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Biophysical Models of Bacterial Growth

Descripción del proyecto

Modelos biofísicos para explicar las fluctuaciones microbianas

La biología opera en un entorno dinámico en el que los microorganismos se reproducen con precisión a través de un ciclo celular regulado, a través del cual se coordina el crecimiento, la división y la replicación del ADN. Comprender las señales y los mecanismos de retroalimentación implicados en este ciclo es fundamental. En el proyecto BIGR, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se desarrollarán modelos integrados que regulen múltiples rasgos celulares y cuantifiquen las interacciones entre procesos celulares. Su equipo examinará modelos de granularidad gruesa a escalas temporales largas (replicación del ADN, expresión génica y división celular) y cortas, que implican el flujo de agua y el transporte de iones a través de membranas. En el proyecto se capitalizarán los conocimientos sobre la física de los procesos estocásticos para crear modelos biofísicos que expliquen las respuestas microbianas a fluctuaciones, así como para desarrollar nuevas herramientas analíticas que mejoren nuestra comprensión sobre cómo la variabilidad afecta al crecimiento y la eficacia biológica poblaciones.

Objetivo

Biology operates in a dynamic, changing environment, with fluctuations occurring over many time and length scales. Microorganisms are capable of duplicating themselves accurately over a short time in this noisy environment. This self-replication, known as the “cell cycle”, must be tightly regulated in order for replication to be efficient. Key processes such as growth (both of volume and biomass), division and DNA replication must be coordinated. What biophysical cues are measured by the cell and what feedback is utilized to achieve this tight control is a fundamental, open and inherently interdisciplinary question. The goal of this proposal is to build integrated models which can account for the simultaneous regulation of multiple cellular traits, and account, quantitatively, for the coupling between the various cellular processes. We will consider coarse-grained models that operate both on long timescales – the coupling of DNA replication, gene expression and cell division – and short timescales, associated with water flow and ion transport across the membrane. Building on our expertise in the physics of stochastic processes, we will develop biophysical models that explain how microbes deal with fluctuations. We will develop new analysis tools that will enable us to learn from fluctuations, in particular through the powerful methodology of causal inference, which has not been previously applied in this context. The models will allow us to study the implications of variability on the population growth and fitness, and elucidate the design principles involved. Taken together, these models will take us toward comprehensive and predictive biophysical models of bacterial growth.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2023-COG

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Institución de acogida

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Aportación neta de la UEn
€ 1 708 613,00
Coste total
€ 1 708 613,00

Beneficiarios (1)