Collaborative Research: Mechanisms of Catalytic Enhancement of Immobilized Lipases by Tunable Polymer Materials

合作研究:可调高分子材料增强固定化脂肪酶的催化机制

基本信息

  • 批准号:
    2103613
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Methods to stabilize enzymes to improve their performance in industrial processes have been pursued for decades. A promising approach combines enzymes with synthetic polymers. Attaching enzymes to synthetic materials has been shown to enhance their recyclability. This approach has also been shown to decrease enzyme denaturation in extreme environments. However, little is understood about why certain materials stabilize some enzymes but not others. The overall goal is to understand and develop design rules on how to stabilize enzymes via immobilization to complex synthetic materials. This project will also provide multi-disciplinary training for graduate, undergraduate, and high school students. Project results will feed into an annual data science capstone project.Protein stabilization can be regulated by tuning the composition of random copolymer brushes to which the protein is attached. A detailed understanding of the molecular basis of this approach is critical. This understanding will be achieved by combining functional stability measurements, single-molecule methods to quantify conformational dynamics (e.g., unfolding and re-folding rates), and atomistic molecular dynamics simulations. Using this approach, the hypothesis that the chemical properties of the brush layer and enzyme surface should be well-correlated. To systematically test this hypothesis, several closely related, but structurally diverse lipases will be used. Single-molecule Förster resonance energy transfer and simulations will be used to distinguish between possible mechanisms of stabilization. Mechanisms to be evaluated via tuning the enzyme-brush interface, will include enhanced re-folding (i.e., a chaperone-like effect) and reduced unfolding. Additionally, the salient chemical features of the brush layer that contribute to the stabilization of enzymes will be identified. This work will leverage a novel algorithm to model and identify clusters of hydrophobic atoms on protein surfaces using unsupervised machine learning. The results of this work are expected to lead to transformational advances in industrial biocatalysis. The impact may extend to other fields, including biosensing, bioremediation, and smart materials.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
数十年来,已经采用了稳定酶以提高工业过程中的绩效的方法。诺言方法将酶与合成聚合物结合在一起。已显示将酶附加到合成材料上,以增强其可回收性。该方法还被证明可以减少极端环境中的酶变性。但是,关于某些材料为何稳定某些酶而不是其他材料的原因很少。总体目标是了解和制定有关如何通过固定在复杂合成材料中稳定酶的设计规则。该项目还将为研究生,本科和高中生提供多学科培训。项目结果将进食年度数据科学底石项目。可以通过调节附着蛋白的随机共聚物刷的组成来调节蛋白质稳定。对这种方法的分子基础的详细理解至关重要。通过结合功能稳定性测量,单分子方法来量化构象动力学(例如,展开和重新折叠速率)以及原子分子动力学模拟来实现这种理解。使用这种方法,应良好相关的刷层和酶表面的化学特性的假设。为了系统地检验这一假设,将使用几种密切相关的,但结构上不同的脂肪酶将被使用。单分子Förster共振能量传递和模拟将用于区分可能的稳定机制。通过调整酶 - 刷子界面进行评估的机制将包括增强的重新折叠(即类似伴侣的效应)和减少的展开。此外,将鉴定出有助于酶稳定的刷层的显着化学特征。这项工作将利用一种新颖的算法来建模并使用无监督的机器学习在蛋白质表面上识别疏水原子簇。这项工作的结果有望导致工业生物催化的变革性进步。这种影响可能会扩展到其他领域,包括生物传感,生物修复和智能材料。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被视为通过评估而被视为珍贵的支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jim Pfaendtner其他文献

Elucidation of structure–reactivity relationships in hindered phenols via quantum chemistry and transition state theory
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2006.12.080
  • 发表时间:
    2007-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Jim Pfaendtner;Linda J. Broadbelt
  • 通讯作者:
    Linda J. Broadbelt
Die Struktur des Silaffin-Peptids R5 aus Diatomeen in freistehenden zweidimensionalen Biosilikatwänden
Die Struktur des Silaffin-Peptids R5 aus Diatomeen in freistehenden zweiDimensionen Biosilikatwänden
  • DOI:
    10.1002/ange.201702707
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Lutz;Vance Jaeger;Lars Schmüser;Mischa Bonn;Jim Pfaendtner;Tobias Weidner
  • 通讯作者:
    Tobias Weidner
Estimation of vibrational spectra of Trp-cage protein from nonequilibrium metadynamics simulations
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2024.08.015
  • 发表时间:
    2024-10-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Sean A. Fischer;Steven J. Roeters;Heleen Meuzelaar;Sander Woutersen;Tobias Weidner;Jim Pfaendtner
  • 通讯作者:
    Jim Pfaendtner
Simulation Reveals Fundamental Behavior of the Actin Filament and Arp2/3 Branch Junction
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2009.12.3013
  • 发表时间:
    2010-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Jim Pfaendtner;Gregory A. Voth
  • 通讯作者:
    Gregory A. Voth
Designing Superhydrophilic, Disordered Peptides to Improve the Stability and Efficacy of Protein Therapeutics
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2018.11.1014
  • 发表时间:
    2019-02-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Joshua Smith;Patrick McMullen;Zhefan Yuan;Shaoyi Jiang;Jim Pfaendtner
  • 通讯作者:
    Jim Pfaendtner

Jim Pfaendtner的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jim Pfaendtner', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Experimental and computational methods to study chemical transformations of solid xylose into useful compounds
合作研究:研究固体木糖化学转化为有用化合物的实验和计算方法
  • 批准号:
    1703638
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Combined molecular simulation and experimental study to discover, predict and control enzyme immobilization in polymeric nanoparticles
结合分子模拟和实验研究来发现、预测和控制聚合物纳米粒子中的酶固定
  • 批准号:
    1703438
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRT-DESE: Data Intensive Research Enabling Clean Technologies (DIRECT)
NRT-DESE:数据密集型研究支持清洁技术(直接)
  • 批准号:
    1633216
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-DFG: Combining Simulation and Spectroscopy to Determine the Structure and Dynamics of Adsorbed Proteins - Application to Biomass Conversion
NSF-DFG:结合模拟和光谱学来确定吸附蛋白质的结构和动力学 - 在生物质转化中的应用
  • 批准号:
    1264459
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Catalyzing New International Collaborations: Integrating Multiscale Modeling With Protein-Surface Experiments
促进新的国际合作:将多尺度建模与蛋白质表面实验相结合
  • 批准号:
    1157509
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Computational Enzymology of Non-Aqueous Biocatalysis: Application to Biomass Pretreatment
职业:非水生物催化的计算酶学:在生物质预处理中的应用
  • 批准号:
    1150596
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
EAGER: COLLABORATIVE RESEARCH: Pyrolysis of Cellulose Intermediate Liquids: Automated Mechanism Development and Experimental Characterization
EAGER:合作研究:纤维素中间液体的热解:自动化机制开发和实验表征
  • 批准号:
    1066026
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
PASI: Molecular-Based Multiscale Modeling and Simulation; Montevideo, Uruguay; September 1-14, 2012
PASI:基于分子的多尺度建模和模拟;
  • 批准号:
    1124480
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
BRIGE: Understanding Protein-Surface Interactions Through Multiscale Modeling: Application to Biofuel Cells
BRIGE:通过多尺度建模了解蛋白质-表面相互作用:在生物燃料电池中的应用
  • 批准号:
    1032368
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
International Research Fellowship Program: Biomass-Derived Fuels: Modeling and Simulation of Enzymatic Processes
国际研究奖学金计划:生物质衍生燃料:酶促过程的建模和模拟
  • 批准号:
    0700080
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Fellowship Award

相似国自然基金

A-型结晶抗性淀粉调控肠道细菌协作产丁酸机制研究
  • 批准号:
    32302064
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
车联网中基于多智能体系统的协同优化机制研究
  • 批准号:
    62302062
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向智能物联网的端边协作机制与任务调度方法研究
  • 批准号:
    62372038
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CLSTN3β介导的内质网-线粒体协作调控白色脂肪细胞能量代谢改善肥胖的机制研究
  • 批准号:
    82300980
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多UAV协作的大规模传感网并发充电模型及其服务机制研究
  • 批准号:
    62362017
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: Deciphering the mechanisms of marine nitrous oxide cycling using stable isotopes, molecular markers and in situ rates
合作研究:利用稳定同位素、分子标记和原位速率破译海洋一氧化二氮循环机制
  • 批准号:
    2319097
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: Revealing the Physical Mechanisms Underlying the Extraordinary Stability of Flying Insects
EAGER/合作研究:揭示飞行昆虫非凡稳定性的物理机制
  • 批准号:
    2344215
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Mechanisms of community coalescence in synthetic microbiomes
合作研究:合成微生物组中群落合并的机制
  • 批准号:
    2328529
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Mechanisms of community coalescence in synthetic microbiomes
合作研究:合成微生物组中群落合并的机制
  • 批准号:
    2328528
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Integrating Optimal Function and Compliant Mechanisms for Ubiquitous Lower-Limb Powered Prostheses
合作研究:将优化功能和合规机制整合到无处不在的下肢动力假肢中
  • 批准号:
    2344765
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.84万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了