El enfoque de BIODYNAMICS tendrá como objetivo demostrar que las factorías celulares microbianas multipropósito basadas en biología sintética estandarizada y modular plug-and-play son una posibilidad real para una bioproducción más rápida, barata y efectiva. Para ello, desarrollará nuevos métodos y herramientas de modelado y caracterización híbridos (basados en datos y mecanicistas) para ingeniería metabólica sintética avanzada.

En particular, se considerará el diseño, implementación y análisis de mecanismos óptimos de regulación dinámica sintética en rutas metabólicas de novo para la producción de metabolitos de interés en factorías celulares microbianas. Se centrará en métodos sensibles al contexto, que consideren modelos de asignación de recursos celulares y su interacción con el crecimiento celular y los cambios ambientales que ocurren en el contexto de un biorreactor donde incluso puede coexistir una comunidad de microorganismos simbióticos. También considerará el uso de biosensores metabólicos extendidos que brinden capacidades de detección más allá de los efectores naturales.

Para superar algunas limitaciones actuales a la hora de implementar dispositivos genéticos sintéticos, BIODYNAMICS desarrollará herramientas de optimización y aprendizaje automático para la selección y caracterización estándar componentes genéticos. Estos se integrarán dentro de un flujo de trabajo DBTL utilizando hardware y software de código abierto de bajo coste, lo que facilitará la biosíntesis modular, automatizada y guiada por modelos.

BIODYNAMICS validará sus métodos y herramientas sobre la producción de fenilpropanoides de interés industrial utilizando el huésped bacteriano E. coli.

Para lograr estos objetivos, BIODYNAMICS integra dos grupos de investigación con una dilatada y reconocida experiencia.

• El grupo SB2CLab-UPV aporta experiencia en sistemas de control de bioprocesos, biología sintética para regulación dinámica y herramientas bioinformáticas para ingeniería metabólica, junto con experiencia en automatización, métodos de aprendizaje automáticon y trabajo experimental de laboratorio de biología molecular.
• El grupo IIM-CSIC aporta experiencia en la construcción de modelos de bioprocesos (ingeniería inversa, inferencia de redes, identificación de sistemas no lineales) y optimización (incluida la optimización dinámica global y multicriterio) en las áreas de sistemas y biología sintética.

BIODYNAMICS cuenta con la cooperación de reconocidos investigadores externos: Prof. G.-B. Stan (Imperial College London), experto en control dinámico aplicado a biología sintética, Prof. H. De Battista (CONICET), en técnicas de modo deslizante aplicadas a biosistemas, Dr. Jacob Beal (Raytheon BBN Technologies), en automatización y estandarización para biología sintética y líder del equipo de Lenguaje Abierto de Biología Sintética (SBOL), Prof. J. Saez-Rodríguez (U. de Heideberg), experto en modelado de vías bioquímicas complejas, y el Prof. Sebastian Sager (Universidad Otto-von-Guericke), experto en optimización matemática.

Además, dos empresas líderes en biotecnología contribuirán a la relevancia y explotación de los resultados:

• ADM-Biopolis, con experiencia central en el diseño y desarrollo de microorganismos para fines industriales y relacionados con la salud, y
• SilicoLife, que diseña microorganismos optimizados y vías novedosas para aplicaciones de biotecnología industrial, basado en la ingeniería metabólica computacional y enfoques de biología sintética.

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