Sovrapproduzione di metaboliti e origami di DNA con metodi di bioingegneria e biologia sintetica

This thesis addresses the multi-objective optimization of metabolic processes in Saccharomyces cerevisiae, with the goal of improving the production of compounds of high biotechnological value, such as β-carotene, succinate and lactic acid. Using advanced genetic engineering and computational modeling techniques, optimal gene combinations were identified that maximize the production of these metabolites while maintaining a good balance between cell growth and production yield. Through an integrated approach, combining experimental techniques and in silico simulations, the thesis proposes new strategies for the optimization of fermentation processes and the development of more efficient and sustainable biotechnological systems. The results obtained contribute to the advancement of technologies for the production of bioproducts, with potential impact in industrial, medical and environmental fields. In addition, the thesis explores the potential of DNA origami, a novel technology for creating self-assembling molecular nanostructures with applications in biotechnology and medicine. The paper presents a study on the integration of DNA origami in biotechnological contexts for precise control of molecular interactions and for the design of nanoscale biological systems.

Questa tesi affronta l'ottimizzazione multi-obiettivo dei processi metabolici in Saccharomyces cerevisiae, con l'obiettivo di migliorare la produzione di composti di alto valore biotecnologico, come il β-carotene, il succinato e l'acido lattico. Utilizzando tecniche avanzate di ingegneria genetica e modellazione computazionale, sono state identificate combinazioni di geni ottimali che massimizzano la produzione di questi metaboliti mantenendo un buon equilibrio tra crescita cellulare e resa produttiva. Attraverso un approccio integrato, che combina tecniche sperimentali e simulazioni in silico, la tesi propone nuove strategie per l'ottimizzazione dei processi di fermentazione e lo sviluppo di sistemi biotecnologici più efficienti e sostenibili. I risultati ottenuti contribuiscono al progresso delle tecnologie per la produzione di bio-prodotti, con un potenziale impatto in campo industriale, medico e ambientale. Inoltre, la tesi esplora il potenziale degli origami di DNA, una tecnologia innovativa per la creazione di nanostrutture molecolari autoassemblanti con applicazioni in biotecnologia e medicina. Il lavoro presenta uno studio sull'integrazione degli origami di DNA in contesti biotecnologici per un controllo preciso delle interazioni molecolari e per la progettazione di sistemi biologici su scala nanometrica.