FMRG: Bio: DNA & RNA Condensate Droplets for Programmable Separation and Manufacture of Biomolecules

FMRG:生物:DNA

基本信息

  • 批准号:
    2134772
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 300万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-12-01 至 2025-11-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The ability to spatially organize, separate, and sort is key to any advanced manufacturing process. While these tasks have been mastered in top-down industrial biochemical processes, it remains challenging to embed these operations in biochemical reactors at the micro- and nano-scale. Microscopic reactors are useful to extract, sort, separate, and organize components in low-volume, low-cost reactions, and are particularly relevant for scarce, toxic, or high-value ligands. This project will establish design tools and components to build microscopic liquid reactors made with DNA and RNA, taking inspiration from cellular condensation phenomena that compartmentalize small molecules, nucleic acids, proteins, and entire reaction pathways. By developing a technological blueprint to build DNA and RNA condensates, this research will promote the adoption of this powerful approach in biotechnology, pharmaceutics, and chemical engineering, and contribute to the generation of a new workforce. Toward this goal, undergraduates will be involved in the research and the research will be integrated in educational modules that will be tested at Pasadena City College, UCLA, UCSB, and Caltech, and will be made available to the general public. This approach takes advantage of the well-understood thermodynamic and kinetic properties of nucleic acids to systematize the innovative technology of biological condensates. The project aims to: (i) develop DNA and RNA condensates into a future manufacturing technology; (ii) engage undergraduates and develop and disseminate educational tools for preparing a workforce to actively participate in this emerging technology; and (iii) expand the capabilities for domestic manufacturing of high-value biomolecules. Building on advances in DNA and RNA nanotechnology, the project will contribute libraries of DNA and RNA monomers that condense into liquid droplets that host specific molecules and pathways that are relevant for separation and production. Experiments will be guided by predictive models for design of customizable host condensates, and through a design-build-test pipeline will demonstrate liquid separation of an expandable set of molecules, cells, and pathways that are relevant for sensing, drug manufacturing, and healthcare. The team of PIs includes leaders in the field of DNA self-assembling systems (Rothemund), engineered DNA and RNA reaction networks (Franco), biophysics of nucleic acid systems (Fygenson), and biochemistry education (Blatti). Because nucleic acids are naturally present in living organisms, it will be possible to seamlessly integrate the operation of the custom artificial condensates with that of cells and tissues. This project is jointly funded by the Division of Molecular and Cellular Biosciences in the Biological Sciences Directorate, the Division of Chemical, Biomedical, Environmental and Transport Systems in the Engineering Directorate, the Division of Undergraduate Education in the Education and Human Resources Directorate, and the Division of Chemistry in the Mathematical and Physical Sciences Directorate.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
空间组织、分离和分类的能力是任何先进制造工艺的关键。虽然这些任务已经在自上而下的工业生化过程中掌握,但将这些操作嵌入微米和纳米尺度的生化反应器中仍然具有挑战性。微型反应器可用于在低体积、低成本反应中提取、分类、分离和组织组分,并且对于稀缺、有毒或高价值配体特别相关。该项目将建立设计工具和组件,以构建由DNA和RNA制成的微观液体反应器,灵感来自细胞凝聚现象,将小分子,核酸,蛋白质和整个反应途径分隔开来。 通过开发构建DNA和RNA浓缩物的技术蓝图,这项研究将促进在生物技术,制药和化学工程中采用这种强大的方法,并有助于产生新的劳动力。为了实现这一目标,本科生将参与研究,研究将被整合到教育模块中,这些模块将在帕萨迪纳城市学院,加州大学洛杉矶分校,加州大学旧金山分校和加州理工学院进行测试,并将向公众提供。这种方法利用了核酸的热力学和动力学特性,使生物浓缩物的创新技术系统化。该项目旨在:(i)将DNA和RNA浓缩物发展成为未来的制造技术;(ii)吸引大学生参与,开发和传播教育工具,为积极参与这一新兴技术的劳动力做好准备;以及(iii)扩大国内制造高价值生物分子的能力。基于DNA和RNA纳米技术的进步,该项目将贡献DNA和RNA单体库,这些单体浓缩成液滴,这些液滴含有与分离和生产相关的特定分子和途径。实验将由可定制的主机冷凝物设计的预测模型指导,并通过设计-构建-测试管道将展示与传感,药物制造和医疗保健相关的可扩展分子,细胞和途径的液体分离。PI团队包括DNA自组装系统(Rothemund),工程DNA和RNA反应网络(Franco),核酸系统生物物理学(Fygenson)和生物化学教育(Blatti)领域的领导者。由于核酸天然存在于活的生物体中,因此可以将定制人工浓缩物的操作与细胞和组织的操作无缝集成。该项目由生物科学理事会分子和细胞生物科学司,工程理事会化学、生物医学、环境和运输系统司,教育和人力资源理事会本科教育司,以及数学和物理科学理事会的化学部。该奖项反映了NSF的法定使命,通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Chemical reaction motifs driving non-equilibrium behaviours in phase separating materials
驱动相分离材料非平衡行为的化学反应基序
Light-controlled growth of DNA organelles in synthetic cells
  • DOI:
    10.1098/rsfs.2023.0017
  • 发表时间:
    2023-08-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Agarwal,Siddharth;Dizani,Mahdi;Franco,Elisa
  • 通讯作者:
    Franco,Elisa
Robust Microphase Separation Through Chemical Reaction Networks
通过化学反应网络实现稳健的微相分离
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2023.3283934
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Blanchini, Franco;Franco, Elisa;Giordano, Giulia;Osmanović, Dino
  • 通讯作者:
    Osmanović, Dino
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Elisa Franco其他文献

Stable receding-horizon cooperative control of a class of distributed agents
一类分布式智能体的稳定后退协同控制
Design and analysis of a synthetic aptamer-based oscillator
基于合成适体的振荡器的设计与分析
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Christian Cuba Samaniego;Sho Kitada;Elisa Franco
  • 通讯作者:
    Elisa Franco
A Multi-Model Approach to Identification of Biosynthetic Pathways
生物合成途径鉴定的多模型方法
  • DOI:
    10.1109/acc.2007.4282720
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Dunlop;Elisa Franco;R. Murray
  • 通讯作者:
    R. Murray
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耗散型 DNA 纳米技术
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022-06-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    20.200
  • 作者:
    Erica Del Grosso;Elisa Franco;Leonard J. Prins;Francesco Ricci
  • 通讯作者:
    Francesco Ricci
72 Dynamic self-assembly of DNA nanotubes
72 DNA纳米管的动态自组装

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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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SHF: Medium: Collaborative: A language for molecular communication using temporal codes
SHF:媒介:协作:使用时间代码进行分子通信的语言
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    2021
  • 资助金额:
    $ 300万
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    Continuing Grant
BBSRC-NSF/BIO: Characterizing efficiency and limitations of RNA regulators to achieve robust dynamic behaviors
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    2020
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    Standard Grant
Student Travel Support for IEEE Conference on Decision and Control, To Be Held in Miami, FL, December 17-19, 2018
IEEE 决策与控制会议学生旅行支持,将于 2018 年 12 月 17 日至 19 日在佛罗里达州迈阿密举行
  • 批准号:
    1836415
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Programming Dynamic Growth and Reconfiguration in Nucleic Acid Nanomaterials
职业:核酸纳米材料动态生长和重构的编程
  • 批准号:
    1938194
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Student Travel Support Program for 2016 IEEE Conference on Decision and Control, Las Vegas, NV, December 12-14, 2016
2016 年 IEEE 决策与控制会议学生旅行支持计划,内华达州拉斯维加斯,2016 年 12 月 12-14 日
  • 批准号:
    1658555
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Programming Dynamic Growth and Reconfiguration in Nucleic Acid Nanomaterials
职业:核酸纳米材料动态生长和重构的编程
  • 批准号:
    1450747
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Design and Synthesis of Robust and Tunable Nucleic Acid-Based Oscillators for Bionanotechnology
用于生物纳米技术的鲁棒且可调谐的基于核酸的振荡器的设计和合成
  • 批准号:
    1266402
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

骨胶原(Bio-Oss Collagen)联合龈下喷砂+骨皮质切开术治疗 根分叉病变的临床疗效研究
  • 批准号:
    2024JJ9542
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    2024
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    2018
  • 资助金额:
    62.0 万元
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    面上项目

相似海外基金

Synthetic leukocytes: bio-inspired DNA nanorobots powered by flow
合成白细胞:由流动驱动的仿生 DNA 纳米机器人
  • 批准号:
    DP220101528
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 300万
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FMRG: Bio: Manufacturing Ultra-High-Density DNA-Enabled Nanoelectronics Systems
FMRG:生物:制造超高密度 DNA 纳米电子系统
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Collaborative Research: CNS Core: Small: Efficient Ways to Enlarge Practical DNA Storage Capacity by Integrating Bio-Computer Technologies
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Collaborative Research: CNS Core: Small: Efficient Ways to Enlarge Practical DNA Storage Capacity by Integrating Bio-Computer Technologies
合作研究:中枢神经系统核心:小型:通过集成生物计算机技术扩大实用 DNA 存储容量的有效方法
  • 批准号:
    2204657
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Bio-Synergy DNA & Epigenetics
生物协同DNA
  • 批准号:
    10043856
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 300万
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利用乳腺癌细胞建立 DNA 同源重组能力的生物测定法来对负责任的遗传改变进行分类
  • 批准号:
    18K19585
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Nanophotonics of RE/DNA/nanotube materials: From bio-sensing-on-chip to live stem cell measurements
RE/DNA/纳米管材料的纳米光子学:从片上生物传感到活干细胞测量
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 300万
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    2016
  • 资助金额:
    $ 300万
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    Standard Grant
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双边 NSF/BIO-BBSRC:用于选择性跨膜运输的合成 DNA 纳米孔
  • 批准号:
    1644745
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 300万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了