Blue Valley CAPS Research Graham Wehmeyer, Jonathan - - PowerPoint PPT Presentation
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Blue Valley CAPS Research Graham Wehmeyer, Jonathan Hermanson, Tim Schaefer, and Ryan Mclean Tim Schaefer Hoping to aBend Johns Hopkins to study
Tim ¡Schaefer ¡
- Hoping ¡to ¡aBend ¡Johns ¡Hopkins ¡to ¡study ¡girls ¡
- Greater ¡Kansas ¡City ¡Area ¡Brainbee ¡Champion ¡
- ¡Also ¡Applying ¡for ¡dream ¡school: ¡WestPoint ¡
Graham ¡Wehmeyer ¡
- Majoring ¡in ¡Microbiology ¡at ¡University ¡of ¡
Kansas ¡
- Internship ¡at ¡Dr. ¡Susan ¡Egan’s ¡lab ¡at ¡KU ¡
Jono ¡Hermanson ¡
- Majoring ¡in ¡Biological ¡Chemistry ¡at ¡Tulane ¡
University ¡ ¡
- Just ¡call ¡me ¡James ¡Bond ¡
Ryan ¡McLean ¡
- Majoring ¡in ¡Pharmacy ¡at ¡the ¡University ¡of ¡
Kansas ¡
- Mr. ¡Clean ¡
AusPn ¡RoQnghaus, ¡Brandon ¡ Whitcomb ¡
- AusPn ¡is ¡going ¡to ¡the ¡University ¡of ¡Wisconsin ¡
- Brandon ¡is ¡going ¡to ¡Witchita ¡State ¡University ¡
Contents ¡
- The ¡Problem ¡
- The ¡SoluPon: ¡Arom-‑O’-‑Clock ¡
- Lab ¡Work ¡and ¡Results ¡
- Outreach ¡and ¡Awareness ¡
THE ¡PROBLEM ¡
¡Sleep ¡DeprivaPon ¡
- Insomnia ¡
- Trouble ¡falling ¡asleep ¡
Aromocology ¡
FighPng ¡The ¡Insomnia ¡Dragon ¡
Day/Night ¡Scents ¡
Night ¡Mode ¡
Day ¡Mode ¡
Banana ¡Plasmid ¡
- OmpC ¡ Promoter ¡ (BBa_R0082) ¡ – ¡ acPvates ¡
transcripPon ¡when ¡high ¡amounts ¡of ¡OmpR-‑P ¡
- Banana ¡Odor ¡Generator ¡(ATF1) ¡(BBa_J45199) ¡
- ‑ ¡The ¡banana ¡smell ¡generator ¡contains ¡an ¡RBS, ¡
the ¡ coding ¡ region ¡ for ¡ the ¡ yeast ¡ alcohol ¡ acetyltransferase ¡(ATF1) ¡,and ¡two ¡terminators. ¡ ATF1 ¡catalyzes ¡producPon ¡of ¡isoamyl ¡acetate, ¡ which ¡ has ¡ a ¡ banana ¡ smell, ¡ from ¡ isoamyl ¡
- alcohol. ¡
Mint ¡Plasmid ¡
- OmpF ¡ Promoter ¡ (BBa_K116500) ¡ -‑ ¡ A ¡ promoter ¡ for ¡ the ¡ mint ¡ gene ¡ sequence. ¡ It ¡ is ¡
acPvated ¡in ¡the ¡day ¡when ¡low ¡amounts ¡of ¡OmpR-‑P ¡are ¡present. ¡
- Ribosome ¡Binding ¡Site ¡(RBS) ¡(BBa_B0030) ¡-‑ ¡A ¡ribosome ¡binding ¡site ¡that ¡will ¡be ¡
aBached ¡to ¡the ¡mint ¡odor ¡generator. ¡
- Mint ¡ Odor ¡ Generator ¡ (BSMT1) ¡ (BBa_J45004)-‑ ¡ Contains ¡ the ¡ coding ¡ sequence ¡ for ¡
SAM ¡ benzoic ¡ acid/salicylic ¡ acid ¡ carboxyl ¡ methyltransferase ¡ I ¡ (BSMT1). ¡ This ¡ gene ¡ was ¡isolated ¡from ¡petunia ¡and ¡snapdragon ¡plants. ¡BSMT1 ¡catalyzes ¡the ¡conversion ¡
- f ¡benzoic ¡acid ¡to ¡methyl ¡benzoate, ¡which ¡has ¡a ¡floral ¡smell, ¡and ¡salicylic ¡acid ¡to ¡
methyl ¡salicylate, ¡which ¡has ¡a ¡wintergreen ¡smell. ¡
- Terminator ¡1 ¡(BBa_B0010)-‑ ¡the ¡first ¡of ¡the ¡two ¡terminators ¡we ¡are ¡aBaching ¡to ¡the ¡
mint ¡odor ¡gene, ¡ends ¡transcripPon. ¡
- Terminator ¡2 ¡(BBa_B0012)-‑ ¡the ¡last ¡of ¡the ¡terminators ¡we ¡are ¡aBaching ¡to ¡the ¡mint ¡
gene, ¡ends ¡transcripPon. ¡
- Light ¡Sensor ¡Protein ¡Complex ¡or ¡Cph8 ¡(BBa_I15010) ¡-‑ ¡contains ¡coding ¡region ¡for ¡
the ¡light ¡sensor ¡Cph1 ¡and ¡the ¡enzyme ¡EnvZ. ¡This ¡part ¡was ¡taken ¡from ¡a ¡UT ¡previous ¡ iGEM ¡ project. ¡ ¡ If ¡ a ¡ photon ¡ hits ¡ the ¡ light ¡ sensor ¡ Cph1 ¡ it ¡ will ¡ then ¡ inhibit ¡ EnvZ, ¡ stopping ¡phosphorylaPon ¡of ¡OmpR. ¡
LAB ¡WORK ¡AND ¡RESULTS ¡
TransformaPon ¡
We ¡used ¡New ¡England ¡Biolab's ¡High ¡Efficiency ¡TrasformaPon ¡protocol ¡to ¡transform ¡the ¡ OmpC ¡promoter, ¡the ¡banana ¡odor ¡generator, ¡and ¡the ¡mint ¡odor ¡generator. ¡
- 1. ¡Thaw ¡a ¡tube ¡of ¡NEB ¡5-‑alpha ¡Competent ¡E. ¡coli ¡cells ¡on ¡ice ¡unPl ¡the ¡last ¡ice ¡crystals ¡
- disappear. ¡Mix ¡gently ¡and ¡carefully ¡pipeBe ¡50 ¡µl ¡of ¡cells ¡into ¡a ¡transformaPon ¡tube ¡on ¡
- ice. ¡
- 2. ¡Add ¡1-‑5 ¡µl ¡containing ¡1 ¡pg-‑100 ¡ng ¡of ¡plasmid ¡DNA ¡to ¡the ¡cell ¡mixture. ¡Carefully ¡flick ¡
the ¡tube ¡4-‑5 ¡Pmes ¡to ¡mix ¡cells ¡and ¡DNA. ¡Do ¡not ¡vortex. ¡
- 3. ¡Place ¡the ¡mixture ¡on ¡ice ¡for ¡30 ¡minutes. ¡Do ¡not ¡mix. ¡
- 4. ¡Heat ¡shock ¡at ¡exactly ¡42°C ¡for ¡exactly ¡30 ¡seconds. ¡Do ¡not ¡mix. ¡
- 5. ¡Place ¡on ¡ice ¡for ¡5 ¡minutes. ¡Do ¡not ¡mix. ¡
- 6. ¡PipeBe ¡950 ¡µl ¡of ¡room ¡temperature ¡SOC ¡into ¡the ¡mixture. ¡
- 7. ¡Place ¡at ¡37°C ¡for ¡60 ¡minutes. ¡Shake ¡vigorously ¡(250 ¡rpm) ¡or ¡rotate. ¡
- 8. ¡Warm ¡selecPon ¡plates ¡to ¡37°C. ¡
- 9. ¡Mix ¡the ¡cells ¡thoroughly ¡by ¡flicking ¡the ¡tube ¡and ¡inverPng, ¡then ¡perform ¡several ¡10-‑
fold ¡serial ¡diluPons ¡in ¡SOC. ¡
- 10. ¡Spread ¡50-‑100 ¡µl ¡of ¡each ¡diluPon ¡onto ¡a ¡selecPon ¡plate ¡and ¡incubate ¡overnight ¡at ¡
37°C. ¡AlternaPvely, ¡incubate ¡at ¡30°C ¡for ¡24-‑36 ¡hours ¡or ¡25°C ¡for ¡48 ¡hours. ¡
OmpC ¡Promoter ¡
Banana ¡Odor ¡Generator ¡
Mint ¡Odor ¡Generator ¡
Plasmid ¡PurificaPon ¡
We ¡used ¡the ¡Aurum ¡Plasmid ¡Mini ¡Kit, ¡with ¡the ¡spin ¡method, ¡for ¡plasmid ¡isolaPon ¡and ¡purificaPon. ¡
- 1. ¡Transfer ¡up ¡to ¡12 ¡OD•ml ¡of ¡plasmid-‑containing ¡bacterial ¡host ¡to ¡a ¡1.5–2.0 ¡ml ¡capped ¡microcentrifuge ¡tube ¡
(not ¡provided). ¡Pellet ¡the ¡cells ¡by ¡centrifugaPon ¡for ¡1 ¡min. ¡Remove ¡all ¡supernatant ¡by ¡decanPng ¡or ¡pipeQng. ¡
- 2. ¡Add ¡250 ¡μl ¡of ¡resuspension ¡soluPon ¡and ¡vortex ¡or ¡pipet ¡up ¡and ¡down ¡unPl ¡the ¡cell ¡pellet ¡is ¡completely ¡
- resuspended. ¡
- 3. ¡Add ¡250 ¡μl ¡of ¡lysis ¡soluPon ¡and ¡mix ¡by ¡inverPng ¡the ¡capped ¡tube ¡briskly ¡6–8 ¡Pmes. ¡DO ¡NOT ¡VORTEX ¡OR ¡
- SHAKE. ¡The ¡soluPon ¡should ¡become ¡viscous ¡and ¡slightly ¡clear. ¡Note: ¡The ¡neutralizaPon ¡soluPon ¡should ¡be ¡
added ¡within ¡5 ¡min ¡aser ¡lysis. ¡
- 4. ¡Add ¡350 ¡μl ¡of ¡neutralizaPon ¡soluPon ¡and ¡mix ¡by ¡inverPng ¡the ¡capped ¡tube ¡briskly ¡6–8 ¡Pmes. ¡DO ¡NOT ¡
VORTEX ¡OR ¡SHAKE. ¡A ¡visible ¡precipitate ¡should ¡form. ¡
- 5. ¡Centrifuge ¡the ¡neutralized ¡lysate ¡for ¡5 ¡min. ¡A ¡compact ¡white ¡debris ¡pellet ¡will ¡form ¡along ¡the ¡side ¡or ¡at ¡the ¡
boBom ¡of ¡the ¡tube. ¡The ¡supernatant ¡or ¡cleared ¡lysate ¡contains ¡the ¡plasmid ¡DNA. ¡
- 6. ¡While ¡centrifuging ¡the ¡lysate, ¡insert ¡a ¡plasmid ¡mini ¡column ¡into ¡a ¡2 ¡ml ¡capless ¡wash ¡tube ¡(provided). ¡
- 7. ¡By ¡decanPng ¡or ¡pipeQng, ¡transfer ¡the ¡cleared ¡lysate ¡from ¡step ¡5 ¡to ¡the ¡plasmid ¡mini ¡column. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡
- min. ¡
- 8. ¡The ¡wash ¡soluPon ¡is ¡supplied ¡as ¡a ¡5x ¡concentrate. ¡Add ¡4 ¡volumes ¡(100 ¡ml) ¡of ¡95–100% ¡ethanol ¡or ¡reagent-‑
grade ¡(denatured) ¡ethanol ¡before ¡iniPal ¡use. ¡
- 9. ¡Remove ¡the ¡plasmid ¡mini ¡column ¡from ¡the ¡wash ¡tube. ¡Discard ¡the ¡filtrate ¡from ¡the ¡tube, ¡and ¡replace ¡the ¡
column ¡into ¡the ¡same ¡wash ¡tube. ¡Add ¡750 ¡μl ¡of ¡wash ¡soluPon ¡and ¡centrifuge ¡for ¡1 ¡min. ¡
- 10. ¡Discard ¡the ¡wash ¡soluPon ¡from ¡the ¡tube, ¡and ¡replace ¡the ¡column ¡into ¡the ¡same ¡wash ¡tube. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡
addiPonal ¡minute ¡to ¡remove ¡residual ¡wash ¡soluPon. ¡
- 11. ¡Transfer ¡the ¡plasmid ¡mini ¡column ¡to ¡a ¡1.5–2.0 ¡ml ¡capped ¡microcentrifuge ¡tube ¡(not ¡provided). ¡Add ¡50 ¡μl ¡of ¡
eluPon ¡soluPon ¡onto ¡the ¡membrane ¡stack ¡at ¡the ¡base ¡of ¡the ¡column ¡and ¡allow ¡1 ¡min ¡for ¡the ¡soluPon ¡to ¡ saturate ¡the ¡membranes. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡min ¡to ¡elute ¡the ¡plasmid. ¡
- 12. ¡Discard ¡the ¡mini ¡column ¡and ¡store ¡the ¡eluted ¡DNA ¡at ¡4ºC. ¡
QuanPficaPon ¡of ¡DNA ¡
- Used ¡Spectrophotometer ¡
- OmpC: ¡20 ¡ng/ul, ¡25 ¡ng/ul ¡
- Banana: ¡43 ¡ng/ul, ¡20 ¡ng/ul ¡
RestricPon ¡DigesPon ¡
- We ¡did ¡restricPon ¡digests ¡on ¡OmpC ¡and ¡
Banana ¡Odor ¡Generator. ¡
- We ¡set ¡up ¡our ¡restricPon ¡digesPons ¡as ¡
suggested ¡by ¡New ¡England ¡Biolabs. ¡We ¡ incubated ¡the ¡reacPons ¡at ¡37°C ¡for ¡30 ¡minutes ¡ and ¡then ¡heat ¡inacPvated ¡for ¡20 ¡minutes ¡at ¡ 80°C. ¡
RestricPon ¡Digest ¡ReacPons ¡
OmpC ¡
- 25 ¡ul ¡Purified ¡Plasmid ¡(500 ¡
ng) ¡
- 1 ¡ul ¡SpeI ¡RestricPon ¡Enzyme ¡
- 1 ¡ul ¡PstI ¡RestricPon ¡Enzyme ¡
- 5 ¡ul ¡10X ¡NEB ¡Buffer ¡2 ¡
- .5 ¡ul ¡100X ¡BSA ¡
- 17.5 ¡ul ¡H20 ¡
- Total: ¡50 ¡ul ¡
Banana ¡
- 11.4 ¡ul ¡Purified ¡Plasmid ¡
(500 ¡ng) ¡
- 1 ¡ul ¡Xbal ¡RestricPon ¡Enzyme ¡
- 1 ¡ul ¡PstI ¡RestricPon ¡Enzyme ¡
- 5 ¡ul ¡10X ¡NEB ¡Buffer ¡3 ¡
- .5 ¡ul ¡100X ¡BSA ¡
- 31.1 ¡ul ¡H20 ¡
- Total: ¡50 ¡ul ¡
Gel ¡ExtracPon ¡
Gel ¡ExtracKon/Fragment ¡PurificaKon ¡ We ¡used ¡the ¡Sigma ¡GenElute™ ¡Gel ¡DNA ¡ExtracPon ¡Kit ¡to ¡elute ¡the ¡digested ¡DNA ¡out ¡of ¡the ¡gel. ¡Procedure ¡A. ¡Spin ¡Procedure ¡for ¡Agarose ¡Gels ¡ All ¡centrifugaPons ¡(spins) ¡are ¡performed ¡at ¡12,000 ¡to ¡16,000 ¡x ¡g ¡(See ¡Appendix ¡I ¡to ¡convert ¡g-‑force ¡to ¡rpm). ¡
- 1a. ¡Excise ¡band. ¡Excise ¡the ¡DNA ¡fragment ¡of ¡interest ¡from ¡the ¡agarose ¡gel ¡with ¡a ¡clean, ¡sharp ¡scalpel ¡or ¡razor ¡blade. ¡Trim ¡away ¡excess ¡gel ¡to ¡
minimize ¡the ¡amount ¡of ¡agarose. ¡
- 2a. ¡Weigh ¡gel. ¡Weigh ¡the ¡gel ¡slice ¡in ¡a ¡tared ¡colorless ¡tube. ¡
- 3a. ¡Solubilize ¡gel. ¡Add ¡3 ¡gel ¡volumes ¡of ¡the ¡Gel ¡SolubilizaPon ¡SoluPon ¡to ¡the ¡gel ¡slice. ¡In ¡other ¡words, ¡for ¡every ¡100 ¡mg ¡of ¡agarose ¡gel, ¡add ¡300 ¡
µL ¡of ¡Gel ¡SolubilizaPon ¡SoluPon. ¡Incubate ¡the ¡gel ¡mixture ¡at ¡50-‑60 ¡°C ¡for ¡10 ¡minutes, ¡or ¡unPl ¡the ¡gel ¡slice ¡is ¡completely ¡dissolved. ¡Vortex ¡ briefly ¡every ¡2-‑3 ¡minutes ¡during ¡incubaPon ¡to ¡help ¡dissolve ¡the ¡gel. ¡ ¡
- 4a. ¡Prepare ¡binding ¡column. ¡Place ¡the ¡GenElute ¡Binding ¡Column ¡G ¡into ¡one ¡of ¡the ¡provided ¡2 ¡ml ¡collecPon ¡tubes. ¡Add ¡500 ¡µL ¡of ¡the ¡Column ¡
PreparaPon ¡SoluPon ¡to ¡each ¡binding ¡column. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡minute. ¡Discard ¡flowthrough ¡liquid. ¡
- 5a. ¡Check ¡the ¡color ¡of ¡the ¡mixture. ¡Once ¡the ¡gel ¡slice ¡is ¡completely ¡dissolved ¡(step ¡3a) ¡make ¡sure ¡the ¡color ¡of ¡the ¡mixture ¡is ¡yellow ¡(similar ¡to ¡
fresh ¡Gel ¡SolubilizaPon ¡SoluPon ¡with ¡no ¡gel ¡slice) ¡prior ¡to ¡proceeding ¡to ¡the ¡following ¡step. ¡ ¡
- 6a. ¡Add ¡isopropanol. ¡Add ¡1 ¡gel ¡volume ¡of ¡100% ¡isopropanol ¡and ¡mix ¡unPl ¡homogenous. ¡For ¡a ¡gel ¡with ¡an ¡agarose ¡concentraPon ¡greater ¡than ¡
2%, ¡use ¡2 ¡gel ¡volumes ¡of ¡100% ¡isopropanol. ¡
- 7a. ¡Bind ¡DNA. ¡Load ¡the ¡solubilized ¡gel ¡soluPon ¡mixture ¡from ¡step ¡6a ¡into ¡the ¡binding ¡column ¡that ¡is ¡assembled ¡in ¡a ¡2 ¡ml ¡collecPon ¡tube. ¡It ¡is ¡
normal ¡to ¡see ¡an ¡occasional ¡color ¡change ¡from ¡yellow ¡to ¡red ¡once ¡the ¡sample ¡is ¡applied ¡to ¡the ¡binding ¡column. ¡If ¡the ¡volume ¡of ¡the ¡gel ¡ mixture ¡is ¡>700 ¡µL, ¡load ¡the ¡sample ¡onto ¡the ¡column ¡in ¡700 ¡µL ¡porPons. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡minute ¡aser ¡loading ¡the ¡column ¡each ¡Pme. ¡Discard ¡ the ¡flowthrough ¡liquid. ¡ ¡
- 8a. ¡Wash ¡column. ¡Add ¡700 ¡µL ¡of ¡Wash ¡SoluPon ¡(diluted ¡from ¡Wash ¡SoluPon ¡Concentrate ¡G ¡as ¡described ¡under ¡PreparaPon ¡InstrucPons) ¡to ¡
the ¡binding ¡column. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡minute. ¡Remove ¡the ¡binding ¡column ¡from ¡the ¡collecPon ¡tube ¡and ¡discard ¡the ¡flow-‑through ¡liquid. ¡Place ¡ the ¡binding ¡column ¡back ¡into ¡the ¡collecPon ¡tube ¡and ¡centrifuge ¡again ¡for ¡1 ¡minute ¡without ¡any ¡addiPonal ¡wash ¡soluPon ¡to ¡remove ¡excess ¡
- ethanol. ¡ ¡
- 9a. ¡Elute ¡DNA. ¡Transfer ¡the ¡binding ¡column ¡to ¡a ¡fresh ¡collecPon ¡tube. ¡Add ¡50 ¡µL ¡of ¡EluPon ¡SoluPon ¡to ¡the ¡center ¡of ¡the ¡membrane ¡and ¡
incubate ¡for ¡1 ¡minute. ¡Centrifuge ¡for ¡1 ¡minute. ¡ ¡
Future ¡Uses ¡
CAPS ¡engineering ¡partnership ¡ Arom-‑O’Clock ¡put ¡into ¡acPon ¡ Sell ¡product ¡ Good-‑bye ¡sleep ¡problems ¡ More ¡aromaology ¡ApplicaPons ¡(Alzheimer's) ¡
CAPS ¡Engineering ¡Partnership ¡
Arom-‑O’Clock ¡Put ¡Into ¡AcPon ¡
Sell ¡Product ¡
Good-‑bye ¡Sleep ¡Problems ¡
HUMAN ¡PRACTICES ¡
Our ¡IntroducPon ¡to ¡SynthePc ¡Biology ¡
- CAPS ¡Bioscience ¡Classes ¡
- Dr. ¡Todd ¡Eckdahl’s ¡synthePc ¡biology ¡workshop ¡
at ¡Missouri ¡Western ¡University ¡
Middle ¡School ¡Camps ¡
- CAPS ¡Bioscience ¡Camp ¡-‑25 ¡middle ¡schoolers ¡
- KSU ¡ Engineering ¡ Camp ¡ where ¡ 24 ¡ ninth ¡
graders ¡completed ¡the ¡3A ¡ ¡Assembly ¡Kit. ¡
- KSU ¡Engineering ¡Workshop ¡where ¡15 ¡middle ¡
and ¡ high ¡ school ¡ biology ¡ instructors ¡ completed ¡ a ¡ 3A ¡ ¡ Assembly ¡ paper ¡ acPvity ¡ created ¡by ¡the ¡CAPS ¡Bioscience ¡instructors. ¡
Middle ¡School ¡Camp ¡
Elementary ¡School ¡Outreach ¡
- CoBonwood ¡Point ¡Elementary ¡School ¡Science ¡
- utreach ¡where ¡40 ¡second ¡graders ¡were ¡
introduce ¡to ¡DNA ¡ ¡and ¡forensics. ¡
Safety ¡
- The ¡CAPS ¡Bioscience ¡Research ¡Team ¡made ¡
sasey ¡a ¡number ¡one ¡priority ¡throughout ¡
- experimentaPon. ¡We ¡followed ¡all ¡general ¡
sasey ¡rules ¡outlined ¡in ¡the ¡manual ¡below, ¡and ¡ took ¡extra ¡precauPon ¡when ¡dealing ¡with ¡ potenPally ¡hazardous ¡materials. ¡Lab ¡coats, ¡ protecPve ¡eyeware, ¡and ¡gloves ¡were ¡worn ¡at ¡ all ¡Pmes ¡while ¡in ¡the ¡lab, ¡and ¡general ¡sasey ¡ awareness ¡was ¡promoted ¡by ¡all ¡members ¡of ¡ the ¡team. ¡
Acknowledgements ¡
- We ¡would ¡like ¡to ¡thank, ¡first ¡and ¡foremost, ¡our ¡
advisors/teachers: ¡Mr. ¡Joe ¡Whalen ¡and ¡Mrs. ¡ Eric ¡Kessler ¡
- Special ¡thanks ¡to ¡Natalie ¡Kuldell ¡at ¡BioBuilder, ¡
Todd ¡Eckdahl ¡at ¡Missouri ¡Western, ¡and ¡Alyssa ¡ Henning ¡at ¡Ginkgo ¡Bioworks. ¡
Lessons ¡Learned ¡
- InnovaPon ¡
- Give-‑and-‑Take ¡
- Entertainment ¡
- Moving ¡Forward ¡