Trophic Conversion of an Obligate Photoautotrophic Organism to Produce Isobutyraldehyde in the Absence of Light
专性光合自养生物在无光情况下产生异丁醛的营养转化
基本信息
- 批准号:1132442
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-10-01 至 2015-09-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
ABSTRACTPI: Shota AtsumiProposal Number: 1132442Intellectual MeritGlobal climate change has stimulated efforts towards a reduction of net carbon dioxide (CO2) emissions. One approach to reduce net CO2 emission is to recycle the CO2 as a feedstock for producing fuels or chemicals using photosynthesis. In any scalable process, continuous production of biofuel under natural light conditions with a dinural (light/dark) cycle is critical to maximize production and minimize costs. The proposed research aims to genetically modify photosynthetic bacteria (cyanobacteria) to convert both CO2 and glucose into isobutyraldehyde, which can be converted to butanol, a potential liquid transportation fuel. Under light conditions, model cyanobacteria will be metabolically engineered to produce isobutyraldehyde from CO2. Systems biology approaches will be used to further engineer the cyanbacteria from an obligate photoautotroph into a heterotroph to produce isobutyraldehyde from glucose under dark conditions as well.The overall goals of this proposed research are to construct a platform to produce isobutyraldehyde in a cyanobacterium without light, gain understanding of the complex behavior of obligate photoautotrophs, and engineer their biological systems through rational design enabled by metabolic engineering and synthetic biology. The research plan has three components: 1) Heterologous expression of glucose transporter and 2-ketoglutarate dehydrogenase in the cyanobacterium Synechococcus elongatus; 2) Improvement of heterotrophic growth and production using evolutionary and genomic approaches; and 3) Characterization the engineered strains. The research outcomes have the potential to elucidate the critical mechanisms that cause obligate photoautotrophy in photosynthetic bacteria.Broader ImpactsThe proposed education activities will train undergraduate and graduate students in metabolic engineering and synthetic biology through team and peer mentorship approaches. The proposed outreach activities will be designed to stimulate interest of K-12 students in bioenergy topics using existing programs at University of California at Davis (UCD), including the Teen Biotech Challenge (TBC) program, and American Chemical Society (ACS) project SEED summer research program, and the UCD Young Scholars program.
摘要:Shota Atsumi提案编号:1132442知识产权全球气候变化促使人们努力减少二氧化碳(CO2)净排放量。 减少CO2净排放的一种方法是将CO2回收作为利用光合作用生产燃料或化学品的原料。 在任何可扩展的工艺中,在自然光条件下通过二度(亮/暗)循环连续生产生物燃料对于最大化产量和最小化成本至关重要。 拟议的研究旨在对光合细菌(蓝细菌)进行遗传修饰,将CO2和葡萄糖转化为异丁醛,后者可以转化为丁醇,这是一种潜在的液体运输燃料。 在光照条件下,模式蓝藻将被代谢工程化,从CO2中产生异丁醛。 系统生物学方法将被用于进一步将蓝藻从专性光合自养菌改造为异养菌,以在黑暗条件下利用葡萄糖生产异丁醛。本研究的总体目标是构建一个在无光条件下在蓝藻中生产异丁醛的平台,了解专性光合自养菌的复杂行为,并通过代谢工程和合成生物学的合理设计来设计他们的生物系统。 研究计划有三个组成部分:1)在蓝藻Synechococcus elongatus中异源表达葡萄糖转运蛋白和2-酮戊二酸脱氢酶; 2)使用进化和基因组方法改善异养生长和生产; 3)表征工程菌株。 研究成果有可能阐明的关键机制,导致专性光合细菌的光合自养。更广泛的影响拟议的教育活动将培养本科生和研究生在代谢工程和合成生物学通过团队和同伴导师的方法。 拟议的推广活动将旨在激发K-12学生对生物能源主题的兴趣,使用加州大学戴维斯分校(UCD)的现有计划,包括青少年生物技术挑战(TBC)计划,美国化学学会(ACS)项目种子夏季研究计划,以及UCD青年学者计划。
项目成果
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