CRISPR-REGULATION DE LA COMMUNICATION BASEE SUR L'ADN DANS LES CIRCUITS GENETIQUES MULTICELLULAIRES

CRISPR-REGULATION OF DNA-BASED COMMUNICATION IN MULTICELLULAR GENETIC CIRCUITS

• Auteur / Autrice : Anchita Sharma
• Direction : Manish Kushwaha, Guillermo Rodrigo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Crispr

Circuits génétiques

Calcul multicellulaire

Communication ADN

Modélisation quantitative

Crispr

Genetic circuits

Multicellular computing

DNA communication

Quantitative modelling

Résumé

Ces dernières années, l'ingénierie biologique des circuits génétiques synthétiques a permis de créer des circuits bio-calcul de plus en plus complexes pour le traitement de l'information. Cependant, à mesure que la taille de ces circuits augmente, ils doivent être répartis sur plusieurs cellules, avec des canaux de communication entre elles. Si les petites molécules diffusibles constituent le moyen le plus courant de communication intercellulaire dans les circuits distribués, elles sont limitées par le contenu de l'information échangée et par le couplage strict entre le message et le canal, qui ne permet l'échange que de quelques molécules de messages 'orthogonales'. Plus récemment, la messagerie basée sur l'ADN est apparue comme un moyen alternatif de communication intercellulaire dans les circuits génétiques synthétiques, en réaffectant les machineries de transduction et de conjugaison pour le transfert d'informations entre les cellules. Cependant, les méthodes de messagerie à base d'ADN transmettent actuellement toutes les molécules de messagerie des cellules émettrices aux cellules réceptrices sans distinction. Dans ce projet, nous mettrons en œuvre un système basé sur CRISPR pour la sélection des messages du côté de l'expéditeur avant qu'ils ne soient transmis aux cellules réceptrices par transduction et/ou conjugaison. Nous utiliserons la conception rationnelle pour générer des variantes de message orthogonales qui sont sélectivement emballées par les cellules émettrices, nous caractériserons leurs transmission et nous utiliserons les données pour construire des modèles quantitatifs pour les circuits génétiques multicellulaires. Les modèles seront utilisés pour comparer avec la signalisation basée sur les petites molécules, et pour identifier les circuits distribués les plus efficaces où les cellules utilisent simultanément un ou plusieurs canaux de communication (petites molécules, phages, pili de conjugaison).

In recent years, biological engineering of synthetic genetic circuits has led to increasingly complex biocomputing circuits for information processing. However, as the size of these circuits increases they need to be distributed across several cells, with communication channels between them. While diffusible small molecules are the most common way of intercellular communication in distributed circuits, they are limited by the information content exchanged and the strict message-channel coupling that only allows a few “orthogonal” message molecules to be exchanged. Most recently, DNA-based messaging has emerged as an alternative way of cell-to-cell communication in synthetic genetic circuits, by repurposing transduction and conjugation machineries for information transfer between cells. However, DNA-messaging methods currently transmit all messaging molecules from sender cells to receiver cells indiscriminately. In this project, we will implement a CRISPR-based system for sender-side selection of messages before they are transmitted to the receiver cells by transduction and / or conjugation. We will use rational design to generate orthogonal message variants that are selectively packaged by the sender cells, characterise their transmission, and use the data to build quantitative models for multicellular genetic circuits. The models will be used to compare against small-molecule based signalling, and to identify the most efficient distributed circuit designs where cells simultaneously use one or more channels for communication (small molecules, phages, conjugation pili).