The logic of bacterial regulatory networks

Resumen

I. Resumen Entender los principios que rigen las redes regulatorias celulares es uno de los objetivos fundamentales de la Biología Molecular y, en los últimos años, el desarrollo de nuevas metodologías han fortalecido el campo. Por ejemplo, la utilización de teorías de redes neurales que consideran las interacciones regulatorias como resultado de la agrupación de pequeñas piezas llamadas motivos, cada uno caracterizado por su particular propiedad intrínseca. Una metodología distinta consiste en considerar las redes regulatorias como agrupamientos de puertas lógicas biológicas capaces de procesar señales entrantes (tales como estímulos ambientales o condiciones metabólicas) y generar una o más respuestas tras calcular una función Booleana. De hecho, tales metodologías están íntimamente relacionas y juntas son una poderosa herramienta para describir cuantitativamente redes reguladoras. Del mismo modo, considerar los sistemas biológicos con la perspectiva de las mismas reglas que rigen los circuitos electrónicos abre la posibilidad de modificar sistemas vivos valiéndose de los mismos diseños utilizados en la ingeniería electrónica. De ese modo, la presente Tesis doctoral se propone a investigar las propiedades del sistema de respuesta SOS de Escherichia coli y del sistema de biodegradación TOL de Pseudomonas putida, dos modelos de redes reguladoras diferentes en cuanto la complejidad de arquitectura y en lo modo de vida de sus organismos hospedadores. En primer lugar, se ha analizado la flexibilidad del sistema SOS mediante el rediseño de su red reguladora con el fin de crear una puerta lógica rara del tipo OR NOT. A continuación, se ha analizado la lógica intrínseca del complejo TOL valiéndose de técnicas tanto in silico e in vivo, donde se demuestra que la arquitectura del sistema optimiza el proceso de biodegradación por medio de un nuevo motivo llamado amplificador metabólico. Finalmente, se ha investigado el paso clave de control del sistema TOL y se ha encontrado que un motivo extremamente raro existe en este sistema, conectando el regulador global IHF y el regulador maestro XylR. Como este motivo raro se caracteriza por la generación de señales conflictivas que llevarían al mal funcionamiento del sistema, se ha demostrado que otro regulador global, Crc, estabiliza la interacción entre IHF y XylR y genera una estabilidad en la producción de XylR. En resumen, los resultados de la presente Tesis doctoral sugieren que las redes regulatorias naturales poseen un flexibilidad intrínseca no solo en términos de la capacidad de adquirir nuevos comportamientos lógicos, sino que también referente a la capacidad de reclutar motivos poco frecuentes con el fin de expandir su paisaje funcional.