@phdthesis{Pramanik2023,
  author    = {Pramanik, Shreya},
  title     = {Protein reconstitution in giant vesicles},
  doi       = {10.25932/publishup-61278},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-612781},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {VIII, 132},
  year      = {2023},
  abstract  = {Das Leben auf der Erde ist vielf{\"a}ltig und reicht von einzelligen Organismen bis hin zu mehrzelligen Lebewesen wie dem Menschen. Obwohl es Theorien dar{\"u}ber gibt, wie sich diese Organismen entwickelt haben k{\"o}nnten, verstehen wir nur wenig dar{\"u}ber, wie "Leben" aus Molek{\"u}len entstanden ist. Die synthetische Bottom-up-Biologie zielt darauf ab, minimale Zellen zu schaffen, indem sie verschiedene Module wie Kompartimentierung, Wachstum, Teilung und zellul{\"a}re Kommunikation kombiniert. Alle lebenden Zellen haben eine Membran, die sie von dem sie umgebenden w{\"a}ssrigen Medium trennt und sie sch{\"u}tzt. Dar{\"u}ber hinaus haben alle eukaryotischen Zellen Organellen, die von intrazellul{\"a}ren Membranen umschlossen sind. Jede Zellmembran besteht haupts{\"a}chlich aus einer Lipiddoppelschicht mit Membranproteinen. Lipide sind amphiphile Molek{\"u}le, die molekulare Doppelschichten aus zwei Lipid-Monoschichten oder Bl{\"a}ttchen bilden. Die hydrophoben Ketten der Lipide sind einander zugewandt, w{\"a}hrend ihre hydrophilen Kopfgruppen die Grenzfl{\"a}chen zur w{\"a}ssrigen Umgebung bilden. Riesenvesikel sind Modellmembransysteme, die Kompartimente mit einer Gr{\"o}ße von mehreren Mikrometern bilden und von einer einzigen Lipiddoppelschicht umgeben sind. Die Gr{\"o}ße der Riesenvesikel ist mit der Gr{\"o}ße von Zellen vergleichbar und macht sie zu guten Membranmodellen, die mit einem Lichtmikroskop untersucht werden k{\"o}nnen. Allerdings fehlen den Riesenvesikelmembranen nach der ersten Pr{\"a}paration Membranproteine, die in weiteren Pr{\"a}parationsschritten in diese Membranen eingebaut werden m{\"u}ssen. Je nach Protein kann es entweder {\"u}ber Ankerlipide an eines der Membranbl{\"a}ttchen gebunden oder {\"u}ber seine Transmembrandom{\"a}nen in die Lipiddoppelschicht eingebaut werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung von Riesenvesikeln und der Rekonstitution von Proteinen in diesen Vesikeln. Außerdem wird ein mikrofluidischer Chip entworfen, der in verschiedenen Experimenten verwendet werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden anderen Forschern helfen, die Protokolle f{\"u}r die Herstellung von GUVs zu verstehen, Proteine in GUVs zu rekonstituieren und Experimente mit dem mikrofluidischen Chip durchzuf{\"u}hren. Auf diese Weise wird die vorliegende Arbeit f{\"u}r das langfristige Ziel von Nutzen sein, die verschiedenen Module der synthetischen Biologie zu kombinieren, um eine Minimalzelle zu schaffen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{ChandrakanthShetty2021,
  author    = {Chandrakanth Shetty, Sunidhi},
  title     = {Directed chemical communication in artificial eukaryotic cells},
  doi       = {10.25932/publishup-53364},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-533642},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2021},
  abstract  = {Eukaryotic cells can be regarded as complex microreactors capable of performing various biochemical reactions in parallel which are necessary to sustain life. An essential prerequisite for these complex metabolic reactions to occur is the evolution of lipid membrane-bound organelles enabling compartmental- ization of reactions and biomolecules. This allows for a spatiotemporal control over the metabolic reactions within the cellular system. Intracellular organi- zation arising due to compartmentalization is a key feature of all living cells and has inspired synthetic biologists to engineer such systems with bottom-up approaches. Artificial cells provide an ideal platform to isolate and study specific re- actions without the interference from the complex network of biomolecules present in biological cells. To mimic the hierarchical architecture of eukaryotic cells, multi-compartment assemblies with nested liposomal structures also re- ferred to as multi-vesicular vesicles (MVVs) have been widely adopted. Most of the previously reported multi-compartment systems adopt bulk method- ologies which suffer from low yield and poor control over size. Microfluidic strategies help circumvent these issues and facilitate a high-throughput and robust technique to assemble MVVs of uniform size distribution. In this thesis, firstly, the bulk methodologies are explored to build MVVs and implement a synthetic signalling cascade. Next, a polydimethylsiloxane (PDMS)-based microfluidic platform is introduced to build MVVs and the significance of PEGylated lipids for the successful encapsulation of inner com- partments to generate stable multi-compartment systems is highlighted. Next, a novel two-inlet channel PDMS-based microfluidic device to create MVVs encompassing a three-step enzymatic reaction cascade is presented. A directed reaction pathway comprising of the enzymes α-glucosidase (α-Glc), glucose oxidase (GOx), and horseradish peroxidase (HRP) spanning across three compartments via reconstitution of size-selective membrane proteins is described. Furthermore, owing to the monodispersity of our MVVs due to microfluidic strategies, this platform is employed to study the effect of com- partmentalization on reaction kinetics. Further integration of cell-free expression module into the MVVs would allow for gene-mediated signal transduction within artificial eukaryotic cells. Therefore, the chemically inducible cell-free expression of a membrane protein alpha-hemolysin and its further reconstitution into liposomes is carried out. In conclusion, the present thesis aims to build artificial eukaryotic cells to achieve size-selective chemical communication that also show potential for applications as micro reactors and as vehicles for drug delivery.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Naseri2018,
  author    = {Naseri, Gita},
  title     = {Plant-derived transcription factors and their application for synthetic biology approaches in Saccharomyces cerevisiae},
  doi       = {10.25932/publishup-42151},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421514},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {187},
  year      = {2018},
  abstract  = {Bereits seit 9000 Jahren verwendet die Menschheit die B{\"a}ckerhefe Saccharomyces cerevisiae f{\"u}r das Brauen von Bier, aber erst seit 150 Jahren wissen wir, dass es sich bei diesem unerm{\"u}dlichen Helfer im Brauprozess um einzellige, lebende Organismen handelt. Und die B{\"a}ckerhefe kann noch viel mehr. Im Rahmen des Forschungsgebietes der Synthetischen Biologie soll unter anderem die B{\"a}ckerhefe als innovatives Werkzeug f{\"u}r die biobasierte Herstellung verschiedenster Substanzen etabliert werden. Zu diesen Substanzen z{\"a}hlen unter anderem Feinchemikalien, Biokraftstoffe und Biopolymere sowie pharmakologisch und medizinisch interessante Pflanzenstoffe. Damit diese verschiedensten Substanzen in der B{\"a}ckerhefe hergestellt werden k{\"o}nnen, m{\"u}ssen große Mengen an Produktionsinformationen zum Beispiel aus Pflanzen in die Hefezellen {\"u}bertragen werden. Dar{\"u}ber hinaus m{\"u}ssen die neu eingebrachten Biosynthesewege reguliert und kontrolliert in den Zellen ablaufen. Auch Optimierungsprozesse zur Erh{\"o}hung der Produktivit{\"a}t sind notwendig. F{\"u}r alle diese Arbeitsschritte mangelt es bis heute an anwendungsbereiten Technologien und umfassenden Plattformen. Daher wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit verschiedene Technologien und Plattformen zur Informations{\"u}bertragung, Regulation und Prozessoptimierung geplant und erzeugt. F{\"u}r die Konstruktion von Biosynthesewegen in der B{\"a}ckerhefe wurde als erstes eine Plattform aus neuartigen Regulatoren und Kontrollelementen auf der Basis pflanzlicher Kontrollelemente generiert und charakterisiert. Im zweiten Schritt erfolgte die Entwicklung einer Technologie zur kombinatorischen Verwendung der Regulatoren in der Planung und Optimierung von Biosynthesewegen (COMPASS). Abschließend wurde eine Technologie f{\"u}r die Prozessoptimierung der ver{\"a}nderten Hefezellen entwickelt (CapRedit). Die Leistungsf{\"a}higkeit der entwickelten Plattformen und Technologien wurde durch eine Optimierung der Produktion von Carotenoiden (Beta-Carotin und Beta-Ionon) und Flavonoiden (Naringenin) in Hefezellen nachgewiesen. Die im Rahmen der Arbeit etablierten neuartigen Plattformen und innovativen Technologien sind ein wertvoller Grundbaustein f{\"u}r die Erweiterung der Nutzbarkeit der B{\"a}ckerhefe. Sie erm{\"o}glichen den Einsatz der Hefezellen in kosteneffizienten Produktionswegen und alternativen chemischen Wertsch{\"o}pfungsketten. Dadurch k{\"o}nnen zum Beispiel Biokraftstoffe und pharmakologisch interessante Pflanzenstoffe unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen, Reststoffen und Nebenprodukten hergestellt werden. Dar{\"u}ber hinaus ergeben sich Anwendungsm{\"o}glichkeiten zur Bodensanierung und Wasseraufbereitung.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hochrein2017,
  author    = {Hochrein, Lena},
  title     = {Development of a new DNA-assembly method and its application for the establishment of a red light-sensing regulation system},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404441},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {146},
  year      = {2017},
  abstract  = {In der hier vorgelegten Doktorarbeit wurde eine Strategie zur schnellen, einfachen und zuverl{\"a}ssigen Assemblierung von DNS-Fragmenten, genannt AssemblX, entwickelt. Diese kann genutzt werden, um komplexe DNS-Konstrukte, wie beispielsweise komplette Biosynthesewege, aufzubauen. Dies dient der Produktion von technisch oder medizinisch relevanten Produkten in biotechnologisch nutzbaren Organismen. Die Vorteile der Klonierungsstrategie liegen in der Schnelligkeit der Klonierung, der Flexibilit{\"a}t bez{\"u}glich des Wirtsorganismus, sowie der hohen Effektivit{\"a}t, die durch gezielte Optimierung erreicht wurde. Die entwickelte Technik erlaubt die nahtlose Assemblierung von Genfragmenten und bietet eine Komplettl{\"o}sung von der Software-gest{\"u}tzten Planung bis zur Fertigstellung von DNS-Konstrukten, welche die Gr{\"o}ße von Mini-Chromosomen erreichen k{\"o}nnen. Mit Hilfe der oben beschriebenen AssemblX Strategie wurde eine optogenetische Plattform f{\"u}r die B{\"a}ckerhefe Saccharomyces cerevisiae etabliert. Diese besteht aus einem Rotlicht-sensitiven Photorezeptor und seinem interagierenden Partner aus Arabidopsis thaliana, welche in lichtabh{\"a}ngiger Weise miteinander agieren. Diese Interaktion wurde genutzt, um zwei Rotlicht-aktivierbare Proteine zu erstellen: Einen Transkriptionsfaktor, der nach Applikation eines Lichtpulses die Produktion eines frei w{\"a}hlbaren Proteins stimuliert, sowie eine Cre Rekombinase, die ebenfalls nach Bestrahlung mit einer bestimmten Wellenl{\"a}nge die zufallsbasierte Reorganisation bestimmter DNS-Konstrukte erm{\"o}glicht. Zusammenfassend wurden damit drei Werkzeuge f{\"u}r die synthetische Biologie etabliert. Diese erm{\"o}glichen den Aufbau von komplexen Biosynthesewegen, deren Licht-abh{\"a}ngige Regulation, sowie die zufallsbasierte Rekombination zu Optimierungszwecken.},
  language  = {en}
}