Description du projet
Des organismes éclairés peuvent nous montrer comment fabriquer de nouveaux cristaux révolutionnaires
Ces dernières années, les cristaux moléculaires organiques ont fait l’objet d’intenses recherches théoriques et expérimentales visant à exploiter leurs propriétés optiques, électroniques et mécaniques uniques pour des applications technologiques. La biocristallisation organique, dans laquelle des cristaux sont formés à partir de macromolécules organiques par des organismes vivants, pourrait offrir une fenêtre sur des voies exploitables. De nombreux organismes exercent un contrôle important sur la formation des cristaux pour manipuler la lumière de manière révolutionnaire. Le projet CRYSTALEYES, financé par l’UE, suit le processus de biocristallisation dans un système modèle, en utilisant des techniques avancées pour identifier les molécules qui contrôlent la cristallisation et les gènes qui les codent. La découverte de la recette du succès pourrait conduire à la création d’usines vivantes produisant des cristaux organiques sur mesure pour une nouvelle ère d’applications optiques.
Objectif
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.
Champ scientifique
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
84105 Beer Sheva
Israël