Μεταβολική Μηχανική Φυτών

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Αυτό το μάθημα επικεντρώνεται στην προηγμένη εκπαίδευση στην τροποποίηση και βελτιστοποίηση των μεταβολικών οδών των φυτών για βελτιωμένη παραγωγικότητα και χαρακτηριστικά προστιθέμενης αξίας. Δίνεται έμφαση στην αποσαφήνιση της βιοσύνθεσης των οδών, στον έλεγχο της ροής, στην διαμερισματοποίηση και στις αλληλεπιδράσεις δικτύων στα πλαίσια του παραδοσιακά θεωρούμενου πρωτογενούς και δευτερογενούς μεταβολισμού στα φυτά. Αναλύεται η μεταβολική μηχανική ακολουθώντας τις κυρίαρχες και προηγμένες μεθοδολογίες για την ανακατεύθυνση της μεταβολικής ροής προς τις επιθυμητές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένης της στοίβαξης πολλαπλών γονιδίων, του σχεδιασμού ρυθμιστικών κυκλωμάτων και της μοντελοποίησης σε επίπεδο συστήματος των μεταβολικών δικτύων. Παρουσιάζονται μελέτες περίπτωσης επιτυχημένων φυτών μηχανικής για βελτιωμένη θρεπτική ποιότητα και ανοχή στο στρες, καθώς και την παραγωγή φαρμακευτικών και βιομηχανικών βιομορίων.

Με την ολοκλήρωση, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Εξηγήσουν τις αρχές της μεταβολικής μηχανικής των φυτών και της συνθετικής βιολογίας
• Περιγράψουν τη δομή, τη ρύθμιση και την ενσωμάτωση των πρωτογενών και δευτερογενών μεταβολικών οδών στα φυτά
• Κατανοήσουν την αποσαφήνιση των βιοσυνθετικών οδών χρησιμοποιώντας γονιδιωματική, μεταγραφομική και μεταβολομική
• Εξηγήσουν έννοιες της μεταβολικής ροής, της ανάλυσης ελέγχου και της μοντελοποίησης δικτύου
• Περιγράψουν τα εργαλεία SynBio, συμπεριλαμβανομένου του CRISPR, των αρθρωτών συστημάτων κλωνοποίησης και των κυκλωμάτων γονιδίων
• Κατανοήσουν την πολυγονιδιακή στοίβαξη, την αναδιαμόρφωση οδών και τον σχεδιασμό ρυθμιστικών κυκλωμάτων
• Αναγνωρίσουν στρατηγικές για την ανακατεύθυνση και βελτιστοποίηση της μεταβολικής ροής
• Αναλύσουν και ερμηνεύσουν σύνολα δεδομένων πολλαπλών ομικών για την ανακάλυψη οδών
• Σχεδιάσουν συνθετικές κατασκευές και πολυγονιδιακές οδούς για φυτικά συστήματα
• Προτείνουν στρατηγικές για την ανακατεύθυνση της μεταβολικής ροής προς τις ενώσεις-στόχους
• Σχεδιάσουν και αξιολογήσουν συνθετικά ρυθμιστικά κυκλώματα (επαγώγιμα συστήματα, βρόχοι ανατροφοδότησης)
• Αξιολογήσουν κριτικά την επιστημονική βιβλιογραφία και τις μελέτες περιπτώσεων στο φυτικό SynBio
• Προτείνουν πειραματικές ροές εργασίας εντός του κύκλου Σχεδιασμός-Κατασκευή-Δοκιμή-Μάθηση (DBTL)
• Σχεδιάσουν ολοκληρωμένες στρατηγικές μεταβολικής μηχανικής για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών των φυτών ή την παραγωγή ενώσεων υψηλής αξίας
• Αξιολογήσουν τη σκοπιμότητα και Επεκτασιμότητα συστημάτων μηχανικής φυτών
• Ανάπτυξη καινοτόμων ερευνητικών προτάσεων στη μεταβολική μηχανική των φυτών και τη συνθετική βιοβιολογία
• Αποτελεσματική εργασία σε διεπιστημονικά περιβάλλοντα (βιολογία, βιοπληροφορική, μηχανική)
• Σαφής επικοινωνία σύνθετων ιδεών τόσο σε εξειδικευμένο όσο και σε μη εξειδικευμένο κοινό
• Εφαρμογή ηθικών, κανονιστικών και βιοασφάλειας παραμέτρων στη βιοτεχνολογία των φυτών και αρχών υπεύθυνης έρευνας και καινοτομίας στην ανάπτυξη βιοτεχνολογιών φυτικής προέλευσης.

Περιεχόμενο Μαθήματος

• Μεταβολισμός των φυτών στην εποχή της συνθετικής βιολογίας – εισαγωγή και αναθεωρημένες πτυχές του πρωτογενούς και εξειδικευμένου μεταβολισμού στα φυτά
• Διευκρίνιση βιοσυνθετικών οδών
• Υποκυτταρική διαμερισματοποίηση, μεταβολική διοχέτευση. Ανάλυση μεταβολικής ροής και προγνωστική μοντελοποίηση
• Μεταβολικά δίκτυα φυτών και ενσωμάτωση δεδομένων πολλαπλών ωμικών
• Στρατηγικές γενετικής μηχανικής για βελτιστοποίηση μονοπατιών και στοίβαξη πολλαπλών γονιδίων (συναρμολόγηση σύνθετων μονοπατιών)
• Σχεδιασμός συνθετικών ρυθμιστικών κυκλωμάτων και ανακατεύθυνση μεταβολικών ωμικών κυκλωμάτων
• Ενσωμάτωση με προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης στη μεταβολική μηχανική φυτών
• Συνθετική οργανιδιακή μηχανική, πλαίσιο φυτών και συστήματα χωρίς κύτταρα
• Μηχανική φυτών για βελτιωμένα χαρακτηριστικά
• Φυτά ως βιοεργοστάσια

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

• Relevant literature per lecture, including scientific publications and reviews from international journals, which is available in the course e-class.
• Principles and techniques of Molecular Biology, 7th edition, Edited by Keith Wilson and John Walker, electronic source
• Laboratory techniques in plant biotechnology, electronic source