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Autonomous Computing Artificial Cells

Description du projet

De l’ADN et des capsules semi-perméables forment des cellules artificielles destinées à des applications d’informatique moléculaire

Au cours des deux dernières décennies, le potentiel des réseaux de réaction chimique basés sur l’ADN (DNA-CRN) en tant que blocs de construction de circuits basés sur l’ADN et d’architectures d’informatique moléculaire a été analysé dans de nombreuses publications. Cependant, les progrès réalisés dans la construction de dispositifs réels ont été d’une lenteur particulièrement frustrante. Le projet AMIGA, financé par l’UE, envisage d’ouvrir la voie à un nouveau paradigme dans les systèmes d’information moléculaires, basé sur l’intégration de DNA-CRN dans des microcapsules semi-perméables. Les cellules artificielles informatiques autonomes qui en résulteront auront des capacités de stockage de mémoire permanente. Les nouveaux circuits moléculaires pourraient trouver des applications passionnantes dans des domaines allant de la biomédecine à l’informatique numérique.

Objectif

We propose an ambitious 5-year multidisciplinary program that seeks to pioneer and establish a fundamentally new paradigm in molecular information systems that is based on novel conceptual and experimental advances on the integration of DNA-based chemical reaction networks (CRNs) and semipermeable microcapsules, i.e. protocells. In AutonoMous computInG Artificial cells (AMIGA), we will establish a platform technology, based on molecular communication between interacting protocells, capable of revolutionary new modes of molecular sensing, computation and data storage/retrieval.
Progress in this emerging field requires i) the development of computer-aided design (CAD) strategies to implement large-scale CRNs consisting of hundreds of components, ii) formulating suitable micro-substrates, such as droplets or vesicles, to spatially localize CRNs and ways to manipulate their interconnection and iii) strategies that allow direct recording of molecular operations onto a chemical storage medium such as DNA. We address these challenges via a comprehensive research program in which we implement large-scale, DNA-based CRNs by localization of components in interacting protocells resulting in distributed molecular circuits programmed to display advanced computational functions such as (i) asynchronous logic, (ii) integral feedback control and (iii) molecular pattern recognition. Combining protocell localization with recent advances in CRISPR base editors, we will construct an integrated system where molecular operations can write instructions on permanent memory storage elements. The developed methodology finds applications in emerging technologies aimed at using molecular circuits for in-vitro diagnostics and the use of synthetic DNA as a storage medium for digital data.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2020-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN
Contribution nette de l'UE
€ 1 999 497,00
Adresse
GROENE LOPER 3
5612 AE Eindhoven
Pays-Bas
Région
Zuid-Nederland Noord-Brabant Zuidoost-Noord-Brabant
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 999 497,00

Bénéficiaires (1)