Biossensores responsivos a flavonoides : modelo matemático e previsões teóricas

Abstract

Resumo: Esta dissertação investiga a importância da autorrepressão em redes de regulação genética, com foco no contexto de redes de circuitos genéticos sensíveis à quercetina. A autorrepressão é um modulo regulatório comum, em que um repressor reprime sua própria expressão. Embora esse modulo seja difundido em sistemas biológicos, sua importância funcional não é completamente compreendida. Esta pesquisa examina a hipótese de que a autorrepressão pode desempenhar um papel fundamental na modificação da amplitude do intervalo dinâmico de input de genes à jusante, usando um modelo matemático para explorar essa possibilidade.O estudo se baseia no sistema de resistência a múltiplas drogas presente em Bacillus subtilis, utilizando o gene autorrepressor qdoR deste sistema no modelo de estudo. Os resultados demonstram que a modulação da autorrepressão pode reduzir significativamente o intervalo dinâmico de input. Isso sugere que a autorrepressão desempenha um papel crucial na manutenção da robustez e estabilidade em sistemas biológicos. Os parâmetros do modelo e as condições iniciais foram selecionados e justificados com base em literatura e suposições fundamentadas para garantir a relevância do modelo.Além disso, esta pesquisa discute a importância de considerar fenômenos como o crescimento celular e ruídos intrínsecos ao desenvolver modelos matemáticos de circuitos genéticos. A inclusão desses fatores é essencial para uma representação mais precisa e realista das redes de regulação genética.Portanto, este trabalho fornece novas percepções sobre a autorrepressão em redes de regulação genética e destaca sua importância na manutenção da robustez em sistemas biológicos. Ela também enfatiza a necessidade de incorporar considerações biológicas e experimentais em modelos matemáticos para obter uma compreensão mais completa do comportamento dessas redes

Abstract: This dissertation investigates the importance of negative autoregulation in genetic regulatory networks, focusing on the context of quercetin-sensitive genetic circuit networks. Negative autoregulation is a common regulatory module where a repressor inhibits its own expression. Although this module is widespread in biological systems, its functional significance is not fully understood. This research examines the hypothesis that negative autoregulation may play a fundamental role in modifying the input dynamic range of downstream genes, using a mathematical model to explore this possibility. The study is based on the multidrug resistance system present in Bacillus subtilis, utilizing the autorepressor gene qdoR from this system in the study model. The results demonstrate that modulating negative autoregulation can significantly reduce the input dynamic range. This suggests that negative autoregulation plays a crucial role in maintaining robustness and stability in biological systems. Model parameters and initial conditions were selected and justified based on literature and informed assumptions to ensure model relevance. Furthermore, this research discusses the importance of considering phenomena such as cell growth and intrinsic noise when developing mathematical models of genetic circuits. The inclusion of these factors is essential for a more accurate and realistic representation of genetic regulatory networks. Therefore, this work provides new insights into negative autoregulation in genetic regulatory networks and highlights its importance in maintaining robustness in biological systems. It also emphasizes the need to incorporate biological and experimental considerations into mathematical models to gain a more comprehensive understanding of the behavior of these networks