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Synthetic photobiology for light controllable active matter

Descrizione del progetto

La luce fa muovere i batteri sintetici e potrebbe controllare la velocità dei futuri piccoli camion merci

La natura è forse il più grande ingegnere di tutti i tempi. Gli scienziati si adoperano per imitare i fenomeni naturali, nonché beneficiare della loro efficienza e semplicità intrinseca. I colloidi semoventi, un tipo di materia sintetica attiva simile ai batteri semoventi, figurano tra i molti traguardi. Oltre alla macchina sintetica per il movimento, gli scienziati hanno anche identificato le componenti genetiche richieste per conferire reattività all’ambiente. SYGMA utilizza gli elementi costitutivi genetici delle proprietà funzionali per creare materia attiva che possa essere controllata con la luce. I fotorecettori ingegnerizzati sensibili a rosso, verde e blu, proprio come i coni nella retina, saranno collegati a processi cellulari che modulano elementi quali velocità, crescita e morte. Il controllo attraverso la luce di flotte di piccoli trasporti merci potrebbe essere dietro l’angolo.

Obiettivo

From a Physics and Engineering standpoint, swimming bacteria are a formidable example of self-propelled micro-machines. Together with their synthetic counterpart, self-propelled colloids, they represent the “living” atoms of active matter, an exciting branch of contemporary soft matter and statistical mechanics. Differently from synthetic colloids, however, each bacterial cell contains all the molecular machinery that is required to self-replicate, sense the environment, process information and compute responses. Breaking down these biological functions into basic genetic parts has been one of the greatest triumphs of molecular biology. Today, synthetic biologists are assembling these parts into new genetic programs and exploiting bacteria as computing micro-machines.
Project SYGMA will employ the synthetic biology toolkit to provide the building blocks for a light controllable active matter having reliable, reconfigurable and interactively tunable dynamical properties. We will first engineer transmembrane photoreceptors to wire RGB external light signals to cellular physical responses like speed, tumbling, growth and death rates. These genetic parts will allow the modular design of customized active particles to build active materials with unprecedented optical control capabilities. Using these new tools we will address, with experiments and theory, fundamental questions like: how fast can we drive particle density using spatio-temporal motility modulations? what is the force on a body suspended in a bath of bacteria with non uniform motility? how do physical forces contribute to morphogenesis in bacterial colonies? Finding quantitative and experimentally validated answers will eventually allow us to engineer structured illumination protocols to mold living microstructures, transport colloidal cargos by shaping active pressure, control swarms of biohybrid microcars and shape bacterial microcolonies.

Parole chiave

Meccanismo di finanziamento

ERC-ADG - Advanced Grant

Istituzione ospitante

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA
Contribution nette de l'UE
€ 1 018 750,00
Indirizzo
Piazzale Aldo Moro 5
00185 Roma
Italia

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Regione
Centro (IT) Lazio Roma
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 018 750,00

Beneficiari (3)