Our podcast was created and translated by different members of our multilingual team. With Bobby Wolf writing the main English script, Ella Noha, Andrea Mendoza, Siddhant Gulati, and Dr. Qing Sun translated the script into German, Spanish, Hindi, and Mandarin, respectively. The podcast is publicly available for free on Acast, an independent podcast company. Follow the link below to listen to our episodes! Not interested in listening to a podcast? We have also made available the scripts of each episode below!

Howdy! We are the iGEM team TAMU from Texas A&M University. We have been breaking down plastics, specifically PET, using engineered bacteria cultures since the beginning of 2022.

Here at Texas A&M we have a lot of school spirit. The Mascot of our project is tied directly to our school. The rough collie Reveille is the University’s mascot, and we could not resist the inspiration of naming our project mascot after her. E. Collie is an E.coli bacteria that observes the shape of a collie. You will see her swimming around our website, projects, or notes in the lab.

Our team has been engineering bacteria cultures with enzymes to break down the plastic Polyethylene terephthalateknown more commonly as PET. PET is common single-use plastics, particularly in food packaging and bottles. Overall, it makes up about 10% of all plastic produced annually The nearly universal challenge with plastic is the difficulty of degradation and recycling. Like most plastics, PET is very difficult to break down: it takes hundreds of years to naturally degrade fully even in optimal conditions. Recycling offers a way to eliminate some waste but isn’t a perfect solution. Most materials require at least some fresh polymer to maintain high quality and some plastic may not be recyclable if it gets too dirty. Therefore, we are exploring options for quickly degrading the PET and recycling the base components (called monomers) to create fresh plastic while eliminating waste.

We engineer our bacteria to surface-display two powerful enzymes for PET degradation. PET is a polymer — a long chain of molecules consisting ofrepeating units called monomers. There are two alternating monomers for PET: terephthalic acid (TPA) and ethylene glycol. While the PETase enzyme degrades PET, it leaves a two-monomer intermediate product called MHET. To break down this intermediate, the culture we developed also contains bacteria with enzyme MHETase that further breaks MHET into monomers. This allows for a complete breakdown of PET into its base components.

We employed standard techniques and tools for synthetic biology including PCR and Gibson Assembly to develop the E. coli bacterial culture with the two enzymes. PCR or “polymerase chain reaction” is a method of multiplying DNA, and we use PCR to make fragments of DNA encoding for functional proteins. Gibson Assembly combines matching end regions of these fragments into a single chain of DNA called plasmids. These plasmids enable bacteria to express encoded proteins for desired functions.

Our first aim was to surface display both PETase and MHETase enzymes on bacteria surface. Normally, produced proteins are trapped inside the E. coli cell, leading to lengthy and expensive process necessary to extract and purify them. Instead of purifying the enzymes from the cells, we bring the enzyme to the surface of the cell to be directly used with the cell alive. To do this, we apply synthetic biology techniques to link the enzyme to a transporter protein. This protein will naturally move itself to the surface of the bacteria while taking its passenger enzyme with it. Not only does this avoid the long and expensive purification process, it also presents the potential for a living bacteria culture to continuously degrade PET.

We also developed a method to test our system for activity against PET more rapidly. Traditional methods for testing activity includes mixing enzyme with a piece of PET and testing for the presence of any degradation products. Despite its accuracy, it takes very long- sometimes multiple days- to observe good results. We used a unique material named FDBz with a similar structure as PET. so that the PETase enzyme targets this molecule and breaks it to produce fluorescein, a material that fluoresces or glows in response to light. The more fluorescein is present, the brighter the sample will glow. By measuring this brightness, we can observe whether the enzyme or culture we developed manages to degrade PET and how quickly. We achieved good results using this method which takes only about 2 to 3 hours.

Finally, we used a genetic evolution approach to enhance enzyme efficiency. There is much on-going research aiming to improve PETase activity for higher thermostability and better efficiency. To this end we use directed evolution to introduce changes in the enzyme sequence and adapted our surface display method and fluorescence assay to screen for improved enzymes. Our system is useful as a platform for continued improvement of PETase and eventually leading to it as an industrial method for eliminating PET waste.

On top of the usual lab-work, our team was passionate about education and outreach. We had two projects that allowed us to collaborate, educate, and reach a wide variety of people. The first project being a coloring book that reached the young minds of kids. This coloring book followed a basic teaching of biology and its applicable skills. For example, the book taught about DNA and showed what we could do with DNA. In our case, it showed how we have been using genetic information to explore the manipulation of bacteria to be able to eat this plastic and break it down. We also collaborated with the University of Texas on this project to add some pages related to their work. Their showcase of DNA demonstrated their work of screening for DNA of white-nose syndrome in their local bat population using a bacteria called ADP1. During our collaboration we also had the opportunity to discuss ideas with them and got a tour of their lab and campus. We are very appreciative of their hospitality and helpfulness in working with us in our first year.

That sums up our iGEM project but if you want more details please take a look at our website. Taking on the problem of plastic waste is a large task but it is important we explore the technologies we can use to protect our environment. We hope this project will bring us one step further to eliminating plastic waste.

Hallo! Wir sind das iGEM-Team der Texas A&M University in College Station, Texas. Seit Anfang Juni arbeiten wir daran, PET mit Hilfe von E. coli-Kulturen abzubauen.

Wir hier bei Texas A&M haben sehr viel Schulgeist. Das Maskottchen unseres Projekts ist direkt mit unserer Schule verbunden. Die hündin Reveille, ist ein Collie und das Maskottchen der Universität. Wir konnten nicht widerstehen, das Maskottchen unseres Projektes nach ihr zu benennen. “E.Collie” ist eine E.coli-Zelle, die die Form eines Collies hat. Man findet sie vielleicht auf unserer Website, in Projekten oder in Labor Notizen herumschwimmen.

Unser Team arbeitet intensiv daran, eine Bakterienkultur mit Enzymen zum Abbau des Kunststoffs Polyethylenterephthalat (PET) anzulegen. PET ist ein sehr häufig verwendeter Einweg Kunststoff, der am häufigsten in Lebensmittelverpackungen und Flaschen verwendet wird, aber auch in Kleidung unter dem Namen Polyester vorkommt. Wie die meisten Kunststoffe ist PET ein sehr schwer auf natürliche Weise abbaubares Material, das selbst unter optimalen Bedingungen Hunderte von Jahren benötigt, um vollständig abgebaut zu werden. PET ist schwer vermeidbar, daher prüfen wir Möglichkeiten, das Material schnell abzubauen und unter Verwendung der Basiskomponenten zu recyceln.

Das Problem mit Plastik ist die Schwierigkeit, es mehrmals zu recyceln, und der Arbeitsaufwand, der für das Recycling erforderlich ist. Die meisten Kunststoffe, die in unseren Ökosystemen vorkommen, sind teuer und mühsam zu sammeln, und außerdem kann nur etwa die Hälfte wegen Sedimentablagerungen recycelt werden. Wir müssen unsere Optionen ausloten, und eine davon könnte sein, was wir in unserem Labor hier bei Texas A&M tun.

Bei unsere arbeit im Labor gehen wir gerne gründlich vor, wenn es um den Kunststoffabbau geht, weshalb wir zwei Enzyme für den PET-Abbau verwenden. PET kann man sich als eine Kette vorstellen, die aus zwei Arten von Gliedern (oder Monomeren) besteht: Terephthalsäure (TPA) und Ethylenglykol. Während PETase PET abbaut, hinterlässt sie oft ein Zwischenprodukt namens MHET, das eine Kombination der beiden Monomere ist. Um dieses Problem zu lösen, enthält unsere Kultur auch Bakterien, die mit dem Enzym MHETase ausgestattet sind, um dieses Nebenprodukt abzubauen. Dies ermöglicht eine vollständige Zerlegung von PET in seine Grundbestandteile.

Um dies zu ermöglichen, verwenden wir viele der Standardtechniken und Standardwerkzeuge der synthetischen Biologie wie PCR und Gibson Assembly. PCR oder „Polymerase-Kettenreaktion“ ist eine Methode zur Vervielfältigung von DNA, die wir verwenden, um DNA-Fragmente herzustellen, die für verschiedene Proteine ​​kodieren. Gibson Assembly verlässt sich darauf, dass diese Fragmente passende Endregionen enthalten, die es uns dann ermöglichen, sie zu einer einzigen DNA-Kette zu kombinieren, die von den Bakterien verwendet werden kann. Diese Techniken ermöglichen es uns, jede gewünschte DNA-Sequenz in die Bakterien einzufügen, damit sie zur Produktion des Proteins, für das sie kodiert, verwendet werden kann.

Unser erstes Ziel ist es, die Oberflächendarstellung beider Enzyme, über die wir gesprochen haben, zu erreichen. Normalerweise werden in E. coli produzierte Proteine ​​innerhalb der Zelle eingeschlossen und der Prozess ihrer Entfernung und Reinigung kann ziemlich langwierig und teuer sein. Unsere Idee ist, das Enzym an die Oberfläche der Zelle zu bringen, wo es verwendet werden kann, während die Zelle lebt. Dazu verwenden wir unsere Techniken der synthetischen Biologie, um das Enzym an ein Transportprotein zu koppeln. Dieses Protein bewegt sich auf natürliche Weise an die Oberfläche der Bakterien, während es sein Passagierenzym mitnimmt. Dies vermeidet nicht nur den langen und teuren Reinigungsprozess, sondern bietet auch das Potenzial für eine lebende Kultur zum kontinuierlichen Abbau von PET.

Wir haben auch nach einer Möglichkeit gesucht , unser System schneller auf Aktivität gegen PET zu testen. Die traditionellste Methode zum Testen der Aktivität besteht darin, Enzyme mit einem Stück PET zu mischen und dann auf das Vorhandensein von Produkten zu testen. Diese Methode ist zwar genau, aber sie dauert oft mehrere Tage, bis gute Ergebnisse sichtbar sind. Wir planen, ein interessantes Material namens FDBz zu verwenden, das eine ähnliche Struktur wie PET hat. PETase greift dieses Molekül an und zersetzt es unter bildung von Fluorescein, welches unter lichteinwirkung leuchtet. Je mehr Fluorescein vorhanden ist, desto heller leuchtet die Probe. Indem wir diese Helligkeit messen, können wir sehen, ob das Enzym oder die Kultur, die wir hineingeben, PET abgebaut hat. Bisher haben wir mit dieser Methode gute Ergebnisse erzielt, obwohl wir nur etwa 2 bis 3 Stunden für die Ausführung benötigt haben.

Schließlich, wollen wir zeigen, dass unser System an die Arbeit anderer Gruppen angepasst werden kann. Viele andere Forscher haben versucht, die PETase zu verbessern, indem sie sie beispielsweise schneller arbeiten oder in raueren Umgebungen länger erhalten lassen. Dazu werden wir unser Surface-Display-Verfahren und Fluoreszenztests mit modifizierter PETase einsetzen. Unser Ziel ist es zu veranschaulichen, dass unser System mit verbesserter PETase arbeitet, um die gleichen zeitsparenden Vorteile zu bieten und gleichzeitig die Vorteile oben genannten Verbesserungen zu nutzen. Wir hoffen, dass unser System als Plattform nützlich sein wird, um die Verbesserung von PETase fortzusetzen und dass es zu einem industriellen Verfahren zur Eliminierung von PET-Abfall gemacht wird.

Neben der üblichen Laborarbeit engagierte sich unser Team leidenschaftlich für Bildung und Öffentlichkeitsarbeit. Wir hatten zwei Projekte, die es uns ermöglichten, zu kollaborieren, Wissen zu vermitteln und eine Vielzahl von Menschen zu erreichen. Das erste Projekt war ein Malbuch, das die jungen Köpfe der Kinder erreichte. Dieses Malbuch folgte einer grundlegenden Lehre der Biologie und ihrer anwendbaren Fähigkeiten. Zum Beispiel lehrte das Buch über DNA und zeigte dann, was wir mit DNA machen können. In unserem Fall zeigte es, wie wir mit hilfe genetischer Informationen die Manipulation von Bakterien erforscht haben, damit sie Plastik fressen und abbauen können. Wir haben bei dem Malbuch Projekt mit der University of Texas zusammengearbeitet, um einige Seiten hinzuzufügen, die sich auf deren Arbeit beziehen. Ihre arbeit befasste sich mit dem screening der DNA von mit Weißnasen-Syndroms befallenen lokalen Fledermäusen. Dazu verwendeten sie eine Kultur von ADP1. Unsere Zusammenarbeit mit der University of Texas war eine großartige Idee, wir besuchten sie für ein paar Tage. Sie zeigten uns ihr Labor und wir machten gemeinsam eine Stadtführung. Als sehr gastfreundliche Gastgeber waren wir froh, dass sie in unserem ersten Jahr so ​​bereit waren, mit uns zusammenzuarbeiten. Wir waren unseren Gastgebern sehr dankbar dass sie mit uns in unseren ersten Jahr in diesen wettbewerb zusammengearbeitet haben.

Es ist eine große Aufgabe, sich mit der gesamten Plastikvermüllung auseinanderzusetzen, aber es ist nie zu spät, die Möglichkeiten zum PET abbau zu erkunden.

¡Bienvenidos! Somos el equipo iGEM de Texas A&M University. Trabajamos desde principios de junio para descomponer el PET utilizando cultivos de E. Coli.

Aquí en Texas A&M tenemos mucho espíritu escolar. La mascota de nuestro proyecto está ligada directamente a nuestra escuela. El collie rudo Reveille es la mascota de la Universidad, y no pudimos resistirnos a rendir homenaje a la reina de Aggieland nombrando a nuestra mascota en su honor. E.Collie es una célula de E.Coli que observa la forma de un collie. Es posible que la vea nadando en nuestro sitio web, proyectos o notas en el laboratorio.

Con nuestro equipo, estamos trabajando arduamente para crear un cultivo de bacterias con enzimas para descomponer el tereftalato de polietileno (PET) plástico. El PET es un plástico de un solo uso muy utilizado, más comúnmente en envases y botellas de alimentos, pero también presente en la ropa con el nombre de poliéster. Como la mayoría de los plásticos, el PET es un material muy difícil de descomponer de forma natural, y que tarda cientos de años en degradarse por completo incluso en condiciones óptimas. Puede ser difícil de evitar, por lo que estamos buscando opciones para degradar el material rápidamente y posiblemente reciclarlo utilizando los componentes básicos.

El problema con el plástico es la dificultad de reciclarlo varias veces y la mano de obra que requiere reciclar. La mayoría de los plásticos que se encuentran en nuestros ecosistemas son caros y tediosos de recoger y, además, solo la mitad de ellos se pueden reciclar debido a la acumulación de sedimentos. Necesitamos explorar nuestras opciones, una de las cuales puede ser lo que hacemos en nuestro laboratorio aquí en Texas A&M.

A nuestro laboratorio le gusta ser minucioso cuando se trata de la descomposición del plástico, por lo que utilizamos dos enzimas para la degradación del PET. El PET se puede considerar como una cadena que consta de dos tipos de enlaces (o monómeros): ácido tereftálico (TPA) y etilenglicol. Si bien la PETase degrada el PET, a menudo deja un producto intermedio denominado MHET, que es una combinación de los dos monómeros. Para resolver este problema, nuestro cultivo también contiene bacterias equipadas con la enzima MHETase para descomponer este subproducto. Esto permite una descomposición completa del PET en sus componentes básicos.

Para que esto sea posible, utilizamos muchas de las técnicas y herramientas estándar de la biología sintética, como PCR y Gibson Assembly. La PCR o “reacción en cadena de la polimerasa” es un método de multiplicación de ADN que utilizamos para crear fragmentos de ADN que codifican varias proteínas. Gibson Assembly se basa en estos fragmentos que contienen regiones finales coincidentes que luego nos permiten combinarlos en una sola cadena de ADN que puede ser utilizada por las bacterias. Estas técnicas nos permiten insertar cualquier secuencia de ADN que deseamos en la bacteria para que pueda utilizarse para producir la proteína que codifica.

Nuestro primer objetivo es lograr la visualización superficial de las dos enzimas de las que hablamos. Normalmente, en E. coli, las proteínas producidas quedan atrapadas dentro de la célula y el proceso de eliminarlas y purificarlas puede ser bastante largo y costoso. Nuestra idea es llevar la enzima a la superficie de la célula, donde se puede usar mientras la célula está viva. Para ello, utilizamos nuestras técnicas de biología sintética para vincular la enzima a una proteína transportadora. Esta proteína se moverá naturalmente a la superficie de la bacteria mientras lleva consigo su enzima pasajera. Esto no solo evita el largo y costoso proceso de purificación, sino que también presenta el potencial para que un cultivo vivo degrada continuamente el PET.

También queríamos una manera de probar más rápidamente la actividad de nuestro sistema contra PET. El método más tradicional para probar la actividad de mezclar enzimas con una pieza de PET y luego probar la presencia de cualquier producto. Si bien esto es exacto, a menudo toma varios días ver buenos resultados. Planeamos usar un material interesante llamado FDBz que es similar en estructura al PET. Luego, PETase apuntará a esta molécula y la romperá para producir fluoresceína, un material que emite fluorescencia o brilla en respuesta a la luz. Cuanta más fluoresceína esté presente, más brillante brillará la muestra. Midiendo este brillo, podremos ver si la enzima o el cultivo que ponemos es capaz de degradar el PET. Hasta ahora hemos visto buenos resultados con este método y solo necesitamos de 2 a 3 horas para ejecutarlo.

Finalmente, queremos mostrar que nuestro sistema puede modificarse para adaptarse al trabajo de otros grupos. Muchos otros investigadores han buscado mejorar PETase, por ejemplo, haciéndolo funcionar más rápido o durar más en entornos más hostiles. Con este fin, utilizaremos nuestro método de visualización de superficie y pruebas de fluorescencia con PETase modificada. Nuestro objetivo es ilustrar que nuestro sistema funciona con PETase mejorado para brindar los mismos beneficios de ahorro de tiempo mientras se aprovechan sus mejoras. Esperamos que nuestro sistema sea útil como plataforma para continuar con la mejora de PETase y convertirlo en un método industrial para eliminar los residuos de PET.

Además del trabajo de laboratorio habitual, a nuestro equipo le apasionaba la educación y la divulgación. Tuvimos dos proyectos que nos permitieron colaborar, educar y llegar a una amplia variedad de personas. El primer proyecto fue un libro para colorear que llegó a las mentes jóvenes de los niños. Este libro para colorear siguió una enseñanza básica de biología y sus habilidades aplicables. Por ejemplo, el libro enseñaba sobre el ADN y luego mostraba lo que podíamos hacer con el ADN. En nuestro caso, mostró cómo hemos estado usando información genética para explorar la manipulación de bacterias para poder comer este plástico y descomponerlo. Colaboramos con la Universidad de Tejas en este proyecto para agregar algunas páginas relacionadas con su trabajo. Su exhibición de ADN demostró su trabajo de detección de ADN del síndrome de la nariz blanca en su población local de murciélagos. Usaron un cultivo de ADP1 para hacer esto. Nuestra colaboración con la Universidad de Tejas mostró una gran idea, los visitamos por un par de días. Nos mostraron su laboratorio húmedo y un recorrido por la ciudad. Al ser huéspedes muy hospitalarios, nos alegramos de que estuvieran tan dispuestos a trabajar con nosotros en nuestro primer año.

Asumir toda la basura plástica es una gran tarea, pero nunca es demasiado tarde para explorar las opciones que podemos tomar para descomponer el PET.

大家好！我们是来自德州农工大学的 iGEM 团队。自 6 月初以来，我们一直在努力使用 大肠杆菌培养物分解一类叫做PET 的塑料。德州农工大学的校风激情奋进，粗犷的Collie 牧羊犬是这所大学的吉祥物。我们培养的 菌群属于大肠杆菌，英文叫做E. coli，这与牧羊犬Collie 发音很像，因此我们将这 一菌群命名为 E.Collie。您在我们的网站、项目和实验室笔记中可以看到E.Collie 游来 游去。

我们团队正在努力创造一种细菌菌群来分泌可分解塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)的酶。 PET 是一种非常常见的一次性塑料，最常用于食品包装和瓶子 。目前 上的塑料只有一半左右可以被重复回收利用，这是因为一 方面分类回收塑料需要大量的经济和人力投入，另一方面杂质会在塑料中沉积，进一步提 高了分类回收再利用的难度。在回收利用之外，作为高分子材料，包括PET 在内的大多 数塑料都很难自然分解，即使在最佳条件下也需要数百年的时间才能完全自然降解。为了 应对日渐困难的塑料挑战，探索。

[我们所做的： 在实验室中，我们使用了PETase 和MHETase 两种酶对 PET 进行降解。 我们可以将 PET 看做由对苯二甲酸（TPA）和乙二醇这两种单体组成的链。PETase 酶会首先将 PET 的链断开降解，但它通常会留下一种由两个单体组成的叫做 MHET 的中间产物。为 了进一步将MHET 降解，我们的菌群中还含有能够分泌 MHETase 酶的细菌，这种酶可 以分解MHET ，使其最终将 PET 完全分解为其基础成分。

为了做到上面讲的两步降解，我们使用了包括 PCR 和 Gibson Assembly 在内的许多合 成生物学的标准技术和工具。 PCR “ ” 或 聚合酶链反应 是一种复制 DNA 的方法，我们用 它来制造人为编码了各种蛋白质的 DNA 片段。 这些DNA 片段的首尾被设计为成对匹配 的结构，可以通过Gibson Assembly 组合成一条可供细菌使用的 DNA 单链。通过组合 使用这些技术，我们得以将任何人为编码的DNA 序列插入细菌中以利用它来生产我们所 需要的蛋白质。

我们的第一个目标是实现上面谈到的两种酶的表面展示。通常大肠杆菌产生的蛋白质会被 困在细菌的细胞内，而从细菌内提取和纯化这些蛋白的过程往往费时且昂贵。我们的做法 是将酶蛋白带到细胞表面，如此一来在细胞存活时就可以使它发挥降解的作用。为此，我 “ ”们使用合成生物学技术将酶与转运蛋白联系起来。转运蛋白会携带着它的 乘客 酶蛋白 自然地移动到细菌表面。这不仅避免了漫长而昂贵的纯化过程，而且还为活培养物提供了 持续降解 PET 的潜力。

我们还开发出来一种快速测试我们培养的菌群对 PET 的影响的方法。传统的测试方法是 将酶与一块 PET 混合，然后测试是否存在任何降解的产品。尽管这种方法的准确性较高， 但通常需要数天才得出结果。我们计划使用一种结构类似于PET 叫做FDBz 的材料。这 种FDBz 材料在PETase 的作用下会分解产生光照下荧光或发光的荧光素。荧光素越多， 样品就会发出越亮的光。通过测量样品的亮度，我们就能够观测到目标酶或菌群是否能够 降解 PET。到目前为止，这种新的方法只需2 到3 个小时便可以得出很好的结果。

最后，我们想证明我们的菌群可以在适当的修改后兼容其他研究机构的工作成果。目前有 许多研究力求改进 PETase 这种酶，希望使其在更恶劣的环境中更快或更持久地工作。 我们将针对性地改进我们的表面显示方法和荧光测试，使它们同样适用于这种改性的 PETase 酶。我们的目标是让我们的系统与高性能的改进型 PETase 酶保持兼容，以便 始终提供有效的活细菌系统以及省时的检测便利。我们希望我们的系统能够被用于协助持 续改进PETase 酶，使其成为有效降解 PET 废物的工业方法。

在实验室的科学研究之外，我们的团队对教育和科普同样充满热情。我们的团队得以在科 研之外的两个项目里与许多不同背景的人接触，合作、并向他们讲解相关的知识。第一个 项目是协助编写一本触及孩子们年轻心灵的图书。这本涂色书描述了基础的生物学知识及 其应用技能。例如，这本书介绍了 DNA 以及我们可以用 DNA 做什么，比如利用遗传信 ” ”息来探索如何操纵细菌来 吃掉 这种塑料并将其分解。我们在这个项目上与德克萨斯大 学合作，书中也同时展示了他们近期的研究，包括他们在当地蝙蝠种群中使用 ADP1 菌 群来筛查白鼻综合征 DNA 的工作。我们还受邀去奥斯丁参观了他们的实验室。

处理包括PET 在内的塑料垃圾是一项艰巨的任务。