Projektbeschreibung
Herstellung eines Basissystems für die Vervielfältigung einer Polymervorlage
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass Informationen direktional von einer DNA-Nukleotidsequenz in eine Sequenz synthetisierter RNA und dann in eine Aminosäurensequenz in dem Protein übertragen werden. Viele strukturelle Aspekte dieses gesamten Apparats wurden detailliert untersucht, doch wir verstehen die Grundprinzipien der zuverlässigen direktionalen Vervielfältigung von Polymervorlagen nicht und konnten kein einfaches synthetisches Vervielfältigungssystem erstellen. Das EU-finanzierte Projekt RESSPICAC erforscht minimale Modelle für die Vervielfältigung unter Anwendung von Grundsätzen der Thermodynamik von kleinen fluktuierenden Systemen und der Thermodynamik der Informationsverarbeitung, um diese Prinzipien zu beleuchten. Die Forschung wird dieses Wissen auf die Gestaltung von Systemen mit minimaler Vervielfältigung unter Verwendung nichtbiologischer synthetischer DNA übertragen, um Erkenntnisse zu analogen Prozessen in lebenden Organismen bereitzustellen.
Ziel
Copying of information-bearing polymer templates is vital to life. The central dogma of molecular biology describes how a sequence of nucleotides in DNA is copied into a sequence of nucleotides in a newly-assembled RNA polymer, and then into a sequence of amino acids in a protein. These processes involve sophisticated machinery in extant organisms, but even the ribosome is bound by the same physical principles as simpler systems that must have operated in early life. Despite the fundamental importance of copying, and its potential for the engineering of complex molecular systems, we do not understand these basic principles that enable accurate and reliable copies to be made of polymer templates, and cannot build minimal synthetic copying systems.
I propose to explore minimal models of copying, leveraging recent advances in the thermodynamics of small, fluctuating systems and the thermodynamics of information processing, to identify these principles. I will translate this insight, via detailed molecular simulation and experimental characterisation of novel reaction motifs, into the construction of minimal synthetic copying systems. I will construct these systems from non-biological synthetic DNA.
The project will provide insight into analogous processes in living organisms, and shed light on primitive living systems. It will also lay the groundwork for engineering synthetic systems with key cell-like functionalities, providing a mechanism for the production of complex assemblies that is fundamentally distinct from traditional self-assembly. Theory and simulation will drive the experiments, making rational design of systems possible whilst providing insight into the fundamental thermodynamics of information processing and computation, and the biophysics of novel nucleic acid interactions. Indeed, designing and building concrete molecular systems based on fundamental theory will enhance our understanding of the theories themselves.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.
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