Mercury as a Global Contaminant Bioaccumula)on ¡ ¡into ¡humans ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Current Methods to Remove Mercury ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Precipita)on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Adsorp)on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Membrane ¡Filtra)on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ C ¡ C ¡ C ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Hg ¡ Method ¡ Sensi,ve ¡to ¡Other ¡ Remediates ¡all ¡Major ¡ Results ¡in ¡ Poten,al ¡Toxic ¡ Cost ¡ Contaminants ¡ Species ¡of ¡Hg ¡ Potable ¡Water ¡ Byproducts ¡ ¡ Precipita)on ¡ ✔ ¡ ✖ ¡ ✖ ¡ ✔ ¡ $$ ¡ Adsorp)on ¡ ✔ ¡ ✖ ¡ ✖ ¡ ✖ ¡ $ ¡ Membrane ¡Filtra)on ¡ ✔✔ ¡ ✔ ¡ ✔ ¡ ✔ ¡ $$$ ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
The Biological System P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ Hg 0 ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Function of the mer Operon Hg 2+ ¡ Hg 2+ ¡ Hg 0 ¡ Hg 2+ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Maintaining Metabolic Activity P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Bacteria ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Bacteria ¡in ¡ ¡ Adjusts ¡pH ¡to ¡7 ¡ ¡ SNP ¡Sol ¡ Bacteria ¡ Mix ¡With ¡SNP ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Bacteria ¡in ¡ ¡ TMOS ¡ Adjusts ¡pH ¡to ¡7 ¡ ¡ SNP ¡Sol ¡ Hydrolysis ¡ Bacteria ¡ Mix ¡With ¡SNP ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Stable ¡ Bacteria ¡in ¡ ¡ TMOS ¡ Adjusts ¡pH ¡to ¡7 ¡ ¡ Crosslinker ¡ SNP ¡Sol ¡ Hydrolysis ¡ Bacteria ¡ Mix ¡With ¡SNP ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Encapsulated ¡ Stable ¡ Bacteria ¡ Bacteria ¡in ¡ ¡ TMOS ¡ Adjusts ¡pH ¡to ¡7 ¡ ¡ Crosslinker ¡ SNP ¡Sol ¡ Hydrolysis ¡ Cross ¡Linking ¡ Cross ¡Linking ¡ Bacteria ¡ Mix ¡With ¡SNP ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction Silica ¡Nanopar)cle ¡ ¡ Solu)on ¡ Encapsulated ¡ Stable ¡ Bacteria ¡ Bacteria ¡in ¡ ¡ TMOS ¡ Adjusts ¡pH ¡to ¡7 ¡ ¡ Crosslinker ¡ SNP ¡Sol ¡ Hydrolysis ¡ Cross ¡Linking ¡ Cross ¡Linking ¡ Bacteria ¡ Mix ¡With ¡SNP ¡ Evalua)on ¡ ¡ P ROBLEM ¡ S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH
Utilizing Original UMN Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
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Utilizing Original UMN Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Utilizing Original UMN Silica Sol-Tek Technology to Maximize Metal Reduction S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
mer Operon Zone of Inhibition Testing – HgCl 2 pDU1358 pBBRBB:: mer pBBRBB:: mer pBBRBB:: gfp (no Hg) (Vector control) S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
mer Operon Zone of Inhibition Testing – HgCl 2 S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Cells Containing mer Operon Reduce Methylmercury S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Cells Containing mer Operon Reduce Methylmercury S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Biochemical Network Model Biochemical Network Volatile Methyl Mercury Mercury MerB ¡ MerA ¡ MerA ¡ MerB ¡ MerB ¡ MerA ¡ Methyl Ionic Volatile Mercury Mercury Mercury S YSTEM S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Testable ¡Hypothesis : ¡MerA ¡is ¡rate-‑limi)ng ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
User-friendly, Scalable Device FUNCTIONAL ¡ Water ¡is ¡pumped ¡through ¡tubing ¡packed ¡with ¡ • encapsulated ¡bacteria ¡ ¡ Mercury ¡species ¡are ¡converted ¡to ¡Hg 0 ¡ • Hg 0 ¡is ¡adsorbed ¡onto ¡ac)vated ¡carbon ¡filter ¡ • FUNCTIONAL ¡ ADAPTABLE ¡ SCALABLE ¡ INFORMED ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
User-friendly, Scalable Device SCALABLE ¡ Up: ¡800 ¡L ¡reactor ¡can ¡remediate ¡1 ¡mg/L ¡of ¡ ¡ ¡ • CH 3 Hg + ¡at ¡flow ¡rates ¡> ¡100 ¡L/hr ¡ • No ¡large ¡pressure ¡drops ¡or ¡fric)onal ¡losses ¡ ¡ ¡ ¡ across ¡column ¡ Capacity ¡limited ¡only ¡by ¡life)me ¡of ¡bacteria ¡ • Down: ¡feasible ¡on ¡the ¡scale ¡of ¡domes)c ¡ ¡ • water ¡soXener ¡filters ¡ FUNCTIONAL ¡ ADAPTABLE ¡ SCALABLE ¡ INFORMED ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
User-friendly, Scalable Device INFORMED ¡ • Deployed ¡a ¡Likert ¡scale ¡survey ¡of ¡five ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ques)ons ¡to ¡assess ¡public ¡percep)on ¡ Added ¡extensive ¡mechanical ¡barriers ¡to ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ • prevent ¡leakage ¡ • Tested ¡leakage ¡from ¡cell ¡encapsulates ¡and ¡ designed ¡two ¡kill ¡switches ¡ FUNCTIONAL ¡ ADAPTABLE ¡ SCALABLE ¡ INFORMED ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Reducing More Heavy Metals E ¡ X ¡ S ¡ P ¡ phsA ¡ RBS ¡ phsB ¡ phsC ¡ Mod ¡lac p ¡ • Improved ¡Yale ¡2010 ¡Part ¡(Bba_K393000) ¡by ¡adding ¡a ¡modified ¡lac ¡promoter ¡ • The ¡operon ¡no ¡longer ¡requires ¡IPTG ¡induc)on, ¡allowing ¡prac)cal ¡environmental ¡use ¡ • Improved ¡characteriza)on ¡by ¡tes)ng ¡it ¡with ¡cadmium ¡and ¡iron ¡ ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Function of PhsABC – Thiosulfate Reductase S 2 O 3 2-‑ ¡ ¡+ ¡ ¡2 ¡H + ¡ Adapted ¡from ¡L. ¡Stoffels ¡et ¡al ¡(2011). ¡ ¡ Journal ¡of ¡Bacteriology ¡ ¡ PhsA ¡ FeS ¡ Mo ¡ FeS ¡ HS -‑ ¡ ¡+ ¡ ¡HSO 3 -‑ ¡ PhsB ¡ FeS ¡ FeS ¡ FeS ¡ MKH 2 ¡ b ¡ PhsC ¡ MK ¡ b ¡ 2 ¡H + ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Monitoring PhsABC Activity Using Cline’s Assay S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
Visualizing Metal Precipitation From H 2 S Precipita)on ¡of ¡Cadmium ¡as ¡CdS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡pBBRBB:: phsABC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡pBBRBB:: gfp ¡ S YSTEM M ODELING D EVICE B IOPRECIPITATION O UTREACH O VERVIEW ¡
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