Projektbeschreibung
Computergestützter Ansatz für vereinfachtes selbstorganisierendes DNA-Origami
Natürliche Prozesse, bei denen sich Bausteine selbst zu organisierten Strukturen zusammensetzen, haben Forschende dazu angeregt, Strukturen mit synthetischen Untereinheiten zu bauen. Dreieckige DNA-Origami sind ein Beispiel für derartige synthetische Untereinheiten, die sich selbst zu Strukturen in verschiedenen Formen und Größen zusammensetzen können. Die Untereinheiten und ihre Wechselwirkungen werden typischerweise derart gestaltet, dass sie der vorgegebenen geometrischen Form so weit wie möglich entsprechen. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt OPT-ASSEMBLY schlägt ein rechnerisches Optimierungsprogramm vor, um die erforderliche Spezifität der Untereinheiten in diesen Zusammensetzungen zu verringern, indem die genauen geometrischen Beschränkungen der vorgegebenen Oberfläche gelockert und die Nachgiebigkeit der Untereinheiten ausgenutzt wird. Inspiriert von DNA-Origami wird OPT-ASSEMBLY zwei Strukturen erforschen, bei denen die Untereinheiten dreieckig sind und das Zusammenfügen stressvermittelt geschieht.
Ziel
Nature's ability to organize building blocks into large structures of finite size has inspired many researchers to attempt similar constructs with synthetic subunits. DNA origami triangles are such synthetically built subunits capable to self assemble to shells of various shapes. Subunits and their interactions are typically designed so that they match the target shell geometry as much as possible. Such designs, however, require an increasing number of subunit types as the target shell complexity increases. Instead, we propose a computational scheme aimed to reduce the required subunit specificity in such assemblies, by relaxing the exact geometrical constraints on the target surface and exploiting subunit deformability. Two example structures will be considered, in both of which subunits are triangular and the assembly is stress mediated. The first one is an icosahedral structure of either of two sizes, both in a mechanically stressed state. Our aim is to find the appropriate subunit design which assembles both sizes with prescribed yields, from a single type of subunits, by adjusting the subunit's mechanical properties. The second structure is an ellipsoidal shell, which, again, we aim to assemble from a single species of subunits. Finite compliance allows subunits to adapt to the local geometry and coordination, however, the associated frustration raises the problem of controling long range elastic interactions and rules out naive subunit designs. As a solution, we propose an optimization approach to efficiently adjust the subunits' mechanical properties until a target free energy minimum is reached at the required sizes and shapes. We use a coarse grained triangle model with a grand canonical Monte Carlo scheme for equilibrium and dynamical simulations. Progressing from the fastest towards the most accurate estimates of the free energy we intend to provide a full stack methodology for finding the most optimal subunit parameters given a target structure.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Das Projektteam hat die Klassifizierung dieses Projekts bestätigt.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) H2020-MSCA-IF-2020
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Rumänien