Gene optimization for heterologous expression

Abstract

Com o uso de computadores para assistir investigadores na área da biologia na resolução de tarefas complexas, o seu potencial surgiu como uma ajuda preciosa para alcançar o que está para além das capacidades humanas. Para um biólogo, nos tempos que correm, lidar com um computador é uma tarefa tão trivial como realizar experiencias em laboratório. Assim, a capacidade fornecida pela tecnologia computacional, juntamente com as centenas de aplicações e ferramentas de software que já existem, concedem à Biologia um apoio significativo para a investigação e desenvolvimento. O ramo da Biologia Molecular tem testemunhado um uso crescente destas capacidades tecnológicas, sobretudo nos programas de sequenciação de genomas, que traduzem a informação genética de seres vivos para formatos digitais. Como fruto destes projectos, são gerados grandes volumes de dados de várias espécies, que são disponibilizados. Em consequência, muitos sistemas de bioinformática tem como objectivo analisar estes dados. Novas descobertas e avanços requerem novas ferramentas e técnicas. Esta tese debruça-se sobre o problema das metodologias de redesenho de genes, estudando e reunindo várias características conhecidas dos genes e o seu impacto na criação de proteínas, na perspectiva das estratégias de manipulação de sequências de genes. Estas características e algoritmos de redesenho devem ser encaixados numa só ferramenta que permita aos investigadores estudar mais apropriadamente os genes e os factores que influenciam as suas sequências. Também objecto de estudo nesta tese é a capacidade de combinar esses factores de forma óptima, num só processo de redesenho.

As computers started assisting biology researchers in complex tasks, their potential arose as a precious aid to achieve what was beyond human capacity. In modern times, for a biologist, dealing with a computer is as trivial as working with test tubes in the laboratory. Thus, the power provided by computational technology along with hundreds of software applications and tools that already exist, grant biology a signi_cant support for research and development. Molecular biology has witnessed an increased use of these technological capabilities, especially with the genome sequencing projects that translate the genetic information from living beings into digital formats. Large volumes of data from various species are, thus, generated and made available. Analyzing that data is now the goal of many bioinformatics systems. Consequently, new discoveries and advancements demand new tools and techniques. This thesis lays on the problem of gene redesign methodologies, by studying and gathering the available known gene characteristics and its impact on protein production, from the perspective of their sequence manipulation strategies. These characteristics and redesign algorithms should be assembled into a single package tool, to allow researchers to better study genes and all factors that inuence their sequence. Also a subject of study is the capacity to correctly and optimally combine those factors into a single redesign process.