BioBuilding: Synthetic Biology for Students in Portuguese: Lab 1

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Exercício em Design

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Laboratório 1: Águas de Cheiro

  • Compara designs para otimizar a performance de um sistema.

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Agradecimentos: Esta atividade foi desenvolvida com os materiais e a orientação do Time de 2006 do MIT no iGEM (em inglês), e as ideias e o suporte da Ginkgo Bioworks.

Objetivos

Ao concluir este módulo, você deverá estar apto a:

  • Explicar como a Biologia Sintética, vista como uma disciplina das Engenharias, difere da conhecida engenharia genética;
  • Explicar a relação da Biologia Sintética com o uso dos recursos naturais na indústria humana;
  • Fazer cultivos seguros de bactérias com as técnicas da Microbiologia;
  • Medir a população bacteriana, inferindo seu crescimento no tempo;
  • Descrever a curva de crescimento bacteriano;
  • Definir e usar apropriadamente os termos da Biologia Sintética: Parte, Dispositivo, Inversor;
  • Definir e usar apropriadamente os termos da Biologia Molecular: Promotor, sítio de ligação ribossômica ("RBS"), esqueleto de leitura aberta ("ORF"), Terminador, Plasmídeo.

Para pensar...

  • A reprodução bacteriana e a evolução de populações bacterianas suscitam relevantes questões de biossegurança. Há pesquisadores procurando desenvolver uma espécie de "firewall" contra a conjugação bacteriana. Como isso seria importante? Quais são as técnicas que procuram tornar as práticas da Biologia Sintética seguras? São técnicas que ainda limitam suas aplicações nos problemas do mundo?

Introdução

No iGEM de 2006, estudantes do MIT fizeram o design da Eau d’coli, uma população de E. coli que produz o aroma natural de banana durante a fase estacionária de seu crescimento. Conseguiram isso inserindo nas bactérias um dispositivo contendo um promotor responsivo à fase estacionária acoplado a um dispositivo gerador de aroma de banana. O dispositivo gerador é composto por um sítio de ligação ribossômica (RBS), um esqueleto de leitura aberta (ORF) que codifica a enzima ATF1 e uma sequência terminadora. A enzima ATF1 participa da conversão do álcool isoamílico no éster acetato de isoamila, que dá o odor característico da banana.

Foi considerado que seria útil desenhar esse dispositivo gerador de aroma alinhando-o à fase log do crescimento bacteriano. No entanto, há diferentes designs que podem executar a tarefa. Todos devem produzir o aroma natural de banana, característico do dispositivo gerador, mas é possível variar o promotor e a atuação dele. Podemos acoplar o dispositivo gerador de aroma a uma nova parte, um promotor responsivo à fase log de crescimento, ou a um promotor sensível à fase estacionária. Podemos ainda adicionar um dispositivo inversor entre o promotor de fase estacionária e o nosso dispositivo gerador. Inversores gênicos que podemos utilizar em nossos designs são constantemente desenvolvidos pela comunidade da Biologia Sintética e podem dar novos significados a nossos dispositivos.

Para esta atividade trabalhamos com quatro cepas de E. coli, três com dispositivos e um controle:
Amostra 1-1. Dispositivo gerador Eau d’coli original, com promotor de fase estacionária.
Amostra 1-2. Dispositivo gerador Eau d'coli original com um inversor inserido entre o promotor e o RBS.
Amostra 1-3. Dispositivo gerador acoplado ao promotor de fase log.
Amostra 1-4. Cepa sem dispositivos geradores de aromas.

Nossa tarefa é crescer as populações bacterianas e testar o cheiro de banana produzido na medida em que elas passam pela fase log e atingem a estacionária. Podemos determinar o crescimento populacional através da espectrofotometria ou pela comparação com o padrão de turbidez de McFarland, inferindo a densidade de bactérias nas culturas. Na medida em que a população cresce, podemos verificar o odor, comparando com diferentes diluições de extrato de banana.

BioBuilding GrowthCurve Lab1.png

Procedimentos

Esta Atividade pode ser realizada de duas maneiras, seguindo protocolos distintos:

Protocolo A

Protocolo B

Quando terminados os experimentos (Protocolo A ou Protocolo B), você poderá subir seus dados no site da BioBuilder clicando aqui. Assim você poderá comparar seus resultados com os resultados obtidos por outros alunos ao redor do mundo.

Relatório da Atividade

As you write, be sure to define and properly use all highlighted terms throughout the introduction and other parts of the lab.

I. Introduction

  • Provide a brief introduction describing the field of synthetic biology.
  • Briefly describe the purpose of the lab. What are we trying to do here?
  • Explain how the banana smell generator functions.
  • Why are we using optical density to measure the population?
  • Explain each phase of the bacterial population growth curve.
  • Presume that a reader of your lab report has not read the assignment.

II. Methods

  • You do not have to rewrite the procedure.
  • Explain why you did each step of the protocol.

III. Results

  • Present the data tables in clear format.
  • Draw population growth curves of the class mean data for each sample. Indicate on each curve when you could smell bananas.

IV. Discussion

  • Describe the results: Were we able to measure the population growth? Were we able to smell bananas? Did each device produce the same results? Did the genetic systems affect the growth curve of the bacteria? Explain your answers.
  • Analyze the data: Be sure to discuss how each part of the experiment adds to your conclusion.
  • Discuss errors and other reasons for data variability.
  • How confident are you in the results? Are you equally confident in both the growth data and the smell data? Explain.
  • Is using smell to measure the banana smell valid? Why or why not?
  • What did methods did you use to try to increase your confidence in the results?
  • How might we try to change this system so that we can quantify the banana smell? Would we be better off using a different kind of signal? If so, what would you suggest?
  • If you could construct a different genetic system, what might you construct? What would you need to do?

V. Citations and references

  • Be sure these are of good quality.
  • Embed citations.
  • Follow proper reference format.

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