Team:METU Turkey/Description

Welcome!
We are Team METU_Turkey!

Project Description

As an autoimmune disease, celiac disease is sensitivity to grains such as wheat rye and barley that have gliadin which is a glycoprotein complex rich in proline and glutamine, especially alpha-2-gliadin. Alfa-2-glaidin basically binds to a specific receptor called HLA-DQ2 or HLA-DQ8. This is because tTG alter the alfa-2-gliadin’s charge density which results in highly negative charges. This negative charge density creates significant binding effect to alfa-2-gliadin to HLA-DQ2 OR HLA-DQ8. This receptor is an important key component of the immune system, which has loci at chromosome 6. Epitopes of that receptor create cellular signaling pathway which results in increase of T and B-cells. These important immune cells eventually kill the specific antigens presented cells. Thus, in order to prevent this autoimmune disorder, our project aims to destroy these specific subunits of gluten before the intake of food. This will be accomplished by adding specific enzymes’ genes to E.coli’s genome. Then, E.coli will be added into dough while it is in fermentation process. So during the process of fermentation, specific enzymes’ genes will be transcribed and they will break down the gluten. To sum up, with the specific enzyme, which is expressed by E.coli, will alter and brake down the specific protein subunit which is a key component of celiac disease, . In addition, we would like to improve the consistency of gluten-free bread by letting bacteria secrete additives. For the efficiency of the gluten destruction process, the homogenization of dough will also be improved by the bacteria secretion of additives. Last but not least, receptor complex within E.coli is going to be designed and this will enable the bacteria to express a receptor which is like HLA-DQ; in order to detect whether there is a gluten or not.

Project Summary

People with celiac disease have to consume gluten free food because gluten creates an auto-immune response in their body. However, gluten free food is a lot more expensive than normal food. That is why, we decided to find a solution to this problem by taking kumamolisin and putting it in a vector of yeast that has alpha secretion factor then putting the plasmid in yeast. The yeast will produce and secrete kumamolisin enzyme to its external environment and will destroys gluten while the bread continues to be fermented. We also prepared a gluten detection kit using green fluroscent protein in PQLP aminoacid sequence. If kumamolisin cuts the gluten it will have cut GFP as well so there will be no colour but if it does not cut the gluten than it also has not cut GFP so green color will be observed.

Project Circuit

We modernized m-cherry (BBa_J06504) part to report the absence of the gluten protein in a solution or in a dough that our updated Kumamax enzyme is inactive in the environment. When the absence of the protein of the gluten our repoter gene is expressed and give red light to environment. Besides LacI promoter works under acidic environment in the dough formation.

Kill Switch Circuit

Strong promoter without thickener of LuxR and antiholin sequence: For our kill switch model first we design a circuit that secrete antiholin LuxR gene to supress the activity of holin and endolysin enzymes for working under normal conditions by digesting gluten into its small particles. After this composite part we design a new circuit that our composite gene part secrete a thickener(Xanthan Gum) that dough doesn't lose its stability and viscose structure type for consumers' choice.

Lux promoter activated by thickener(Xanthan Gum) gene part of LuxR and it start to lyse the cell with holin and endolysin activity.

Why did we choose this project?

Having noticed how expensive gluten detection kits and gluten free food are, we decides to do something about it. We are aiming to provide gluten detection much cheaper than the kits that are already sold, so that gluten detection will be easier for celiac patients and they will have an easier time choosing unknown food to eat. Also, with our yeast, it will be much cheaper to prepare gluten free bread and it will be posssible to do this with normal wheat flour.

We also got inspired from Washington and Colorado State Teams. Our aspect was to improve the perspective towards celiac disease, gluten degredation and gluten detection.

Our Abstract in Turkish

Modern Biyoloji’nin gelişmesi ile birlikte, en önemli hastalıklardan biri olarak kabul edilmeye başlayan Çölyak Hastalığı, insanların yaşama standartlarını ve beslenme şekillerini önemli ölçüde etkilemektedir. Temel olarak Çölyak Hastalığı bir otoimmün bozukluktur. Otoimmün bozukluklar vücudun kendini yabancı bir organizma olarak görmesi sonucu, bağışıklık hücreleri ile belirlenmiş ve işaretlenmiş organlara ya da dokulara saldırmasıdır. Çölyak Hastalığı da aynı bozukluktan kaynaklanmaktadır. Bu bozukluk Gluten’in ince bağırsaklara girmesi ve tespit edilmesi ile başlar. Gluten’in içeriğinde bulunan belli proteinler ve onların üç boyutlu yapıları insanların bağırsaklarında bulunan genetiksel olarak farklılaşmış reseptörler ile tespit edilir. Bu tespit edilme aşaması sonrası ve sırasında birçok biyokimyasal tepkime ve mekanizma sonucu, bağışıklık hücrelerine sinyal gönderilir. Gönderilmiş olan bu sinyal bağışıklık hücreleri tarafından vücut içerisinde kendisine karşı patojen olabilecek bir organizma varmış gibi davranıp, harekete geçer ve tespit edilen molekülleri öldürür fakat moleküllerin parçalanması için reseptörlerin de parçalanması gerekmektir, bundan dolayı bağışıklık hücreleri, vücudun bağırsak hücrelerine saldırır ve onları parçalar. Çölyak ile başa çıkabilmenin en önemli yolun Gluten’in vücuda girmemesinden geçmekte olduğu bilinmektedir. Bundan dolayı birçok önemli marka, Glutensiz hamur yapmaktadır. Fakat bu fabrikasyon süreci çok ağır ve meşakatlidir. Bizim, iGEM ODTÜ olarak yapmayı planladığımız proje ise hem bu fabrikasyon sürecini rahatlatacak hem de ev koşullarında Çölyak haslatalarının basit ve ucuz bir şekilde, normal hamur hazırlarcasına, Glutensiz hamur hazırlamasına olanak sağlayacaktır. iGEM projemiz kapsamında hazırlanacak hamura bakteri kolonisi eklenecektir. Bu tasarlanmış bakteri kolonisi Gluteni zararsız forma kadar sindirmeye yarayacak olan enzimleri barındıracaktır. Buna ek olarak bu bakteri kolonisi yapılan hamurun içindeki Gluten miktarını tespit edecek ve kullanıcıya bunu gösterecektir. Kullanılacak olan enzim daha önceden hamur içerisinde hiç kullanılmamış olup takımımız tarafından ilk defa denenerek karakterizasyonu gerçekleştirilecektir. Enzimin çalışmaması ihtimalini de gözeterek; takımımız gerekli teorik araştırmalar neticesinde bir çok alternatif enzim bulmuş ve bu amaç için yeni enzimlerin tasarlanabileceğini ortaya koymuştur. Bununla beraber kullanılacak olan tespit bakterileri ise insan vücudundaki spesifik reseptörleri taklit edecek ve hamurun içerisindeki Gluten’i tespit etmemize olanak sağlayacaktır.

Our Summary in Turkish

*Çölyak hastalarının güvenle yiyebilecekleri tahıl ürünlerinin üretimi *Tasarladığımız maya, mayalanma aşamasında üründeki gluteni sindirerek, çölyak hastalarının yiyebileceği tahıl ürünlerinin üretim hızını arttırmak, üretim maliyetini azaltmak *Dolayısıyla mevcut durumda kısıtlı olan ürün çeşitliliğini arttırmak *Çölyak hastalarının herhangi bir gıdayı tüketmeden önce gıdanın ufak bir kısmına mayamızdan dökerek üzerindeki renk değişikliğinden içinde gluten olup olmadığına dair tespit yapma *Mayamızın fabrikasyon üretimini verimlileştirmesinin yanı sıra, kişilere evlerinde de ucuz bir undan örneğin glütensiz ekmek hazırlama olanağı tanıma