Projektbeschreibung
Schlaue Organismen könnten den Schlüssel zur Entwicklung revolutionärer neuer Kristalle liefern
Organische Molekülkristalle sind in den vergangenen Jahren zunehmend in das Augenmerk der theoretischen und experimentellen Forschung gerückt, die sich ihre einzigartigen optischen, elektronischen und mechanischen Eigenschaften für technologische Anwendungen zunutze machen möchte. Die organische Biokristallisation, bei der Kristalle durch lebende Organismen aus organischen Makromolekülen gebildet werden, könnte neue Wege der Nutzbarmachung aufzeigen. Viele Organismen wirken mit außerordentlicher Raffinesse auf die Bildung von Kristallen und die Art und Weise, in der sie Licht manipulieren, ein. Das EU-finanzierte Projekt CRYSTALEYES untersucht den Biokristallisationsprozess an einem Modellsystem, um mittels fortschrittlicher Verfahren die für die Kristallisation zuständigen Moleküle und ihre kodierenden Gene zu identifizieren. Sind die Forschenden damit erfolgreich, könnten „lebende Fabriken“ möglich werden, die anforderungsspezifische organische Kristalle für völlig neue optische Anwendungen produzieren können.
Ziel
Many spectacular optical phenomena in nature are produced by the interaction of light with organic crystals. Organisms exert exquisite control over the habit and organization of these crystals to determine the type of optical effect produced by using strategies beyond the state of the art in solid state chemistry. Despite their important role in animal behavior and their huge potential to inspire new optical materials, little is known about these materials. However, recent discoveries of previously unknown organic bio-crystals indicate that many more of these materials will be found and that ‘organic bio-crystallization’ is an emergent field with important implications for materials science. My overall objective is to uncover the strategies organisms use to control the formation of organic crystals, enabling these strategies to be harnessed to develop new crystalline organic materials. A pioneering approach is proposed which entails following the crystallization pathways of organic molecules in model photonic systems undergoing development. The crystallization of guanine and isoxanthopterin will be investigated to reveal the physio-chemical and biological processes underpinning crystallization. Cryogenic electron microscopy, spectroscopy and in situ diffraction methods will determine changes in the chemical and physical properties of the crystals during crystallization. Proteomic and transcriptomic studies will identify the macromolecules responsible for controlling nucleation and growth and the genes encoding them. These bio-crystallization processes will then be artificially mimicked and manipulated to produce guanine and isoxanthopterin crystals with rationally designed crystal properties (crystal habit, composition, size), including an ambitious attempt to genetically programme guanine-producing iridophore cells as living factories to produce crystals with controlled phenotypes, laying the foundations for a new field of genetically programmed organic materials.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
84105 Beer Sheva
Israel