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Inside the Cell Factory: the software and hardware of the bacterial gene expression flow

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Prof. Victor de Lorenzo (CNB, CSIC)

Jueves 7 de noviembre de 2019. 12:00 h

Salón de Grados cicCartuja2

El ruido transcripcional es una consecuencia necesaria de los eventos moleculares que impulsan la expresión génica en procariotas. Sin embargo, la bacteria del suelo Pseudomonas putida mt-2 parece haber explotado evolutivamente ese ruido para desplegar una estrategia de diversificación metabólica que permite una exploración cautelosa de nuevos paisajes químicos. En realidad, el ruido no es solo la mera consecuencia de la estocasticidad, sino también una señal que refleja la dinámica física la maquinaria molecular de la expresión génica. Ese ruido puede explotarse para desplegar fenotipos beneficiosos como la división del trabajo bioquímico.

En este contexto hemos estudiado la actividad del promotor Pm de Pseudomonas putida mt-2 y su regulador XylS siguiendo mediante observación directa de los transcritos o indirecta mediante la expresión de fusiones Pm-GFP en células individuales. Usando modelos matemáticos y simulaciones computacionales, hemos determinado las propiedades cinéticas del sistema y las usamos como un código para interpretar la actividad del promotor en términos de variabilidad física del regulador. Estos estudios revelaron que el ruido transcripcional depende de la distancia física intracelular entre la fuente del regulador (donde se produce XylS) y el promotor al que se une. Cuando esa distancia se minimiza o se amplía cambian los patrones de ruido. Este abordaje permite la deconvolución de datos de citometría en información sobre la materialidad del flujo de expresión génica. 

• Goñi-Moreno Á, Benedetti I, Kim J, de Lorenzo V. (2017) Deconvolution of gene expression noise into spatial dynamics of transcription factor-promoter interplay. ACS Synth Biol. 6: 1359-1369
• Guantes R, Benedetti I, Silva-Rocha R, de Lorenzo V. (2016) Transcription factor levels enable metabolic diversification of single cells of environmental bacteria. ISME J. 10: 1122-1133
• Kim J, Goñi-Moreno A, Calles B, de Lorenzo V. (2019) Spatial organization of the gene expression hardware in Pseudomonas putida. Environ Microbiol 21: 1645-1658.
• Silva-Rocha, R. and de Lorenzo, V. (2012) Stochasticity of TOL plasmid catabolic promoters sets a bimodal expression regime in Pseudomonas putida mt-2 exposed to m-xylene. Mol. Microbiol. 86: 199-211

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