, it is firstly converted into allolactose by β-Galactosidase (lacZ) in bacteria.

Glycolyse

La glycolyse (γλῠκὖς glykýs « sucré » et λύσις lýsis « libération ») ou voie d'Embden-Meyerhof-Parnas est une voie métabolique d'assimilation du glucose et de production d'énergie. Elle se déroule dans le hyaloplasme (ou cytosol) de la cellule. Comme son nom l'indique elle nécessite du glucose et permet de produire du pyruvate. Ce dernier peut soit entrer dans le cycle de Krebs, qui se déroule dans la mitochondrie des eucaryotes ou le cytoplasme des bactéries en aérobiose, soit être métabolisé par fermentation en anaérobiose, pour produire par exemple du lactate ou de l'éthanol.

Cycle de Krebs

Le cycle de Krebs, aussi appelé cycle de l'acide citrique par anglicisme, est une voie métabolique présente chez tous les organismes aérobies et dont la fonction première est d'oxyder les groupes acétyle, issus notamment de la dégradation des glucides, des lipides et des protéines, pour en récupérer l'énergie sous forme de huit électrons à haut potentiel de transfert et d'une molécule de GTP ou d'ATP ; les électrons à haut potentiel de transfert, récupérés sur le NADH et l'ubiquinol (, ou coenzyme réduite),

Oscillation

Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique autour d'une position d'équilibre stable. Les oscillations sont soit régulières (périodiques) soit décroissantes (amorties). Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le domaine. Une oscillation est une "variation d'une grandeur mécanique, électrique, caractérisée par un changement périodique de sens". Le cycle d'une oscillation est le temps écoulé entre deux passages successifs par la position d'équilibre.

Synthetic biological circuit

Synthetic biological circuits are an application of synthetic biology where biological parts inside a cell are designed to perform logical functions mimicking those observed in electronic circuits. The applications range from simply inducing production to adding a measurable element, like GFP, to an existing natural biological circuit, to implementing completely new systems of many parts. The goal of synthetic biology is to generate an array of tunable and characterized parts, or modules, with which any desirable synthetic biological circuit can be easily designed and implemented.

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Explore la respiration cellulaire, en se concentrant sur la génération d'ATP par des voies cataboliques et le rôle des enzymes dans la capture d'énergie.

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Explore l'analyse mathématique des circuits génétiques et la mise en œuvre de plasmides synthétiques chez E. coli, en se concentrant sur le concept d'oscillateurs à cycle limite.

Métabolisme microbien: Production d'énergie et de biomasse

Explore le métabolisme microbien, en mettant l'accent sur la production d'énergie, la production de biomasse, les réactions redox et les porteurs d'électrons.

Transcription procaryote: opérons et facteurs sigma

Explore la transcription procaryote, les opérons, les facteurs sigma, la régulation des gènes et les boucles d'ADN dans les bactéries.

Circuit génétique : Biologie synthétique Connectez-vous à Mediaspace pour regarder cette vidéo

Explore les circuits génétiques en biologie synthétique, en mettant l'accent sur le mécanisme de l'opéron lac et la conception de circuits synthétiques à l'aide de parties biologiques normalisées.

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