Collaborative Research: MODULUS: A synthetic biology approach to understanding environment sensing in multicellular systems

合作研究:MODULUS:一种理解多细胞系统环境感知的合成生物学方法

基本信息

  • 批准号:
    1936761
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-15 至 2021-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this research is to determine how collections of cells, for example, a colony of bacterial cells forming a biofilm, coordinate their behaviors to accomplish goals that are impossible for isolated single cells alone. In particular, the project examines how cellular collectives cooperate to better sense the environment in an effort to determine the spatial location of important resources needed for survival. Computational and experimental methods are integrated in investigations that examine the genetic interactions involved in collective cell sensing. These investigations are used to produce models that advance the understanding of the nature of the cellular interactions. The models are then validated with experimental data. A better understanding of how cells cooperate will inform methods for the construction of synthetic multicellular systems that could be applied to biomanufacturing, environmental remediation or tissue formation for regenerative medicine. In addition to the scientific advances, this project provides societal benefits through curriculum development, the training of students ranging from middle-schoolers to postdoctoral researchers, and the public dissemination of science through mass media.A combination of mathematical modeling and experimental synthetic biology is used to overcome the challenges associated with studying native cell signaling pathways and provide more precise control over genetic and network components. Hypotheses are generated through analytically tractable mathematical models. The resulting predictions are tested on multicellular colonies with realistic, multi-scale agent-based computer models. Next, synthetic gene circuits that contain the proper inter- and intracellular regulatory mechanisms are constructed in Escherichia coli. These gene circuits are then examined experimentally for their collective phenotypes. Finally, the research team fits the mathematical models to the resulting data and validates their predictions on separate sets of experiments. This award was co-funded by the Systems and Synthetic Biology Program in the Division of Molecular and Cellular Biosciences and the Mathematical Biology Program in the Division of Mathematical Sciences.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.
这项研究的目的是确定细胞的收集(例如,形成生物膜的细菌细胞的菌落)如何协调其行为以实现单独孤立的单个细胞不可能的目标。特别是,该项目研究了蜂窝集体如何合作以更好地感知环境,以确定生存所需的重要资源的空间位置。计算方法和实验方法被整合到研究集体细胞传感所涉及的遗传相互作用的研究中。这些研究用于生成推动对细胞相互作用性质的理解的模型。然后使用实验数据验证模型。更好地了解细胞如何合作将为构建合成多细胞系统的方法提供信息,这些系统可以应用于生物制造,环境修复或组织形成以进行再生医学。除了科学的进步外,该项目还通过课程发展提供了社会利益,从中学生到博士后研究人员的培训以及通过大众媒体对科学进行公共传播。数学建模和实验合成生物学的组合用于克服与研究本地信号通道和网络控制相关的挑战,并提供了更精确的挑战,并且是研究了概括性的,并且是基因组合的。假设是通过可分析的数学模型生成的。在具有现实的,基于代理的计算机模型的多细胞菌落对产生的预测进行了测试。接下来,在大肠杆菌中构建了包含适当的细胞间调节机制的合成基因回路。 然后对这些基因回路进行实验检查,以了解其集体表型。最后,研究团队将数学模型符合结果数据,并在单独的一组实验集上验证他们的预测。该奖项是由系统和合成生物学计划在分子和细胞生物科学的部门和数学生物学计划中共同资助的,该奖项在数学科学划分中共同资助。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的智力和更广泛影响的评估来通过评估来获得支持的。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Signal processing capacity of the cellular sensory machinery regulates the accuracy of chemotaxis under complex cues.
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2021.103242
  • 发表时间:
    2021-11-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Moon HR;Saha S;Mugler A;Han B
  • 通讯作者:
    Han B
Precision of Flow Sensing by Self-Communicating Cells
自通信单元的流量传感精度
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.124.168101
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Fancher, Sean;Vennettilli, Michael;Hilgert, Nicholas;Mugler, Andrew
  • 通讯作者:
    Mugler, Andrew
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Andrew Mugler其他文献

Electrical Signal Transmission in a Heterogeneous Population of Bacteria
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2017.11.3588
  • 发表时间:
    2018-02-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Joseph W. Larkin;Xiaoling Zhai;Kaito Kikuchi;Aleksandra Walczak;Garcia-Ojalvo Jordi;Arthur Prindle;Andrew Mugler;Gürol Süel
  • 通讯作者:
    Gürol Süel
Serially regulated biological networks fully realise a constrained set of functions.
串行调节的生物网络完全实现了一组有限的功能。
  • DOI:
    10.1049/iet-syb:20080097
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Andrew Mugler;Etay Ziv;Ilya Nemenman;Chris Wiggins
  • 通讯作者:
    Chris Wiggins
Model of Chromosome Replication Gets Upgraded
染色体复制模型升级
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Andrew Mugler
  • 通讯作者:
    Andrew Mugler

Andrew Mugler的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Andrew Mugler', 18)}}的其他基金

DMS/NIGMS 1: Multi-timescale stochastic modeling to investigate epigenetic memory in bacteria
DMS/NIGMS 1:用于研究细菌表观遗传记忆的多时间尺度随机模型
  • 批准号:
    2245816
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Building a Theory of Collective Cellular Sensing with Applications to Morphogenesis, Chemotaxis, and Metastasis
职业:建立集体细胞传感理论并应用于形态发生、趋化性和转移
  • 批准号:
    2118561
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Building a Theory of Collective Cellular Sensing with Applications to Morphogenesis, Chemotaxis, and Metastasis
职业:建立集体细胞传感理论并应用于形态发生、趋化性和转移
  • 批准号:
    1945018
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: MODULUS: A synthetic biology approach to understanding environment sensing in multicellular systems
合作研究:MODULUS:一种理解多细胞系统环境感知的合成生物学方法
  • 批准号:
    2118037
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

碳纤维/树脂复合材料模量匹配与梯度界面的协同效应及强韧化机制研究
  • 批准号:
    52373080
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于丝素蛋白多孔凝胶的低模量柔性脑电极研究
  • 批准号:
    62301555
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高模量高塑性(CNTs+AlN)/AZ91复合材料的制备及性能调控机理研究
  • 批准号:
    52301198
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
考虑颗粒特征的粗粒土初始剪切模量宏细观分析及混合驱动模型研究
  • 批准号:
    52309173
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高回弹高模量耐疲劳离子皮肤的结构和性能研究
  • 批准号:
    22305033
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: MODULUS: Protein droplets drive membrane bending and cytoskeletal organization
合作研究:MODULUS:蛋白质液滴驱动膜弯曲和细胞骨架组织
  • 批准号:
    2327243
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: MODULUS: Protein droplets drive membrane bending and cytoskeletal organization
合作研究:MODULUS:蛋白质液滴驱动膜弯曲和细胞骨架组织
  • 批准号:
    2327244
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NSF Workshop on Models for Uncovering Rules and Unexpected Phenomena in Biological Systems (MODULUS)
合作研究:NSF 揭示生物系统规则和意外现象模型研讨会 (MODULUS)
  • 批准号:
    2232740
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NSF Workshop on Models for Uncovering Rules and Unexpected Phenomena in Biological Systems (MODULUS)
合作研究:NSF 揭示生物系统规则和意外现象模型研讨会 (MODULUS)
  • 批准号:
    2232741
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: MODULUS: Nuclear envelope shape change coordination with chromosome segregation in mitosis in fission yeast
合作研究:MODULUS:核膜形状变化与裂殖酵母有丝分裂中染色体分离的协调
  • 批准号:
    2133243
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 28.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了