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Best New Basic Part, Overgrad
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Best Energy Project
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Second Runner Up, Overgrad
目前世界上有很多地区的电力供应是影响发展的重大障碍，而即使是几小时的电力和照明也会对商业、健康、教育和家庭净收入产生巨大的积极影响。因此，2014年TU Darmstadt团队希望通过一种离网发电的方式——染料敏化太阳能电池（DSC或Grätzel cell）为贫困地区带来廉价的可再生能源，为消除贫困助力。
染料敏化太阳能电池（Grätzel cell），是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中的光合作用将太阳能转化为电能。TU Darmstadt团队采用合成生物学手段，在大肠杆菌中引入外源代谢途径，有效地合成Grätzel cell的主要成分——红色花青素染料天竺葵素，成功开发了一种利用可持续能源的Grätzel cell。
Grätzel cell（dye-sensitized solar cell ，DSC）是一种廉价的薄膜太阳能电池,它是由光敏电极和电解质构成的半导体，是一种电气化学系统。这种电池在技术上很有吸引力，不需要用精细的仪器来制造，它可以被制成软片，机械强度大，不需要特别保护就可以防护树枝或者冰雹的撞击。与常规的硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池（DSC）构造简单、成本低廉、可在低太阳辐射下操作、可双面操作、不含稀土元素、染料可生物降解且无毒等优点。
一般的染料敏化太阳能电池主要包括四部分：1. 染料 2. 电解质/氧化还原系统3. 一面涂有TiO2的导电载玻片 4. 一侧涂有石墨的导电载玻片
此类太阳能电池利用某些染料（如花青素）在二氧化钛受太阳光照处于激发态时转移电子， 电子转移后，花青素分子带正电荷。 通过从氧化还原系统接收电子，分子返回到不带电状态。 由碘化物电解质溶液组成的氧化还原系统通过石墨电极还原和再生。
花青素（来自希腊语：ἄνθος（anthos）“花”和κυάνεος/κυανοῦςkyaneos/ kyanous“深蓝色”）是水溶性液泡色素，水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡中不同的PH 值条件下，花青素使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。花青素属于黄酮类分子，是植物的次生代谢产物。花青素可作为食品添加剂，治疗和预防癌症等多方面应用。
本项目选择花青素“天竺葵素”作为太阳能电池的染料。天竺葵素是植物中的次级代谢产物。TU Darmastadt 团队通过在T7启动子控制下克隆7种酶重建该代谢物的生物合成，并使用IPTG在BL21（DE3）中表达操纵子。
1. 天竺葵素的合成途径
TU Darmastadt 团队选择在大肠杆菌中以酪氨酸为前体，构建七种外源基因（tcl，4-cl，chs，chi，f3h，dfr，ans）组成的生物合成途径，并将其分成两个模块：naringenin（柚皮素）中间体合成模块和天竺葵素合成模块。另外，在naringenin（柚皮素）中间体合成模块中设计了一种生物传感器，它可以测量关键中间体naringenin柚皮素的浓度，以此检测代谢通路的通畅与否，起到实时监测的作用。而在花青素合成模块分别对关键酶ANS理性设计改造和构建支架蛋白以增大代谢流通量。
2. Naringenin 生物传感器
FdeR是一种来自Herbaspirillum seropedicae 的二聚体蛋白，当有naringenin的存在时，FdeR二聚体结合naringenin分子形成一种复合物，并激活fdeR上游特定启动子区域，诱导强的基因表达。因此，TU Darmastadt团队选择组成型表达fdeR基因，当细胞中合成naringenine时，激活特定启动子，增强GFP的表达（原理示意图和实验结果如下）。
含有和不含T7-Naringenin操纵子的细胞沉淀
含有和不含T7-Naringenin操纵子的细胞的荧光
3. 天竺葵素合成模块
天竺葵素的合成模块，是以柚皮素为前体经过F3H, DFR和ANS三个酶反应合成天竺葵素的过程。此外，该项目使用理性设计方法改进了花青素合成酶（ANS），进一步提高了目标产物天竺葵素的产量。
发酵后含有产生天竺葵素的操纵子的大肠杆菌BL21（DE3）颗粒
4. 支架蛋白
为降低有毒中间产物naringenin的过量积累和其他不必要的副反应，建立支架蛋白F3H, DFR 和 ANS，以增加代谢通路流量。支架蛋白会导致酶附近局部的代谢物浓度增加，该支架在空间水平上使多种酶发挥最大活性，并因此可以通过代谢途径抵消瓶颈和中间体的过量产生。支架分子由三个不同的相互作用结构域组成，可以自由组合（x，y，z）。 选择的酶通过与特定所需结合结构域互补并附着于支架上。
