III. Синтетическая биология в клетках бактерий

I. Стандарты синтетической биологии. Методы сборки ДНК

Общая теория и стратегия сборки синтетических конструкций ДНК. Методы сборки индивидуальных конструкций. Лигированиерестрикционных фрагментов: системы GoldenGateи MoClo, сборка по метилированным концам, стратегия итеративногокэппинга. Методы, основанные на полимеразной цепной реакции: TA- и топо-TA-клонирование, ПЦР с липкими концами, ПЦР с расширяющимся перекрыванием, клональная цепная реакция, лигазная цепная реакция. Методы, основанные на рекомбинации: безлигазное клонирование ПЦР-продуктов, сборка с выщеплениемурацила, сборка по Гибсону, система In-Fusion, система λ-Red, RecA-зависимая сборка invitro, RecA-независимая сборка invitro, система Cre/Lox, система Gateway, сборка ДНК в клетках дрожжей. Стратегии мультимодульной сборки. Мультиплазмидные системы в E. coli. Метод геномных векторов Bacillussubtilis. Метод мультигенной инженерии GreenMonster.Создание комбинаторной сложности при сборке. Стандартизация сборки ДНК. Стандарты BioBrick. Альтернативные стандарты: BglBrick, BioScaffold, 2ab, ePathBrick.Направления развития методов и стандартов сборки ДНК.

II. Стандартизация измерения экспрессии генов

Понятие стандартизации в молекулярной биологии. Центральная догма молекулярной биологии и поток информации в клетке. Стандартизация в синтетической биологии. Концепция контроля экспрессии генов. Управление экспрессией генов. Измеряемые величины в определении активности генов. Стандартизация репортерных белков. Задачи и проблемы стандартизации методов молекулярной биологии для целей синтетической биологии. Стандартизация спектрофотометрических измерений активности систем транскрипции и трансляции. Стандартизация электрофоретических измерений активности систем транскрипции и трансляции. Проблемы стандартизации количественной ПЦР. Измерение числа молекул РНК с помощью количественной ПЦР. Используемые методы стандартизации количественной ПЦР. Высокопроизводительные системы для измерения числа транскриптов. Сериальный анализ экспрессии генов. Экспрессионные биочипы. Проблемы стандартизации измерения белков в синтетической биологии. Вестерн-блоттинг и определение белка insitu. Иммуноферментный анализ.Направления развития стандартов измерения экспрессии генов.

III. Синтетическая биология в клетках бактерий

Дизайн и изменение генов бактерий. Контроль транскрипции. Контроль трансляции. Контроль терминации транскрипции. Синтетические генные сети в бактериях. Классические генные контуры. Принципы дизайна синтетических генных сетей. Математическое моделирование поведения синтетических генных сетей. Детерминированные и стохастические модели синтетических генные сетей. Важность биологического шума в функционировании и дизайне синтетических генных сетей. Методы исследования взаимоотношений между архитектурой сетей, биологическим шумом и выходом синтетических генных сетей.Биоиндустриальные приложения синтетических генных сетей: оптимизация качества, уровня продукции и выхода рекомбинантных белков. Новые концепции в дизайне синтетических генных сетей. Реинжиниринг генома бактерий. Синтетические геномы. Редактирование ДНК в масштабах генома. Сборка геномов. Инженерия периплазматического пространства. Периплазма как основной секреторный компартментбактерий.Периплазматическая и транспериплазматическая секреция рекомбинантных белков.Инженерия периплазматического пространства для улучшения биотехнологических свойств бактерий.Концепция периплазматического «защитного рва». Инженерия поверхности бактериальных клеток. Иммобилизация биокатализаторов на поверхности клеток. Модификация клеточных стенок бактерий для дизайна вакцин. Инженерия клеточной поверхности для бактериотерапии. Инженерия молекул гликокаликса.