Cílem této práce je návrh a implementace zpětnovazebního mechanismu v bakterii E. coli, spolu s uvedením potřebných znalostí z biologie, matematického modelování a automatického řízení.
Annotation in English
The goal of this thesis is to design and implement a feedback mechanism in the E. coli bacterium, as well as present all the needed information from Biology, mathematical modelling and system control theory.
regulation of gene expression, mathematical models of gene regulatory networks, biobricks, synthetic biology, cell cybernetics, Escherichia coli
Length of the covering note
42
Language
AN
Annotation
Cílem této práce je návrh a implementace zpětnovazebního mechanismu v bakterii E. coli, spolu s uvedením potřebných znalostí z biologie, matematického modelování a automatického řízení.
Annotation in English
The goal of this thesis is to design and implement a feedback mechanism in the E. coli bacterium, as well as present all the needed information from Biology, mathematical modelling and system control theory.
regulation of gene expression, mathematical models of gene regulatory networks, biobricks, synthetic biology, cell cybernetics, Escherichia coli
Research Plan
Seznamte se s principy biologické regulace v E. coli. Zejména se zaměřte na regulaci transkripce a post-transkripčních modifikací (např. fosforylace a metylace).
Seznamte se s matematickými modely používanými k popisu výše zmíněných regulačních sítí. Konkrétně se zaměřte na dynamické modely obyčejných diferenciálních rovnic, založených na zákonu masové akce nebo na Michaelis-Menton kinetice.
Seznamte se s nástroji pro analýzu robustnosti z teorie zpětnovazebního řízení.
Navrhněte zpětnovazební mechanismus, který může být implementován v E. coli. Návrh by měl obsahovat DNA sekvenci (uspořádanou na plasmidovém vektoru), proceduru syntézy pro tuto DNA sekvenci (založenou na dostupných rekombinačních, PCR a biocihlových nástrojích) a verifikační experimenty pro tuto konstrukci.
Realizujte a otestujte navrhnutý design.
Research Plan
Seznamte se s principy biologické regulace v E. coli. Zejména se zaměřte na regulaci transkripce a post-transkripčních modifikací (např. fosforylace a metylace).
Seznamte se s matematickými modely používanými k popisu výše zmíněných regulačních sítí. Konkrétně se zaměřte na dynamické modely obyčejných diferenciálních rovnic, založených na zákonu masové akce nebo na Michaelis-Menton kinetice.
Seznamte se s nástroji pro analýzu robustnosti z teorie zpětnovazebního řízení.
Navrhněte zpětnovazební mechanismus, který může být implementován v E. coli. Návrh by měl obsahovat DNA sekvenci (uspořádanou na plasmidovém vektoru), proceduru syntézy pro tuto DNA sekvenci (založenou na dostupných rekombinačních, PCR a biocihlových nástrojích) a verifikační experimenty pro tuto konstrukci.
Realizujte a otestujte navrhnutý design.
Recommended resources
[1] G. Karp, Cell Biology, John Wiley & Sons, 2010.\\
[2] E. Sontag, Lecture Notes on Mathematical Systems Biology,\\ http://www.math.rutgers.edu/
sontag/FTP_DIR/ systems_ \\biology_notes.pdf, 2011.\\
[3] K. Zhou, J. C. Doyle, and K. Glover, Robust and Optimal Control, Prentice Hall, 1995.\\
[4] U. Alon, An Introduction To Systems Biology, Chapman & Hall, 2007.\\
[5] U. Alon et al., Robustness in bacterial chemotaxis, Nature 396, 1999.\\
[6] J. C. Doyle et al., Robust perfect adaptation in bacterial chemotaxis through integral feedback control, PNAS 97, 2000.\\
[7] Registry of Standard Biological Parts, http://partsregistry.org/.\\
[8] J. Sambrook and D. W. Russell, Molecular Cloning, 2001.
Recommended resources
[1] G. Karp, Cell Biology, John Wiley & Sons, 2010.\\
[2] E. Sontag, Lecture Notes on Mathematical Systems Biology,\\ http://www.math.rutgers.edu/
sontag/FTP_DIR/ systems_ \\biology_notes.pdf, 2011.\\
[3] K. Zhou, J. C. Doyle, and K. Glover, Robust and Optimal Control, Prentice Hall, 1995.\\
[4] U. Alon, An Introduction To Systems Biology, Chapman & Hall, 2007.\\
[5] U. Alon et al., Robustness in bacterial chemotaxis, Nature 396, 1999.\\
[6] J. C. Doyle et al., Robust perfect adaptation in bacterial chemotaxis through integral feedback control, PNAS 97, 2000.\\
[7] Registry of Standard Biological Parts, http://partsregistry.org/.\\
[8] J. Sambrook and D. W. Russell, Molecular Cloning, 2001.