Two scales of biochemical reactions: bioreactors and gene regulation networks

Abstract

"Este documento de tesis pretende mostrar las ventajas del uso del análisis dinámico y las técnicas de control automático en el campo de la moderna ingeniería de las reacciones bioquímicas. Es en este sentido que identificamos dos problemas centrales a dos escalas distintas, los cuales pueden ser clasificados desde una perspectiva de arriba-abajo como: el comportamiento dinámico de bioreactores y el proceso de regulación genética. Con respecto al primer tema, nosotros afrontamos tres cuestiones: i) el comportamiento dinámico de un biorreactor enzimático controlado, ii) el seguimiento de modelos de lote óptimos en biorreactores de tipo lote alimentado, iii) la posibilidad de inferir crecimientos mixtos a partir de una señal de biomasa total. Con respecto al tema de regulación genética, se muestra en detalle el potencial uso de sensores computacionales en el monitoreo de estos procesos fundamentales. Cabe mencionar, que este último trabajo fue escogido para aparecer en la seleccionada lista de publicaciones de áreas de actualidad de Virtual Journal of Biological Physics Research en agosto del 2005 (Vol. 10, Issue 3)."

"In this thesis an attempt is made to show the advantages of applying dynamical analysis and control techniques in the field of modern engineering of biochemical reactions. In this sense, we identify two main problems at two different scales which from a top bottom perspective are the following: the dynamical behavior of bioreactors and the gene regulation processes. With respect to the first subject, we tackle three important issues: i) the dynamical behavior of controlled enzymatic reactors, ii) the following of optimal batch operation models in fed-batch bioreactors, and iii) the possibility to infer mixed culture growth from a total biomass signal. With regard to the bottom subject (gene regulation), the potential usage of a software sensor for monitoring these fundamental processes is developed in detail. It is worth mentioning that the latter development was included in the selected list of contemporary topical areas in biological physics studies of the Virtual Journal of Biological Physics Research in August 2005 (Vol. 10, Issue 3)."