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Biophysical Models of Bacterial Growth

Description du projet

Des modèles biophysiques pour expliquer les fluctuations microbiennes

La biologie opère dans un environnement dynamique où les micro-organismes se répliquent avec précision par le biais d’un «cycle cellulaire» bien réglé, qui coordonne la croissance, la division et la réplication de l’ADN. Il est essentiel de comprendre les signaux et les mécanismes de rétroaction impliqués. Le projet BIGR, financé par le CER, développera des modèles intégrés qui régulent plusieurs caractéristiques cellulaires et quantifient les interactions entre les processus. Il explorera des modèles à gros grains sur des échelles de temps longues (réplication de l’ADN, expression génétique et division cellulaire) et courtes impliquant l’écoulement de l’eau et le transport d’ions à travers les membranes. Le projet s’appuiera sur l’expertise en physique des processus stochastiques pour créer des modèles biophysiques expliquant les réponses microbiennes aux fluctuations et introduire de nouveaux outils analytiques pour améliorer notre compréhension de la manière dont la variabilité affecte la croissance et l’aptitude des populations.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Contribution nette de l'UE
€ 1 708 613,00
Coût total
€ 1 708 613,00

Bénéficiaires (1)