Projektbeschreibung
Synthetische Zellen mittels RNS-Origami
Synthetische Zellen, auch bekannt als künstliche Zellen oder Protozellen, sind im Labor hergestellte Strukturen, die einige der Eigenschaften und Funktionen natürlicher Zellen nachahmen. Die Anwendungsmöglichkeit zur Arzneimittelverabreichung, in der Biotechnologie und in der Umweltsensorik sowie für fortschrittliche biomedizinische Forschung erregen viel Interesse. Das Ziel des vom Europäischen Forschungsrat finanzierten Projekts ENSYNC besteht darin, eine synthetische Zelle zu konstruieren, indem funktionelle Biomoleküle in Lipidvesikel eingekapselt werden. So soll eine selbstreplizierende und sich entwickelnde synthetische Zelle durch programmierbare RNS-Origami-Strukturen geschaffen werden, die die Evolution reguliert und für verschiedene Aufgaben funktionalisiert ist. Das Projektteam wird nicht nur Einblicke in evolutionäre Prozesse hervorbringen, sondern auch Werkzeuge auf der Grundlage des RNS-Origami für verschiedene Anwendungen entwickeln.
Ziel
Can we construct a cell from non-living matter? In search for answers, bottom-up synthetic biology has successfully encapsulated functional sets of biomolecules inside lipid vesicles, yet a “living” synthetic cell remains unattained. ENSYNC aims for a prototype of a synthetic cell that encompasses a fundamental characteristic of life, namely evolution. My past work shows that DNA origami can achieve custom-engineered synthetic cellular parts, but the mere encapsulation of preformed parts conflicts with the vision of a self-replicating and evolving synthetic cell. I here propose to produce and to replicate functional RNA origami structures inside of lipid vesicles (GUVs) by co-transcriptional folding from a DNA template. First, I will genetically encode an RNA nanopore and RNA origami structure which induces GUV division. The DNA template (“genotype”) will determine the GUVs’ permeability and their division rate (“phenotype”). This genotype-phenotype mapping is the basis for directed evolution of the rationally engineered RNA origami structures in the second step. In particular, I will aim for efficient GUV division in repeated cycles of genetic diversification and selection. In the third step, I will implement multiple growth and division cycles to enable continuous directed evolution. This will be achieved by system-level integration and laboratory automation of the directed evolution pipeline to iteratively reduce researcher intervention. Depending on externally applied selection pressures, continuous evolution will inevitably lead to the dominance of highly proliferating synthetic cells in mixed populations. ENSYNC provides fundamental insights into evolutionary processes as well as applicable RNA origami-based tools for nanopore sensing and as genetically encoded biophysical probes in cell biology. Overall, ENSYNC pushes the boundaries of bottom-up synthetic biology to the point where synthetic cells can be evolved towards a distinct goal in biotechnology.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
69117 Heidelberg
Deutschland