iGEM Team Aachen 2020 M.A.R.S. - Magnetic ATP Recycling System

Die komplexe Regeneration biochemischer Energieträger stellt für viele Produktions- und Forschungsprozesse eine kostenintensive Hürde dar. Mit M.A.R.S. haben wir eine innovative Strategie entwickelt, um lichtbetriebene, mitochondrienähnliche Protozellen und einen Bioreaktor zu schaffen, der diese Zellen durch Magnetismus recycelt. Durch das Design unseres wiederverwendbaren Recyclingsystems ist es in der Lage, jede ATP-getriebene Enzymkaskade anzutreiben, wodurch M.A.R.S. universell einsetzbar wird. Durch die Extraktion von Bakteriorhodopsin aus Halobacterium salinarum, einer phototrophen Archaea-Spezies, und die Kombination mit einer ATP-Synthase aus Saccharomyces cerevisiae in selbst hergestellten Polymeren und Liposomen erhalten wir ein einfaches, aber effektives Chassis, das es ermöglicht, den Energiebedarf jeder Enzymreaktionskaskade zu decken. Die Bindung dieser Chassis über Ankerpeptide an Magnetpartikel ermöglicht die Wiederverwendung des gesamten Protozellensystems innerhalb des Reaktors durch magnetische Reinigung. Hierdurch können sie direkt in Enzymkaskaden eingespeist werden. Auf den Einsatz von lebende Zellen kann dadurch verzichtet werden.

The complex regeneration of biochemical energy sources represents a cost-intensive hurdle for many production and research processes. With M.A.R.S., we developed an innovative strategy to create light-powered, mitochondrion-like protocells and a bioreactor that will recycle those cells by magnetism. Through the design of our reusable recycling system it is able to power every ATP-driven enzyme cascade, making M.A.R.S. universally applicable. By extracting bacteriorhodopsin out of Halobacterium salinarum, a phototrophic archaea species, and combining it with an ATP synthase from Saccharomyces cerevisiae in self-produced polymersomes and liposomes, we get simple but effective chassis, which make it possible to cover the energy requirement of any enzyme reaction cascade. Binding those chassis to magnet particles via anchor peptides enables the reuse of the entire protocell system within the reactor by means of magnetic purification. Hereby they can be fed directly into enzyme cascades. There is no need for the use of living cells anymore.