A syntethic biology approach for engineered functional biofilms

Hücre dışı polimerik maddeler moleküller, DNA'lar, karbonhidratlar ve mikrobiyal biyofilmler tarafından salınan proteinlerden oluşur. Bu moleküller bakteriyel biyofilmlerin yüksek derecede düzenlenmiş, karmaşık ve dinamik malzeme sistemleri olarak sentezlenmesine yardımcı olur, hücrelerin çevreye uyarlanmasına katkıda bulunur ve geniş koşullar aralığında esneklik ve işlevselliklerini artırır. Bakteriyel biyofilmler, biyo-nano malzemeler gibi fonksiyonel uygulamalar için umut vadeden araçlardır. İyi tanımlanmış makinelerle sentezlenirler, geniş alanları kapsayan fiber ağları oluştururlar ve farklı işlevler için tasarlanabilirler. Mevcut tezin bir yönü, Escherichia coli bakterisinin curli proteinlerinin ekspresyonunun kontrol edilmesine ve çeşitli peptid moleküllerini genetik olarak kaynaştırarak curli liflerin işlevselleştirilmesine odaklanmaktadır. Biyofilm proteinleri, elektriği ileten protein nanofiber ağları geliştirmek için programlanmış hücresel makineler kullanılarak tasarlanmış iletken aromatik amino asitlerle işlevselleştirildi. Bakteri popülasyonlarının metabolik aktivitelerini kontrol etmek ve yönlendirmek için biyolojik iletkenliğin nasıl kullanılacağı gösterilmiştir. Yaşayan sistemleri elektronik aygıtlarla birleştirmek için iletken biyolojik arayüzleri anlamak ve oluşturmak zorunlu bir konudur. Literatürde ilk kez canlı hücrelerin iletken bir nanofiber ağ oluşumu yoluyla biyo-iletkenliği sağladığını göstermeyi başardık. E. coli'de, biyofilmlerin oluşumundan sorumlu nano-liflerin (CsgA ve CsgB) omurgaları olarak iki protein bulunur. Bu tezde biyofilm yapılarının morfolojisinin ve mekanik özelliklerinin ayarlanabilirliği protein mühendisliği kullanılarak araştırılmıştır. Biyofilm yapılarının nihai mekanik özellikleri üzerine minör ve majör proteinlerin ve bunların mühendislik formunun etkisi, tarama probu mikroskopisi ile araştırıldı. Minör protein, biyofilm yapılarının mekanik ve morfolojik özelliklerinin ayarlanmasında hayati bir rol oynar. Malzeme bilimi için biyofilm protein mühendisliği, kendi kendini monte eden işlevsel materyallerin genetik olarak ayarlanabilir biyo-fabrikasyonuyla kullanılabilir. Sentetik biyolojik araçlar kullanarak, harici olarak kontrol edilebilir biyofilm kalıpları elde edilebilir. 6x-Histaq modifikasyonlu yapısal protein CsgA'nın ekspresyonunu kontrol etmek için AND ve OR kodlayan rekombinaz esaslı genetik mantık kapıları, iki bağımsız kontrol sinyali kullanılarak tasarlandı. Bu tezde, sentetik biyoloji yaklaşımlarını kullanarak bakteriyel biyofilmleri mühendisliği yapma fırsatı gösterildi.