Eine der treibenden Kräfte in der Synthetischen Biologie ist das Bestreben programmierbare Zellsysteme nach ihren natürlichen Vorbildern zu konstruieren. Um dies zu erreichen müssen Systeme enwickelt werden, die sensitiv auf Umwelteinflüsse reagieren und die empfangenen Signale prozessieren. Entsprechende Sensoren und Reglereinheiten können gemäß natürlich vorkommenden RNA-Schaltern, so genannten Riboswitches, generiert werden. Die Etablierung von Systemen, die mehrere verschiedene Signale verarbeiten können, erfordert zunächst die Verfügbarkeit geeigneter Sensoren, z.B. RNA Aptamere. Viele der derzeit verwendeten synthetischen Riboswitches können nur wenige verschiedene Liganden wahrnehmen, die dementsprechend als Input genutzt werden können. Die Erweiterung des Repertoires and nutzbaren Liganden ist ein unabdingbarer Schritt hin zur Implementierung entsprechender Regelkreise. Die Eigenschaft in vitro-generierter Aptamere auch gleichzeitig als Regulatoren in Hefen verwendet werden zu können, wurde genutzt um die aktuelle Literatur auf geeignete synthetische und natürliche Aptamere zu durchsuchen. Identifizierte Kandidaten wuden hinsichtlich ihrer Eignung die Expression eines Reportergens in Anwesenheit ihrer spezifischen Liganden zu verringern getestet. Diese Regulation auf translationaler Ebene basiert auf der Blockade des Translationsinitiationskomplexes, während dieser die mRNA auf der Suche nach dem Translationsstartpunkt abtastet. Zwar konnten verschiedenste Basalexpressionen ermittelt werden, jedoch blieb die Entdeckung eines regulatorischen Phänotyps aus. Diese Ergebnisse bestätigen zum einen, dass in vitro hochevolvierte Aptamere nicht in der Lage sind ihre Struktur dahingehend zu ändern, dass sie eine Genregulation herbeiführen können und zum anderen, dass natürliche Aptamerdomänen eine dedizierte Expressionsplattform für ihre Aktivität benötigen. Im Falle des in vitro generierten Neomycin-Aptamers ermöglichte ein in vivo Screening Ansatz jedoch Identifikation von Aptameren, die regulatorische Aktivität aufwiesen. Gemäß dieses Beispieles wurde ein in vivo Screening mit Ciprofloxacin-bindenden Aptamere durchgeführt. Auf diese Weise konnte ein Aptamer identifiziert werden, das eine 2-fache Genregulation zeigte. In einem weiteren Ansatz zur Verbesserung bereits verwendeter Riboswitches und mit dem Ziel Regel für die Riboswitch-Konstruktion zu ermitteln, wurden Dimere des Tetrazyklin-bindenenden Riboswitches in einem Reportergenassay untersucht, der den bereits beschriebenen Regulationsmechanismus auf translationaler Ebene verwendet. Bereits die Modifikation eines der beiden Riboswitches genügte um eine groβE Bandbreite an Basalexpressionen und Schaltfaktoren zu erhalten. Die von mehr als 100 Konstrukten erhobenen Daten wurde im Anschluss genutzt um ein Computermodell zu trainieren. Nachdem Werte für die Parameter Basalexpression und Schaltfaktor festgesetzt worden waren, die für eine Verbesserung der regulatorischen Aktivität nötig sind, klassifizierte das Computermodell entsprechende Sequenzen aus einem randomisierten Sequenzraum, die im Anschluss in vivo getestet wurden. Diese Ergebnisse spiegelten teilweise die erste Datenaufnahme wider, zeigten jedoch zugleich, dass das Computermodell die erlernten Sequenz-Aktivitäts-Beziehungen wiedergeben konnte. Überdies konnten regulatorisch inaktive Sequenzen praktisch komplett eliminiert und die Häufigkeit von Schaltern mit gewünschten Phänotypen erhöht werden. Der beschriebene Ansatz zur Verbesserung von existierenden Riboswitches wurde auf Einzelnukleotidebene durchgeführt. In einer dritten Studie sollte die regulatorische Leistung eines logischen NOR Gatters bestehend aus Neomycin- und Tetrazyklin-bindenden Riboswitches auf Ebene des Logikgatters untersucht werden. Ein Deskriptor für die regulatorische Leistung des beschriebenen Gatters sollte angewendet werden um seine Funktion auf Einzelzellebene zu bestimmen, da die korrekte Funktionalität von (RNA-) Gattern eine unabdingbare Voraussetzung für ihre Verwendung in einem genetischen Schaltkreis darstellt. In diesem Zusammenhang wurde die Empfänger-Operator-Charakteristik (Receiver-Operator-Characteristics, ROC) Analyse als geeigneter Deskriptor identifiziert, um die Variabilität zwischen Einzelzellen, die die vollständige Trennung von zwei Logikzuständen durch Überlappung der beteiligten Populationen erschweren, zu berücksichtigen. Vervollständigt durch die transiente Messung der Induktions- und Repressionskinetiken des konstruierten NOR-Gatters mittels Durchflusszytometrie und Mikrofluidik-basierter Fluoreszenzspektroskopie, konnten die aufgenommenen Daten zur Charakterisierung der regulatorischen Leistung hinsichtlich Geschwindigkeit und Genauigkeit der Logikverarbeitung genutzt werden. Die meisten Studien verwenden nur Endpunktmessungen einer Bulkkultur, in der diese Daten nicht zu differenzieren und dementsprechend nicht zugänglich sind. Anhand der transienten Einzelzelldaten wurde ein hierarchisches stochastisches Modell konstruiert und kalibriert, das die in silico Vervollständigung der Gattercharakterisierung im Gleichgewichtszustand der beteiligten Komponenten über verschiedene Induktionslevel und Repressorkonzentrationen ermöglichte. General können solche Daten genutzt werden um experimentell unzugängliche Leistungsdaten zu erhalten. Darüber hinaus erlaubte das Modell die Computer-gestützte Untersuchung eines möglichen Neudesigns des Gatters, das nach experimenteller Umsetzung die Vorhersage des Modells bestätigte. Dies hebt sowohl die Eignung des experimentellen Aufbaus geeignete Daten zu generieren, als auch die Anwendbarkeit von computergestützen Ansätzen den korrekten in vivo Phänotyp zu bestimmen, hervor.