Keystone #

Biostone-Using cyanobacteria to display carbonic anhydrase for sustainable brick manufacturing #

Cement is the most widely used construction material, but its high carbon footprint calls for zero-carbon alternatives for sustainable development. Inspired by this year’s Turkish-Syrian earthquake, Team Keystone aims to develop a carbon-sequestering, self-healing building material. It utilizes carbonic anhydrase (CA) displayed on the surface of cyanobacteria to convert CO_2 into calcium carbonate, which binds sand aggregates at the nanoscale to increase compressive strength, forming “Biostone”. We successfully characterized CA activity and verified its enzymatic activity. Subsequently, we achieved CA surface display by displaying Spytag on surface-exposed structures on Synechocystis PCC 6803, SLP and PilA1, to bind to CA-SpyCatcher complex via covalent bonding, and indirectly validated functional surface display via GFP. Finally, using 3D models, we encapsulated engineered Synechocystis PCC 6803, CA, and sand within a sodium alginate hydrogel matrix to produce “Biostone”, paving the way for future production of more advanced bio-based construction materials.

セメントは最も広く使用されている建設材料ですが、その高いCO_2排出量は持続可能な開発のためのゼロカーボン代替材料の必要性を強く訴えています。今年起きたトルコ・シリアの地震を契機に、Keystoneチームは、カーボンを固定し自己修復能力を持つ建築材料の開発を目指しています。このチームは、シアノバクテリア表面に表示された炭酸脱水酵素（CA）を利用し、CO_2を石灰石に変換し、砂混合物をナノスケールで結合させ、圧縮強度を高めて「バイオストーン」を形成します。我々はCAの活性を正確に特性評価し、その酵素活性を確認した。その後、Synechocystis PCC 6803，SLP，PilA1の表面構造にSpytagを表示し、CA-SpyCatcher複合体と共有結合してCAの表面表示を達成し、GFPを経由して機能的な表面表示を間接的に確認した。最終的には、3Dモデルを使って、改造されたSynechocystis PCC 6803、CA、砂をソーダアルギン酸ヒドロゲルマトリクス内に封入し、「バイオストーン」を作ることに成功し、より進歩したバイオベースの建設材料の未来製造に道を開きました。

reference:

• iGEM Keystone Team Information
• iGEM Keystone Wiki