Morphogenesis in molecular systems
DNA nanotechnology, Molecular programming, Morphogenetic matter

We present here the work we pursue in the Laboratoire Jean Perrin (CNRS - UPMC) ie. developing an "artificial morphogenesis" through DNA-based molecular programming. We join the lab in March 2015. Previously we were working in the Laboratoire de Photonique et de Nanostructures.


Symbiosis

News

  • We are looking for motivated students to join our group for an internship (M1/M2). Possibility to pursue a PhD, see below.
  • Nov. 2018. A new post doc in the lab : Shunichi KASHIDA. Welcome.
  • April 2018. Publication in ACS Synthetic Biology
  • Feb. 2018 Marc, post doc in the group, received funding from a Marie Sklodowska-Curie grant. Congratulations !
  • December 2017. Good news: André just got an ERC consolidator grant entitled 'Metabolic soft matter with life-like porperties'. It will start in june 2018.
  • Nov. 2017 Georg, post doc in the group, received funding from DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft). Congratulations !
  • August 2017. A new post doc in the lab : Marc Van Der Hofstadt. Welcome.
  • May 2017. Publication in Nature Chemistry
  • March 2017. A new post doc in the lab : Georg Urtel. Welcome.
  • Jan. 2017. Publication in Nature Nanotechnology
  • Sept 2016. Adrian is now a Doctor... Congratulations!
  • Masters and undergradate internships are always available. Please, contact us.

PhD position available

    Titre / title: Matière active moléculaire programmable / Programmable active matter
    Lieu / location: Laboratoire Jean Perrin, Sorbonne Université, 75005 Paris
    Directeur de thèse / supervisor: André Estevez-Torres (andre.estevez-torres@upmc.fr)
    Co-encadrant: / co-supervisor: Jean-Christophe Galas (Jean-Christophe.Galas@upmc.fr)
    Profil/e: Physicien/ne, chimiste, biochimiste, ingénieur intéressé/e par le sujet
    Financement / funding: ERC Mesomat
    Date de début / starting date: 2019.

    Notre groupe de recherche s'intéresse aux mécanismes moléculaires responsables de la génération d'ordre dans le vivant. Avec un double but: comprendre l'émergence de l'ordre moléculaire et l'utiliser pour mettre au point des matériaux novateurs inspirés du vivant. Pour ce faire nous étudions des programmes moléculaires dissipatifs qui s'auto-organisent dans l'espace et dans le temps. Ces programmes moléculaires synthétiques sont mis au point au laboratoire à l'aide d'une biochimie hautement programmable composée d'acides nucléiques et d'enzymes.

    Comment se fait-il qu'un organisme constitué de molécules de taille nanométrique s'organise en une structure de taille millimétrique, comme c'est le cas pour un embryon ? Est-ce que l'on peut s'inspirer du développement de l'embryon pour concevoir des matériaux artificiels qui se construisent eux mêmes? Afin d'étudier ces question nous utilisons une approche bottom up qui consiste à mettre au point des programmes moléculaires dissipatifs reproduisant deux types mécanismes responsables de la génération d'ordre dans le vivant. Des mécanismes de type réaction-diffusion qui génèrent de structures spatiales de concentration, telles des ondes chimiques (Zadorin et al, Phys Rev Lett, 2015), ou encore des générateurs de bandes (Zadorin et al, Nature chem, 2017). Et des mécanismes de type matière active qui génèrent des forces localement et donc des structures spatiales d'écoulements.

    L'objectif de la thèse est de coupler ces deux grands types de mécanismes dans un système modèle à base d'ADN, de filaments protéiques et de moteurs moléculaires (myosine/actine ou kinésine/microtubules). La question qu'on se pose est, que se passe-t-il quand on couple la matière active à la réaction-diffusion? Quels types de structures apparaissent? Peut-on utiliser ce système pour comprendre le couplage chemo-mechanique et mechano-chimique en biologie?

    Il s'agit d'un projet expérimental combinant biochimie des acides nucléiques et des protéines du cytosquelette, cinétique chimique, microscopie de fluorescence, analyse d'images, modélisation et qui est inspiré par la théorie des systèmes de réaction-diffusion et de la matière active. C'est aussi un projet inter-disciplinaire, à l'interface entre la biophysique, la biologie synthétique, la chimie des systèmes, la matière molle et la programmation moléculaire à base d'ADN.

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    We are interested in the emergence of order in molecular systems with a double objective: understanding them and using them to create novel life-like materials. To do so we investigate dissipative molecular programmes that self-organize in space and time. These programmes rely on highly-programmable biochemical reactions combining nucleic acids and enzymes.

    How is it possible that an organism composed of nanometer-sized molecules self-organizes into a millimiter-scale structure, as it happens for the embryo? Can we emulate embryo development to design artificial materials that build themselves? To tackle these questions we use a bottom up approach where we set up dissipative molecular programmes reproducing two prototypical order-generating mechanisms in living systems. On the one hand, reaction-diffusion mechanisms that generate concentration spatial structures, such as chemical waves (Zadorin et al, Phys Rev Lett, 2015) and band generators (Zadorin et al, Nature chem, 2017). On the other hand, active matter mechanisms that locally generate forces and induce flow spatial structures.

    The objective of the PhD project is to couple these two prototypical mechanisms in a model system based on DNA, protein filaments and molecular motors (myosin/actine or kinesin/microtubules). The questions that we would like to ask are: what happens we we couple reaction-diffusion and active matter? What kind of structures will appear? Can we use such a system to understand chemo-mechanical and mechano-chemical transduction in biology? And to build artificial materials?

    This is an experimental project gathering a variety of techniques such as the biochemistry of nucleic acids and cytoskeleton protein, chemical kinetics, fluorescence microscopie, image analysis, modeling, and inspired by the theory of reaction-diffusion and active matter systems. It is also a multi-disciplinary project at the interface between biophysics, synthetic biology, systems chemistry, soft matter and DNA molecular programming.