Genomic design principles of carbon exchange between algae and bacteria

藻类和细菌之间碳交换的基因组设计原理

基本信息

  • 批准号:
    2117477
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.15万
  • 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:
    2021-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research will discover the rules for building ecosystems that cycle carbon. Life on Earth is sustained by a global carbon cycle. Understanding how and why this cycling is maintained is a critically important question given the growing impact of human activity on carbon dioxide levels in the atmosphere. Carbon cycling happens through two processes: photosynthesis which creates sugars and biomass from carbon dioxide, and respiration which converts sugars and biomass back to carbon dioxide. Remarkably, roughly half of all of the photosynthesis on the planet is performed by microbes such as algae. Algae provide carbon in the form of sugars and other compounds to bacteria. The resulting growth of bacteria is not only essential for the health and function of nearly all ecosystems on the planet but key to the global carbon cycle. Despite the critical nature of this interaction, the principles the govern how carbon flows from algae to bacteria and back are not known. The project will uncover these principles using closed microbial biospheres: hermetically sealed microbial communities that sustain a carbon cycle between algae and bacteria when provided with only light. Uncovering these rules will open the door to predicting, designing, and controlling carbon flow through microbial communities with applications from modeling global carbon cycling to biofuels. The research is accompanied by a new curriculum that is directed at bringing cutting-edge experimental and data science methods to students of Ecology and Evolution as well as accessible demonstrations of scientific ideas to middle school age students.The research objective of this proposal is to discover the design principles governing carbon exchange between algae and bacteria and to apply these principles to build synthetic communities with predefined carbon cycling capabilities. A key roadblock to unlocking the power of microbial communities is that we do not know how genomic structure determines metabolic function. The project combines carbon-cycling closed microbial communities, high-throughput measurements, and machine-learning to discover the key genomic features (pathways and taxa) that enable carbon exchange between algae and bacteria. The outcomes of the project will be: (1) Combine machine learning and high-throughput measurements of carbon cycling to predict carbon exchange between algae and bacteria using taxonomic and metagenomic information and to test these predictions in synthetic consortia. (2) Dissect the interactions that sustain carbon exchange in algae-bacteria communities by exploiting a massively parallel droplet microfluidic platform to measure thousands of interactions. Leverage these insights to construct a consumer-resource model of carbon exchange and predict the impact of algal mutations on carbon recycling.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.
这项研究将发现建立循环碳的生态系统的规则。地球上的生命由全球碳循环维持。鉴于人类活动对大气中二氧化碳水平的影响越来越大,了解这种循环是如何以及为什么保持的是一个至关重要的问题。碳循环通过两个过程发生:光合作用,从二氧化碳中产生糖和生物质,呼吸作用将糖和生物质转化为二氧化碳。值得注意的是,地球上大约一半的光合作用是由藻类等微生物进行的。藻类以糖和其他化合物的形式为细菌提供碳。细菌的生长不仅对地球上几乎所有生态系统的健康和功能至关重要,而且对全球碳循环至关重要。尽管这种相互作用具有关键性,但碳如何从藻类流向细菌并返回的原理尚不清楚。该项目将使用封闭的微生物生物圈来揭示这些原理:密封的微生物群落,在只有光的情况下维持藻类和细菌之间的碳循环。揭示这些规则将为预测、设计和控制通过微生物群落的碳流打开大门,其应用范围从模拟全球碳循环到生物燃料。这项研究是伴随着一个新的课程,旨在使削减-本项目的研究目标是发现藻类和细菌之间碳交换的设计原理,并将这些原理应用于构建具有预定碳的合成群落。循环能力。解开微生物群落力量的一个关键障碍是,我们不知道基因组结构如何决定代谢功能。该项目结合了碳循环封闭微生物群落,高通量测量和机器学习,以发现能够实现藻类和细菌之间碳交换的关键基因组特征(途径和分类群)。该项目的成果将是:(1)将联合收割机与碳循环的高通量测量相结合,利用分类学和宏基因组信息预测藻类和细菌之间的碳交换,并在合成财团中测试这些预测。(2)通过利用大规模并行液滴微流控平台来测量数千种相互作用,剖析维持藻类-细菌群落中碳交换的相互作用。利用这些见解来构建碳交换的消费者-资源模型,并预测藻类突变对碳循环的影响。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
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 }}

Seppe Kuehn其他文献

Functional regimes define soil microbiome response to environmental change
功能型群落决定土壤微生物群落对环境变化的响应
  • DOI:
    10.1038/s41586-025-09264-9
  • 发表时间:
    2025-07-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    48.500
  • 作者:
    Kiseok Keith Lee;Siqi Liu;Kyle Crocker;Jocelyn Wang;David R. Huggins;Mikhail Tikhonov;Madhav Mani;Seppe Kuehn
  • 通讯作者:
    Seppe Kuehn
Constraints on microbial metabolic complexity
微生物代谢复杂性的限制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    28.3
  • 作者:
    Zeqian Li;Vaibhhav Sinha;Seppe Kuehn
  • 通讯作者:
    Seppe Kuehn
The community-function landscape of microbial consortia
微生物群落的群落功能景观
  • DOI:
    10.1016/j.cels.2022.12.011
  • 发表时间:
    2023-02-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.700
  • 作者:
    Alvaro Sanchez;Djordje Bajic;Juan Diaz-Colunga;Abigail Skwara;Jean C.C. Vila;Seppe Kuehn
  • 通讯作者:
    Seppe Kuehn

Seppe Kuehn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('Seppe Kuehn', 18)}}的其他基金

BBSRC-NSF/BIO: Collaborative Research: Focusing a quantitative lens on Synthetic Phototrophic Communities
BBSRC-NSF/BIO:合作研究:将定量视角聚焦于合成光养群落
  • 批准号:
    2105796
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: MTM 1: Decoding the genomic rules of denitrification in bacterial communities
合作研究:MTM 1:解码细菌群落反硝化的基因组规则
  • 批准号:
    2025293
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
BBSRC-NSF/BIO: Collaborative Research: Focusing a quantitative lens on Synthetic Phototrophic Communities
BBSRC-NSF/BIO:合作研究:将定量视角聚焦于合成光养群落
  • 批准号:
    1921439
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Applications of AI in Market Design
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    外国青年学者研 究基金项目
基于“Design-Build-Test”循环策略的新型紫色杆菌素组合生物合成研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
在噪声和约束条件下的unitary design的理论研究
  • 批准号:
    12147123
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    18 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
基于贝叶斯网络可靠度演进模型的城市雨水管网整体优化设计理论研究
  • 批准号:
    51008191
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
协同中继系统跨层资源分配与优化调度的理论及方法
  • 批准号:
    60972070
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型M4受体选择性拮抗剂的研究
  • 批准号:
    30973615
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多跳无线 MESH 网络中 QoS 保障算法的研究设计和性能分析
  • 批准号:
    60902041
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
下一代无线通信系统自适应调制技术及跨层设计研究
  • 批准号:
    60802033
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
最优证券设计及完善中国资本市场的路径选择
  • 批准号:
    70873012
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
无重复析因设计的散度效应分析
  • 批准号:
    10626037
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目

相似海外基金

Implementation of an impact assessment tool to optimize responsible stewardship of genomic data in the cloud
实施影响评估工具以优化云中基因组数据的负责任管理
  • 批准号:
    10721762
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
Enhancing gnomAD Sustainability: Implementing Site Reliability Engineering Principles for Genomic Data Infrastructure
增强 gnomAD 可持续性:实施基因组数据基础设施站点可靠性工程原则
  • 批准号:
    10838180
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
A Sociotechnical Approach to Improving Security and Privacy in the Genomic Data Ecosystem
提高基因组数据生态系统安全性和隐私性的社会技术方法
  • 批准号:
    10551193
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
A Sociotechnical Approach to Improving Security and Privacy in the Genomic Data Ecosystem
提高基因组数据生态系统安全性和隐私性的社会技术方法
  • 批准号:
    10355639
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
A Data and Administrative Coordinating Center for the Impact of Genomic Variation on Function Consortium
基因组变异对功能联盟影响的数据和行政协调中心
  • 批准号:
    10478188
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
A Data and Administrative Coordinating Center for the Impact of Genomic Variation on Function Consortium
基因组变异对功能联盟影响的数据和行政协调中心
  • 批准号:
    10631138
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
A Data and Administrative Coordinating Center for the Impact of Genomic Variation on Function Consortium
基因组变异对功能联盟影响的数据和行政协调中心
  • 批准号:
    10296944
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
Implementing the Genomic Data Science Analysis, Visualization, and Informatics Lab-space (AnVIL)
实施基因组数据科学分析、可视化和信息学实验室空间 (AnVIL)
  • 批准号:
    9789931
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
Implementing the Genomic Data Science Analysis, Visualization, and Informatics Lab-space (AnVIL)
实施基因组数据科学分析、可视化和信息学实验室空间 (AnVIL)
  • 批准号:
    10450774
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
Implementing the Genomic Data Science Analysis, Visualization, and Informatics Lab-space (AnVIL)
实施基因组数据科学分析、可视化和信息学实验室空间 (AnVIL)
  • 批准号:
    9974560
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 55.15万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了