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

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

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

The Problem � “There are an estimated 11.4 million hand amputees worldwide...” � Problems in critical and poor regions: � • Bad infrastructure � • Expensive materials � • No adjustment � • Long-term production � 3 ¡

Our Solution: SLA Printing � basin ¡ stepper ¡ motor ¡ mirror ¡ projector ¡ 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 � Aes ¡ (ETH ¡Zürich, ¡2013) ¡ Side ¡chain ¡ Main ¡chain ¡ Side ¡chain ¡ XynA ¡ (WLC-­‑Milwaukee, ¡2013) ¡ Ruxyn1 ¡ (HUST-­‑China, ¡2012) ¡ 9 ¡

In Vivo Metabolic Engineering � Best ¡Composite ¡Part: ¡ CO 2 ¡ cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ cadA ¡ Func1onality ¡ Expression ¡ 10 ¡

In Vivo Metabolic Engineering � Best ¡Composite ¡Part: ¡ Posi1ve ¡Control ¡ Sample ¡ GC-­‑MS ¡results ¡ 11 ¡

Chemistry – Polyester Synthesis � Best ¡result ¡for ¡applica1on ¡ + ¡ Poly(PEG-­‑itaconate) ¡= ¡Pre-­‑polymer ¡ Itaconic ¡acid ¡ PEG-­‑200 ¡ 12 ¡

Chemistry – Printing process � Radical ¡polymeriza1on ¡ Photoini1ator: ¡IRGACURE ¡819 ¡ Viscous ¡ Solid ¡ Control ¡of ¡polymeriza1on ¡by ¡radical ¡quencher. ¡ 13 ¡

Chemistry - Simplification � Adjusted ¡protocol ¡ Standard ¡protocol ¡ • Standard ¡ • Exclusion ¡of ¡air ¡ condiNons ¡ Posi1ve ¡Feedback ¡Loop! ¡ • With ¡argon ¡ • No ¡argon ¡ 14 ¡

Policy and Practices � Detailed ¡& ¡inova1ve ¡Policy ¡and ¡Prac1ce ¡approach! ¡ 15 ¡

Policy and Practices � Open ¡Science ¡Collabora1ons ¡ Experts ¡ Panel ¡discussion ¡ (with ¡iGEM ¡Aachen ¡2015) ¡ 16 ¡

Biosafety � Cell ¡Lysis ¡ Toxin ¡release ¡ Expression ¡ RNA ¡Molecular ¡Dynamics ¡ Key ¡ Lock ¡ 17 ¡

Modeling – RNA structure prediction � Ar1ficial ¡neural ¡network ¡(ANN) ¡ In ¡vitro ¡(2D) ¡ In ¡silico ¡ (1D) ¡ • State ¡of ¡the ¡art ¡dynamic ¡programming ¡ • Database ¡knowledge ¡ • Extra: ¡Intermolecular ¡co-­‑folding ¡ 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 � Raspberry ¡Pi ¡ stepper ¡ Controlling ¡ Slicing ¡ motor ¡ mirror ¡ Available ¡open ¡source ¡on ¡GitHub! ¡ projector ¡ 21 ¡

22 ¡ SLA Printing - Hardware � 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 ¡

Achievements � • Functional open source 3D printer • Slicing and controlling software • Photocurrable resin • Online tool for riboswitch design • Wetlab  58 BioBricks 24 ¡

More Achievements � 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 25 ¡

Acknowledgements � 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 � Poster ¡145 ¡ Anne Einhäupl � Karl Schuller � Prof. Dr. Alfred Nordmann � Ana Maria Delgado Aleman � Charlotte Kaspar � 26 ¡

SLA Printing Process � Viscous ¡ basin ¡ stepper ¡ Radical ¡ polymeriza1on ¡ motor ¡ mirror ¡ Solid ¡ projector ¡

Itaconic Acid Production � CO ¡ 2 ¡ cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ cadA ¡ cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ (BBa_K1602003) ¡ -­‑ cadA ¡gene ¡encoded ¡by ¡ Aspergillus ¡terreus ¡ -­‑ Molecular ¡weight: ¡52,8 ¡kDa ¡ -­‑ pH-­‑OpNmum: ¡6,2 ¡ -­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡37 ¡°C ¡

Itaconic Acid Production � GC-­‑MS ¡ Posi1ve ¡control ¡ Biological ¡sample ¡

cis-aconitate decarboxylase (cadA) � CO ¡ ¡ ¡ ¡+ ¡ ¡H ¡ ¡O ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡H ¡ ¡CO ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 2 ¡ 2 ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ cis -­‑aconitate ¡ itaconic ¡acid ¡ cis-­‑aconitate ¡decarboxylase ¡ -­‑ pH ¡indicator: ¡bromothymol ¡blue ¡ -­‑ AbsorpNon ¡maximum: ¡620 ¡nm ¡

Xylitol Production � + ¡ NADPH ¡ NADP ¡ aldose ¡reductase ¡ GRE3 ¡ aldose ¡reductase ¡ (BBa_K1602004) ¡ -­‑ GRE3 ¡gene ¡encoded ¡by ¡ Saccharomyces ¡cerevisiae ¡ -­‑ Molecular ¡weight: ¡37,1 ¡kDa ¡ -­‑ NADPH ¡dependent ¡ ¡ -­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡28 ¡°C ¡

Xylitol Production � + ¡ NADPH ¡ NADP ¡ aldose ¡reductase ¡ NADPH ¡assay, ¡340 ¡nm ¡ GRE3 ¡ aldose ¡reductase ¡ (BBa_K1602004) ¡ -­‑ GRE3 ¡gene ¡encoded ¡by ¡ Saccharomyces ¡cerevisiae ¡ -­‑ Molecular ¡weight: ¡37,1 ¡kDa ¡ -­‑ NADPH ¡dependent ¡ ¡ -­‑ Temperature ¡OpNmum: ¡28 ¡°C ¡

Xylan Degradation � Aes ¡ (ETH ¡Zürich, ¡2013) ¡ Side ¡chain ¡ Main ¡chain ¡ Side ¡chain ¡ XynA ¡ (WLC-­‑Milwaukee, ¡2013) ¡ Ruxyn1 ¡ (HUST-­‑China, ¡2012) ¡ 9 ¡

In Vitro Metabolic Channeling � Silica ¡ Immobilized ¡protein ¡scaffold ¡on ¡a ¡silica ¡surface ¡

In Vitro Bioreactor � Surface ¡enlargement ¡ In ¡vitro ¡degrada1on ¡

Posttranslational Regulated Killswitch � Key ¡& ¡lock ¡principle ¡ Cell ¡Lysis ¡ Toxin ¡release ¡ Key ¡ Lock ¡

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 ¡ •

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

RNA Structure Prediction � Primary ¡structure ¡ Secondary ¡structures ¡ folds ¡to ¡

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

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

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

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