Opis projektu
Stworzenie systemu umożliwiającego kopiowanie matryc
Jedno z głównych założeń biologii molekularnej głosi, że informacje są przenoszone z nukleotydowej sekwencji DNA na sekwencję zsyntetyzowanego RNA, a następnie na sekwencję aminokwasów w białku. Chociaż wiele aspektów strukturalnych tego procesu zostało już szczegółowo zbadanych, nadal niewiele wiadomo na temat mechanizmów leżących u podstaw dokładnego kopiowania matryc i dlatego niemożliwe jest zbudowanie prostego, syntetycznego systemu pozwalającego na przeprowadzenie tego procesu. Celem wyjaśnienia tych mechanizmów, w ramach finansowanego ze środków UE projektu RESSPICAC zbadane zostaną minimalne modele kopiowania z wykorzystaniem zasad termodynamiki małych zmiennych układów oraz termodynamiki przetwarzania informacji. Badania umożliwią zastosowanie zdobytej wiedzy do budowy minimalnych systemów kopiowania wykorzystujących niebiologiczne syntetyczne DNA, dając wgląd w analogiczne procesy zachodzące w organizmach żywych.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
SW7 2AZ LONDON
Zjednoczone Królestwo