Projektbeschreibung
Mit einem Werkzeugkasten voller Steuerungssysteme die Innovation in der synthetischen Biologie beschleunigen
Die Natur hat ungeheuer vielfältige und effiziente Mechanismen entwickelt, um alle möglichen Aufgaben zu erfüllen, und die Steuerungsprozesse für diese Mechanismen sind ebenso vielfältig. Obwohl das Bioengineering im Zusammenhang mit Systemen und Prozessen Fortschritte mit sich bringt, die die Lebensqualität des Menschen nachhaltig verbessern, ist das Potenzial noch nicht voll ausgeschöpft worden, was vor allem darauf zurückzuführen ist, dass das dynamische Verhalten dieser biophysikalischen Systeme nur schwer auf künstliche Weise zu steuern ist. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts COSY-BIO lautet, auf der Grundlage von Prinzipien der Steuerungs- und Regelungstechnik drei verschiedene Arten von „Steuereinheiten“ zu entwickeln: externe (einen Computer), eingebettete (in Zellen integriert) und multizelluläre (separate Zellpopulationen, die andere Zellen steuern). Die Werkzeuge werden durch eine Rapid-Prototyping-Plattform ergänzt.
Ziel
Synthetic Biology aims at rational engineering of living organisms to improve human well-being and environmental sustainability, thus promising a paradigm shift in human technology. Its full potential has not been achieved yet because of the complexity of engineering biological systems where basic biological parts are intrinsically noisy and not modular. The overarching goal of COSY-BIO is to develop a theoretical framework and innovative technological tools to engineer reliable biological systems that are robust despite their individual components being not by translating principles of control engineering to molecular and cell biology. Automatic control is a well-established engineering discipline to build “controllers” to steer the dynamic behaviour of a physical system in a desired fashion. By building upon control engineering for physical systems and by exploiting the unique features of living organisms, this project will identify generally applicable approaches to design closed-loop feedback controllers for biological systems. To handle biological complexity, the project will explore three strategies of increasing difficulty “external” controllers, “embedded” controllers and “multi-cellular” controllers. External controllers will be implemented in a computer acting on cells using small molecules via microfluidics devices. Embedded controllers will be made from biological parts and integrated within individual cells to steer their behaviour. Multicellular controllers envisage two cell populations, one made up of cells with embedded controllers (controller cells) and the other will be the controlled population (target cells). In addition, a rapid prototyping platform will enable to speed up the design-build-test cycles by means of optimal experimental design, microfluidics and cell-free systems. Proof-of-principles demonstrations in bacteria and yeast with relevance to biotechnology will be tackled to prove the usefulness of this revolutionary technology.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsfluid mechanicsmicrofluidics
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologybacteriology
- natural sciencesbiological sciencessynthetic biology
- natural sciencesbiological sciencescell biology
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcontrol engineering
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-1-2016-2017
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
00185 Roma
Italien