Projektbeschreibung
Statistische Physik bietet Einblick in Zustand gestresster Zellen
Zellen bestehen aus hochkomplexen Mikroumgebungen, in denen zahlreiche Wechselwirkungen zwischen allen Komponenten gleichzeitig stattfinden. Dadurch wird die Anwendung statistischer Methoden zur Bewertung des Zellverhaltens immer schwieriger. Das EU-finanzierte Projekt StatCell zielt darauf ab, diese Herausforderung durch die Einführung eines experimentellen und theoretischen Rahmens für die Beschreibung von Zellen unter akutem Stress mittels statistischer Physik zu bewältigen. Durch die Kombination modernster zellbiologischer Verfahren wird StatCell die Identifizierung derjenigen zellulären Netzwerkbedingungen erlauben, die durch einen Rahmen der statistischen Physik quantitativ vorhergesagt werden können. Die Projektarbeit wird wichtige Erkenntnisse über die zellulären Mechanismen bei Alterung und Krankheit zur Verfügung stellen.
Ziel
Statistical physics successfully accounts for phenomena involving a large number of components using a probabilistic approach with predictions for collective properties of the system. While biological cells contain a very large number of interacting components, (proteins, RNA molecules, metabolites, etc.), the cellular network is understood as a particular, highly specific, choice of interactions shaped by evolution, and therefore not amenable to a statistical physics description. My premise is that when a cell encounters an acute, but non-lethal, stress, its perturbed state can be modelled as random network dynamics, rather than as a regulated response. Strong perturbations may therefore reveal the dynamics of the underlying network that are amenable to a statistical physics description. Based on the striking similarity between our data on stressed bacteria and physical aging in disordered systems, my goal is to develop an experimental and theoretical framework for the statistical physics description of cells exposed to strong perturbations. We will critically probe the predictions of the statistical model using a multidisciplinary approach combining three frontline methodologies: (1) dynamics of single bacteria under acute stress in microfluidic devices and single cell transcriptomics; (2) theoretical framework and simulations for cellular networks under acute stress; and (3) new biophysical measurements of the transition from the regulated to the disrupted cellular network. This approach should provide a paradigm shift in the analysis of cells under stress, differentiating between conditions described by the regulation of gene networks from those that can be quantitatively predicted by a statistical physics framework. The new knowledge should lead to innovative ways of controlling the cellular network under strong perturbations, with implications ranging from new methodologies for synthetic biology to new avenues for treating bacterial infections and cancer.
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. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
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(öffnet in neuem Fenster) ERC-2021-ADG
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