Opis projektu
Syntetyczne komórki wykorzystujące metodę origami RNA
Syntetyczne komórki, znane również jako sztuczne komórki lub protokomórki, to stworzone w laboratorium struktury, które naśladują niektóre właściwości i funkcje naturalnych komórek. Cieszą się one dużym zainteresowaniem ze względu na ich zastosowanie w dostarczaniu leków, biotechnologii i czujnikach środowiskowych, a także w rozwoju badań biomedycznych. Finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt ENSYNC ma na celu skonstruowanie syntetycznej komórki poprzez zamknięcie funkcjonalnych biomolekuł w pęcherzykach lipidowych. Celem jest stworzenie samoreplikującej się i ewoluującej syntetycznej komórki poprzez programowalne struktury wytworzone metodą origami RNA, które kontrolują ewolucję i zostały poddane funkcjonalizacji ukierunkowanej na wykonywanie różnych zadań. Oprócz zapewnienia wglądu w procesy ewolucyjne, projekt umożliwi opracowanie narzędzi opartych na technice origami RNA na potrzeby szerokiego zakresu zastosowań.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
69117 Heidelberg
Niemcy