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Energetics of Biological Systems

Descrizione del progetto

Comprendere il processo decisionale della natura quando si tratta di efficienza energetica

Le cellule e i sistemi biologici si trovano in un continuo stato di squilibrio, scomponendo molecole e costruendo «prodotti» per agevolare le loro numerose e varie funzioni. Il metabolismo cellulare produce calore che viene dissipato nell’ambiente, che è possibile misurare tramite la calorimetria per calcolare i costi energetici dei processi cellulari. Il progetto EnBioSys, finanziato dall’UE, si avvarrà di questa tecnica per analizzare in che modo le compensazioni di energia condizionano i processi cellulari. L’attenzione si concentrerà sulla compensazione tra dissipazione energetica e precisione dei percorsi di segnalazione biochimica e tra energia e produttività in materia di sviluppo embrionale e crescita cellulare. Un’efficiente gestione dell’energia si dimostra tanto importante per gli organismi viventi quanto per il pianeta, e il progetto EnBioSys potrebbe mostrarci come la natura prende decisioni basate su costi e benefici.

Obiettivo

All living systems function out of thermodynamic equilibrium and require a continuous supply of energy. To understand how cells and organisms function, we need to determine how metabolic energy is partitioned among the complex array of cellular processes that are necessary for life at any scale, from isolated biochemical networks to quiescent and highly proliferative cells to organismal growth and development. To investigate the energetics of living systems, I established calorimetry to measure the energy exchanged in the form of heat between biological systems and their environment. By combining these measurements with specific perturbations, I have shown that the energetic costs associated with a given biological process can be calculated, and thus, provides a means towards understanding the energetics of biological systems. This proposal aims to understand the energetic costs of accurate cell signaling, and of homeostasis, proliferation, and growth of cells and organisms. It will further investigate how these biological systems are governed by energetic trade-offs. First, the trade-off between energy dissipation and accuracy of biochemical signaling pathways. Second, the trade-off between power and yield during cell growth and organismal development. Specifically, I will:
1) Develop approaches to quantify the overall energetics of biological systems
2) Elucidate the role of energy dissipation on the accuracy and reproducibility of cell cycle signaling
3) Determine how energetics drive embryonic development and cell growth
This work will overcome the current lack of non-invasive techniques to quantitatively measure metabolic rates, especially rates of energy conversion and dissipation in biological systems. The results will yield quantitative thermodynamic data needed to determine the energetics of biological systems and will be essential for kinetic growth studies of normal and diseased systems.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-STG

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Istituzione ospitante

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
Contributo netto dell'UE
€ 1 935 240,00
Costo totale
€ 1 935 240,00

Beneficiari (1)