Historie von iGEM Bielefeld
Hier finden Sie einen Überblick über die Projekte aller iGEM-Teams aus Bielefeld.
WavySense
Wussten Sie, dass die meisten Verhütungsmittel invasiv sind und schwere Nebenwirkungen haben können? Eine neue, innovative und nicht-invasive Methode ist gefragt. Eine, die zuverlässig die Fruchtbarkeit der Anwenderin anzeigt. Deshalb haben wir WavySense entwickelt: Es leistet einen Beitrag zur Gleichberechtigung der Geschlechter, indem es Frauen unterstützt, ohne jegliche Nebenwirkungen. WavySense ermöglicht die Bestimmung der aktuellen Fruchtbarkeit durch die direkte Messung der charakteristischen Sexualhormone Östrogen, Progesteron und des Luteinisierungshormons im Urin mittels der Technik der akustischen Oberflächenwellen. Ein elektronisches Modul induziert in einem piezoelektrischen Kristall Wellen, die durch Massenänderungen an der Oberfläche phasenverschoben werden. Wir produzierten hormonspezifische Antikörper in E. coli und einkettige variable Fragmente zum Vergleich. Immobilisiert auf der goldbeschichteten Oberfläche des Kristalls führt die Antikörper-Antigen-Bindung zu einer Phasenverschiebung, die von der Elektronik detektiert und an unsere benutzerfreundliche App übertragen wird. Diese verfolgt, wertet aus und visualisiert die letzten Messungen und zeigt den aktuellen Fruchtbarkeitsstatus an.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
Troygenics
Einzellige eukaryotische Krankheitserreger sowie pathogene Pilze sind ein weltweit verbreitetes Problem. Sie infizieren Pflanzen, Tiere und Menschen und können dort zu teilweise dramatischen Krankheitsverläufen führen. Beispielsweise können Pflanzenschädlinge Ernteausfälle von bis zu 100% auslösen.
Unser Projekt-Ziel für den iGEM Wettbewerb ist es, ein flexibel anpassbares, phagenbasiertes Plattformsystem zu entwickeln. Die von uns entwickelten Partikel bestehen aus einer modifizierbaren Proteinhülle, welche spezifisch von pathogenen eukaryotischen Zellen erkannt wird. Wenn die Hülle erkannt wird, werden unsere Partikel über Endocytose von der parasitären Zelle aufgenommen. Des Weiteren tragen unsere Partikel ein auf das Pathogen abgestimmtes CRISPR System in sich, welches den Zelltod im eindeutig erkannten Pathogen induziert.
Die von uns entwickelten Partikel sind somit in der Lage einzellige, eukaryotische Pathogene spezifisch zu erkennen und ihren Zelltod einzuleiten, während die Wirtszellen, sowie andere Zellen völlig unbeschadet bleiben. Mit unserem System hoffen wir, einen neuen, spezifischeren Weg für die Bekämpfung von einzelligen eukaryotischen Pathogenen zu ermöglichen.
Wir möchten unsere Partikel mittels heterologer Genexpression in Escherichia coli konstruieren und ihre Funktion im eukaryotischen Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) testen.
Um unserem System eine weitere Dimension zu geben, möchten wir unsere Partikel als neue Transformationsmethode für Pilze im Labor etablieren. Pilze sind wichtige Produzenten in der biotechnologischen Industrie. Aktuelle Transformationsmethoden für Pilze haben jedoch oft nur eine geringe Effizienz, was die Optimierung von Produktionsorganismen erschwert. Mit unseren Partikeln möchten wir eine effizientere Methode etablieren, die den Laboralltag erleichtert.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Best Measurement
nanoFACTORY
Kupfer, Silber und Gold - Metalle sind für unser tägliches Leben unerlässlich, aber die Ressourcen werden immer knapper. Der industrielle Abbau von Metallen und Elektronikschrott verursacht schwere Umweltverschmutzungen. Deshalb haben wir neue Ansätze zur Gewinnung wertvoller Ressourcen durch synthetische Biologie entwickelt. Durch die Verbesserung der bakteriellen Fähigkeit, Metallionen aus der Umgebung aufzunehmen, erzeugen wir Nanopartikel. Wir haben Escherichia coli optimiert, um Metallionen wie Kupfer und Eisen zu akkumulieren, indem wir bestimmte Importproteine überexprimieren, die Exprimierung von Exportproteinen unterbinden und gleichzeitig die Auswirkungen von oxidativem Stress reduzieren. Um Nanopartikel aus verschiedenen Metallionen zu gewinnen, haben wir das Eisenspeicherprotein Ferritin weiterentwickelt. Die Metalle, die zu Nanopartikeln recycelt werden, können für verschiedene Anwendungen verwendet werden, wie wir anhand von gedruckter Elektronik zeigen.
Unter Berücksichtigung von Dual-Use-Aspekten haben wir uns dazu entschieden, Metallionen aus Grubenwasser zu extrahieren, anstatt Elektronik direkt aufzulösen. Deshalb haben wir in enger Zusammenarbeit mit führenden Experten einen speziell für die Bergbauindustrie entwickelten Cross-Flow-Bioreaktor entwickelt.
Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Safety Commendation
Expand - Expanding the Genetic Code
Das Team des letzten Jahres hat sich mit der Erweiterung des genetischen Codes beschäftigt. Dazu wurden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt: Zum einen wurde der genetische Code durch den Einbau von unnatürlichen Basen erweitert. In diesem Zusammenhang wurde ein Erhaltungssystem, sowie ein Transporter für den Import der unnatürlichen Basen generiert. Außerdem wurde die Grundlage für die Eigensynthese der unnatürlichen Base in E. coli geschaffen. Der zweite Ansatz zur Erweiterung des genetischen Codes befasst sich mit der Umcodierung des Amber-Stop-Codons zum Einbau von nicht-kanonischen Aminosäuren in Proteine. Eine Toolbox mit fünf nicht-kanonischen Aminosäuren zur vielfältigen Anwendung wurde entwickelt. Für diesen Ansatz wurde eine tRNA-aminoacyl-Synthetase-Library geschaffen, sowie eine tRNA-synthetase für eine selbst designte vollkommen neue Aminosäure über Modeling generiert.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Best Foundational Advance
- Best Basic Part
Evobodies - Molecular Speed Dating
Im Jahr 2016 entwickelte das Team ein System zur Herstellung von Bindeproteinen in E.coli mittels gerichteter Evolution. Diese Proteine können unter anderem zur Diagnose von Erkrankungen verwendet werden, insbesondere für den Nachweis von evolvierenden Pathogenen wie z.B. Zika und anderen Viren. Darüber hinaus sind viele Anwendungen in der Grundlagenforschung möglich. Als Ausgangspunkt für das System erstellte das Team eine Bibliothek aus Bindeprotein-kodierenden Plasmiden in E.coli. Mittels einer speziellen DNA-Polymerase erhöhte das Team anschließend die Mutationsrate der gewünschten Proteinsequenz und somit die Diversität an Proteinen. Durch Aufbau von Selektionsdruck bekamen daraufhin Bakterien, die in der Lage waren, Proteine mit hoher Affinität zum Zielprotein zu synthetisieren, einen Selektionsvorteil und konnten in der Kultur angereichert werden.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
Cell-free Sticks - it works on paper
Im Jahr 2015 entwickelte das Team einen Teststreifen, mit dem sich Schwermetalle und K.O.-Tropfen nachweisen lassen. Eine einfache und kostengünstige Nachweismöglichkeit für Schwermetalle ist besonders für Entwicklungsländer interessant, während mit den K.O.-Tropfen ein lokales Problem aufgegriffen wurde.
Ein zentrales Ziel war es dabei, Biosensoren außerhalb des Labors anwendbar zu machen. Daher wurden zwei zellfreie Systeme erprobt. Es handelte es sich dabei um zellfreie Proteinsynthese sowie einen Interaktionassay, der mit aufgereinigten Proteinen und DNA arbeitet. Am Ende gelang es, einen funktionierenden Protoypen zu präsentieren, der auf zellfreier Proteinsynthese auf Filterpapier basierte. Es konnte zudem gezeigt werden, dass der Teststreifen durch Gefriertrocknung lagerfähig gemacht werden kann. Das Vorhandensein einer Verunreinigung wird durch ein Fluoreszenzsignal angezeigt, welches sich mit einem Smartphone visualisieren lässt. Eine selbstprogrammierte App erlaubt zudem eine einfache Auswertung des Tests.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Bestes Umweltprojekt
- Beste Präsentation
- Beste integrierte Öffentlichkeitsarbeit
- Bester zusammengesetzter DNA-Baustein
The Transformers - From Carbon Dioxide to Biofuel
Aktuelle Klimaprobleme haben das Team 2014 zu ihrem Thema motiviert: Es gibt auf der Erde keine ausreichende Infrastruktur, um regenerative Energien speichern oder transportieren zu können. Des Weiteren steigen weltweit die CO2-Emissionen und es droht eine Rohölknappheit.
Aufbauend auf diesen drei Problemen entwickelte das Team 2014 ein System, welches Elektrizität und CO2 verwendet um Isobutanol zu produzieren. Zur Umsetzung dieses Systems wurden E. coli-Bakterien verwendet. Hierfür wurden zum einen schon bestehende BioBricks, wie die Porine aus Bielefeld (2013) oder der Isobutanolpathway von NCTU Formosa (2011/2012), verwendet. Zum anderen konnte die nach unserem Wissen erste funktionsfähige RuBisCo der iGEM Parts Registry hinzugefügt werden. Auch die Expression und korrekte Faltung des Carboxysoms, ein Mikrokompartiment, konnte erfolgreich erreicht werden. Zudem wurde ein elektrophiler Stamm konstruiert und auch die Produktion von Isobutanol war erfolgreich.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
Ecolectricity - currently available
Aufbauend auf der Idee eine umweltfreundliche Alternative zur Energiegewinnung zur Verfügung zu stellen, entwickelte das Team 2013 eine selbst konstruierte mikrobielle Brennstoffzelle (MFC), deren elektrische Energie durch das optimierte Bakterium E. coli bereitgestellt wird. Neben den technischen Optimierungen der Brennstoffzelle wurden unterschiedliche, genetische Ansätze, wie die Integration von Porinen, die Expression von Cytochromen sowie die Etablierung endogener Mediatoren mittels Überexpression der Glyceroldehydrogenase und des Riboflavin-Clusters hinsichtlich eines effizienten Elektronentransports analysiert. Für die Anwendung der mikrobiellen Brennstoffzelle außerhalb des Labors wurde das Projekt durch die Entwicklung eines genbasierten Biosafety-Systems und dem 3D-Druck einer MFC abgerundet. Aufgrund der thematischen Relevanz der alternativen Energieerzeugung mithilfe regenerativer Rohstoffe, gewann das Team außerdem den Award for best presentation und belegte den ersten Platz in der Kategorie Food & Energy Project, Overgraduate.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Beste Präsentation
- Bestes Food and Energy Projekt
- Europameister
- Vize-Weltmeister
A Case for Laccase
Im Jahr 2012 strebte das Bielefelder iGEM-Team die Entwicklung eines auf immobilisierten Laccasen basierenden Systems zum Abbau von Östrogenen und anderen aromatischen Mikro-Kontaminanten aus Abwässern an. Um die Eignung der in vielen Organismen vorkommenden Laccasen zu analysieren, wurden die entsprechenden Gene aus verschiedenen pro- und eukaryotischen Organismen isoliert, mittels zielgerichteter Integration in die Produktionsorganismen E. coli und P. pastoris kloniert und anschließend im Hinblick auf ihre Fähigkeit zum Abbau der Komponenten charakterisiert. Des Weiteren wurde die Immobilisierung der verschiedenen Laccasen analysiert und dahingehend optimiert, eine möglichst hohe Bindung, sowie Aktivität der immobilisierten Oxidasen zu erzielen. So sollte das System auch in Kläranlagen als zellfreie biologische Filtereinheit eingesetzt werden können.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Unter den besten 16 Teams
The Bisphenol A-Team
Das Ziel des Projektes war die Detektion des Umweltgiftes Bisphenol A durch ein zellfreies, biologisches System. Dazu wurden drei an der Reduktion von Bisphenol A beteiligte Enzyme zu einem Fusionsenzym verknüpft. Bakterielle Oberflächenproteine, sog. S-Layer, wurden genutzt, um die fusionierten Enzyme in einer definierten Struktur auf der Oberfläche von kleinen Glaskügelchen zu immobilisieren. Die Detektion der enzymatischen Reaktion erfolgte über das Nebenprodukt NAD+ und einer davon abhängigen enzymatischen Reaktion, in Folge derer ein Molecular Beacon in ein mit dem Auge wahrnehmbares Lichtsignal umgesetzt wurde.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
- Unter den besten 16 Teams
MARSS (Modulated Acetosyringon Receptor Sensor System)
Das Projekt basierte auf der Detektion des Stoffes Capsaicin, der für die Schärfe im Essen verantwortlich ist. Das Vir-Rezeptor-System aus Agrobacterium tumefaciens wurde dazu in E. coli eingebracht und mittels direkter/gerichteter Evolution auf die zu detektierende Substanz trainiert. Für denkbare Einsatzmöglichkeiten in der medizinischen Diagnostik ist das System mit verschiedenen Rezeptoren verknüpfbar. Um solche Rezeptoren für medizinisch interessante Liganden ausfindig zu machen, wurde ein Plasmid-basiertes Screening-System zur Vereinfachung der gerichteten Evolution entwickelt.
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Auszeichnungen
- Goldmedaille
