Effects of the spatial distribution of resources on the performance of genetic circuits

资源空间分布对遗传回路性能的影响

基本信息

  • 批准号:
    2898865
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The availability of transcriptional and translational resources plays an important role in gene expression and is a key factor affecting the performance of synthetic genetic circuits and metabolic pathways. While there are extensive investigations of trade-offs between growth, cellular capacity for gene expression and allocation of cellular resources, little is known about how the spatial distribution of these resources impacts gene expression. Contrary to common assumptions, even simple cells lacking organelles like bacteria are heterogenous and far from well-mixed vessels where biochemical reactions take place. In particular, it has been demonstrated that well-characterised microorganisms such as Escherichia coli have a non-homogenous distribution of the transcriptional and translational machinery.In this project we will investigate how the cytoplasmic location of the genes and the resources required for expression affect the performance of genetic circuits. Some pioneering works show that the distance between genes composing the same circuit influences their dynamic behaviour given that molecules such as transcriptional regulators need to diffuse to different regions of the cell2. Likewise, non-homogeneously distributed ribosomes and RNA polymerases need to diffuse to the locations of the cell at which the relevant mRNAs and proteins are produced. We hypothesise that the 'local' demand for resources plays a role in determining the final expression levels of genes of interest. Considering space as a design variable is, therefore, a novel aspect of synthetic biology that we will assess in this project.
转录和翻译资源的可用性在基因表达中起着重要作用,并且是影响合成遗传回路和代谢途径的性能的关键因素。虽然有广泛的调查之间的权衡增长,细胞的基因表达能力和细胞资源的分配,很少有人知道这些资源的空间分布如何影响基因表达。与通常的假设相反,即使是像细菌这样缺乏细胞器的简单细胞也是异质的,远离发生生化反应的混合良好的容器。特别是,它已被证明,以及表征微生物,如大肠杆菌有一个非均匀分布的转录和translational machinery.In这个项目中,我们将研究如何细胞质中的位置的基因和表达所需的资源影响遗传电路的性能。一些开创性的工作表明,组成同一电路的基因之间的距离会影响它们的动态行为,因为转录调节因子等分子需要扩散到细胞的不同区域2。同样,非均匀分布的核糖体和RNA聚合酶需要扩散到产生相关mRNA和蛋白质的细胞位置。我们假设,“本地”的资源需求发挥了作用,在确定最终的表达水平的基因的兴趣。因此,将空间作为设计变量是我们将在本项目中评估的合成生物学的一个新方面。

项目成果

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