Conception, construction et caractérisation de circuits génétiques dynamiques dans des bactéries

Design, Construction and characterization of Dynamic Genetic Circuits in Bacteria

• Auteur / Autrice : Boris Kirov
• Direction : Alfonso Jaramillo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire
• Date : Soutenance le 14/01/2014
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale des Génomes aux organismes (Versailles ; 2000-2015)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Espéli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Elezgaray, Alfonso Rodrigues-Paton, Catalin Fetita, Daniel Stockholm

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie de synthèse

Traitement d'images

Microfluidique

Mots clés libres

Conception de promoteurs

Circuits génétiques

Conception de promoteurs

Genetic circuits

Résumé

La conception et la construction de ''parts'' en biologie synthétique n'est pas triviale et nécessite de nombreuses conditions. Les ''parts'' utilisées dans des circuits génétiques devraient être modulaires, bien caractérisées avec un devenir précis et robustes aux changements de l'environnement. Elles devraient être résistantes aux interférences avec l'environnement et aux mutations. Aussi, elles devraient être proprement modélisées sur la base de paramètres dérivés d'expériences au niveau d'une seule cellule. Dans ma thèse, j'ai cherché en détails les conditions nécessaires à l'ingénierie de ''parts'' individuelles telles que promoteurs, sites de fixation de ribosomes, facteurs de transcription et quelques importants types de dispositifs. De plus, j'ai établi une plate-Forme pour la caractérisation de dispositifs génétiques au niveau d'une cellule unique. Tout le matériel et savoir-Faire nécessaires à l'ingénierie de dispositifs microfluidiques ont été acquis. Le procédé complet depuis la conception de dispositifs microfluidiques de leur fabrication à leur utilisation fonctionnelle pour des expériences microbiennes a été développée avec succès. Un outil d'analyse d'images acquises à partir d'expériences de microscopie parallélisé sur ordinateur a aussi été developpé. Les résultats expérimentaux ont prouvé que les dispositifs développés avaient un comportement conforme aux attentes théoriques. De plus, les protocoles expérimentaux, de fabrication et l'analyse automatique de données se sont avérés être adaptés et efficaces pour la caractérisation au niveau d'une cellule unique des bactéries développées.

The task to design and construct parts for the synthetic biology is not simple and needs to meet a number of requirements. The parts utilized for the construction of genetic circuits should be modular, well-Characterized, well-Behaved and robust to changes in the environment. They should be insulated from cross-Talk with the environment and be resilient to mutations. Finally, they should also be properly modeled based on parameters derived from single-Cell level experiments. In my thesis, i researched in detail the general requirements for the engineering of individual parts like promoters, ribosome binding site, transcription factors and of some important type of devices. Furthermore, i established a complete platform for the single-Cell level characterization of engineered genetic devices. All the required hardware and know-How for the fabrication of microfluidics devices capable of sustained bacterial growth was acquired. The whole process from the design of microfluidics devices that aimed functionality to their fabrication and utilization for microbial experiments was successfully developed. An efficient image-Processing tool for distributed computational analysis of the data acquired during the microscopy experiments was also developed. The experimental results proved that the engineered genetic devices were behaving according to theoretical expectations. Furthermore, the established experimental procedures, fabrication process and automated data analysis showed to be well-Adapted to the task of single-Cell characterization of engineered bacteria and efficient.