SLIDESHOW Building with light iGEM Team 2015 TU Darmstadt - - PowerPoint PPT Presentation

SLIDESHOW ¡

Charming ¡Carmen ¡ Backup ¡Bas1 ¡ Tanky ¡Thomas ¡ Powered ¡by ¡

Building with light

iGEM Team 2015 TU Darmstadt Building with light opens up a spectrum of possibilities ¡ ¡ ¡

¡

The Problem

Problems in critical and poor regions:

• Bad infrastructure
• Expensive materials
• No adjustment
• Long-term production

“There are an estimated 11.4 million hand amputees worldwide...”

3 ¡

Our Solution: SLA Printing

projector ¡ mirror ¡ basin ¡ stepper ¡ motor ¡

4 ¡

Our Solution: SLA Printing

5 ¡

Overview

6 ¡

Overview

Why?

• Stronger mechanical integrity

by SLA

• Avoiding expensive prosthesis
• Enhanced biocompatibility
• Gaining variability by

generation of a toolbox

7 ¡

Monomer Toolbox

Photoinduced ¡cross-­‑linker ¡ (Itaconic ¡acid) ¡ Spacer ¡ (Diol ¡/ ¡Dicarbonic ¡acid) ¡ Cross-­‑linker ¡ (Polyol) ¡

8 ¡

Xylan Degradation

XynA ¡

(WLC-­‑Milwaukee, ¡2013) ¡

Aes ¡

(ETH ¡Zürich, ¡2013) ¡

Ruxyn1 ¡

(HUST-­‑China, ¡2012) ¡

Side ¡chain ¡ Main ¡chain ¡ Side ¡chain ¡

9 ¡

In Vivo Metabolic Engineering

Best ¡Composite ¡Part: ¡

CO2 ¡

cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ cadA ¡

Expression ¡ Func1onality ¡ 10 ¡

In Vivo Metabolic Engineering

Best ¡Composite ¡Part: ¡ GC-­‑MS ¡results ¡ Posi1ve ¡Control ¡ Sample ¡ 11 ¡

Chemistry – Polyester Synthesis

Best ¡result ¡for ¡applica1on ¡

Itaconic ¡acid ¡

+ ¡

PEG-­‑200 ¡ Poly(PEG-­‑itaconate) ¡= ¡Pre-­‑polymer ¡ 12 ¡

Chemistry – Printing process

Radical ¡polymeriza1on ¡

Control ¡of ¡polymeriza1on ¡by ¡radical ¡quencher. ¡

Photoini1ator: ¡IRGACURE ¡819 ¡

Viscous ¡ Solid ¡

13 ¡

Chemistry - Simplification

Posi1ve ¡Feedback ¡Loop! ¡

Standard ¡protocol ¡

• Exclusion ¡of ¡air ¡
• With ¡argon ¡

Adjusted ¡protocol ¡

• Standard ¡

condiNons ¡

• No ¡argon ¡

14 ¡

Policy and Practices

Detailed ¡& ¡inova1ve ¡Policy ¡and ¡Prac1ce ¡approach! ¡

15 ¡

Policy and Practices

Experts ¡ Panel ¡discussion ¡ Open ¡Science ¡Collabora1ons ¡

(with ¡iGEM ¡Aachen ¡2015) ¡

16 ¡

Biosafety

Key ¡ Lock ¡ Toxin ¡release ¡ Expression ¡ RNA ¡Molecular ¡Dynamics ¡ Cell ¡Lysis ¡

17 ¡

Modeling – RNA structure prediction

In ¡vitro ¡(2D) ¡ Ar1ficial ¡neural ¡network ¡(ANN) ¡

• State ¡of ¡the ¡art ¡dynamic ¡programming ¡
• Database ¡knowledge ¡
• Extra: ¡Intermolecular ¡co-­‑folding ¡

In ¡silico ¡(1D) ¡ Computa1on ¡on ¡GPU ¡

18 ¡

Modeling – Riboswitch Prediction

Particle Swarm Algorithm → Trade off (Locking / Unlocking Abilities) URL: ¡hfp://rsdnerf.com/ ¡

19 ¡

Checklist

Monomer ¡Toolbox ¡ Pre-­‑polymer ¡ Policy ¡and ¡Prac1ce ¡

20 ¡

SLA Printing - Software

projector ¡ mirror ¡ stepper ¡ motor ¡

Slicing ¡ Controlling ¡ Available ¡open ¡source ¡on ¡GitHub! ¡

Raspberry ¡Pi ¡

21 ¡

SLA Printing - Hardware

22 ¡

Advantages

• Covalent binding
• Stronger mechanical integrity
• Seamless printing
• Printing progress
• Fast, cheap & reliable
• Costumize specific

22 ¡

Hardware

• PrinNng ¡with ¡own ¡resin ¡
• Adjustable ¡to ¡
• Purchased ¡resin ¡
• Our ¡own ¡resin ¡
• OpNmized ¡for ¡UV-­‑light ¡
• Acrylic ¡glass ¡case ¡protects ¡progress ¡

23 ¡

• Functional open source 3D printer
• Slicing and controlling software
• Photocurrable resin
• Online tool for riboswitch design
• Wetlab  58 BioBricks

Achievements

24 ¡

Expanded Policy and Practices approach

• Application scenario
• 4 techno-moral scenarios
• Positive feedback loops impacted project

Investigations in biodegradability

• Polyester degradation
• Our best basic part: Humicola insolens cutinase

Labsurfing - iGEM Networking → Be part of it: 4:00 pm room 201

More Achievements

25 ¡

Thank you!

• Prof. Dr. Katja Schmitz
• Prof. Dr. Kay Hamacher
• Prof. Dr. Wolf-Dieter Fessner
• Prof. Dr. Gerhard Thiel

Our experts:

• Prof. Dr. Stefan Jockenhövel
• Prof. Dr. Chichkov
• Dr. Philipp Urban
• Dr. Harald König
• Reinhard Heil
• Christoph Schneider

AG Warzecha

• Dr. Melanie Kern

Barbara Wolf Anne Einhäupl Karl Schuller

• Prof. Dr. Alfred Nordmann

Ana Maria Delgado Aleman Charlotte Kaspar

Poster ¡145 ¡

Acknowledgements

26 ¡

projector ¡ mirror ¡ basin ¡ stepper ¡ motor ¡

SLA Printing Process

Radical ¡ polymeriza1on ¡

Viscous ¡ Solid ¡

CO ¡

2 ¡

cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡(BBa_K1602003) ¡

• ­‑ cadA ¡gene ¡encoded ¡by ¡Aspergillus ¡terreus ¡
• ­‑ Molecular ¡weight: ¡52,8 ¡kDa ¡
• ­‑ pH-­‑OpNmum: ¡6,2 ¡
• ­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡37 ¡°C ¡

cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ cadA ¡

Itaconic Acid Production

Itaconic Acid Production

Posi1ve ¡control ¡ Biological ¡sample ¡

GC-­‑MS ¡

cis-aconitate decarboxylase (cadA)

CO ¡ ¡ ¡ ¡+ ¡ ¡H ¡ ¡O ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡H ¡ ¡CO ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

2 ¡

cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡

cis-­‑aconitate ¡ itaconic ¡acid ¡

2 ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡

• ­‑ pH ¡indicator: ¡bromothymol ¡blue ¡
• ­‑ AbsorpNon ¡maximum: ¡620 ¡nm ¡

aldose ¡reductase ¡ GRE3 ¡

aldose ¡reductase ¡(BBa_K1602004) ¡

• ­‑ GRE3 ¡gene ¡encoded ¡by ¡Saccharomyces ¡cerevisiae ¡
• ­‑ Molecular ¡weight: ¡37,1 ¡kDa ¡
• ­‑ NADPH ¡dependent ¡ ¡
• ­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡28 ¡°C ¡

NADPH ¡ NADP ¡ + ¡

Xylitol Production

aldose ¡reductase ¡ GRE3 ¡

aldose ¡reductase ¡(BBa_K1602004) ¡

• ­‑ GRE3 ¡gene ¡encoded ¡by ¡Saccharomyces ¡cerevisiae ¡
• ­‑ Molecular ¡weight: ¡37,1 ¡kDa ¡
• ­‑ NADPH ¡dependent ¡ ¡
• ­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡28 ¡°C ¡

NADPH ¡ NADP ¡ + ¡

Xylitol Production

NADPH ¡assay, ¡340 ¡nm ¡

Xylan Degradation

XynA ¡

(WLC-­‑Milwaukee, ¡2013) ¡

Aes ¡

(ETH ¡Zürich, ¡2013) ¡

Ruxyn1 ¡

(HUST-­‑China, ¡2012) ¡

Side ¡chain ¡ Main ¡chain ¡ Side ¡chain ¡

9 ¡

Immobilized ¡protein ¡scaffold ¡on ¡a ¡silica ¡surface ¡

In Vitro Metabolic Channeling

Silica ¡

In Vitro Bioreactor

Surface ¡enlargement ¡ In ¡vitro ¡degrada1on ¡

Posttranslational Regulated Killswitch

Key ¡& ¡lock ¡principle ¡ Key ¡ Lock ¡ Toxin ¡release ¡ Cell ¡Lysis ¡

Posttranslational Regulated Killswitch

Promoter ¡ ¡valida1on ¡ Key ¡& ¡lock ¡interac1on ¡

Posttranslational Regulated Killswitch

Conclusion: ¡2 ¡possible ¡scenarios ¡

• Leaky ¡expression ¡of ¡hokD ¡leads ¡to ¡cell ¡death ¡
• No ¡interacNon ¡between ¡taRNA ¡and ¡crRNA ¡

Stability ¡simula1on ¡at ¡600K: ¡ all-­‑atom-­‑RMSD ¡ all-­‑atom-­‑RMSF ¡ 3D-­‑Structure ¡predicNon ¡

RNA Molecular Dynamics

RNA Structure Prediction

Primary ¡structure ¡ Secondary ¡structures ¡ folds ¡to ¡

Riboswitch Prediction

Particle Swarm Algorithm → Trade off (Locking / Unlocking Abilities)

• the ¡acachment ¡plate ¡is ¡made ¡out ¡of ¡brushed ¡aluminum ¡
• the ¡resin ¡basin ¡is ¡coated ¡with ¡a ¡polypropylene ¡foil ¡(or ¡fluorinated ¡

ethylene ¡propylene) ¡

Hardware

Hardware

• Basic ¡idea ¡originates ¡from ¡instrucables.com ¡
• Adapted ¡to ¡our ¡own ¡needs ¡from ¡the ¡original ¡instrucNon ¡by ¡

TristramBudel ¡

THANK ¡YOU! ¡