Directed Co-evolution of Next Generation Biohybrids for Energy Conversion

用于能量转换的下一代生物混合体的定向协同进化

基本信息

  • 批准号:
    EP/Z000440/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 221.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2024 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Biological-material hybrid systems are increasingly important in medicine, biotechnology and energy. In particular, microbial biohybrids offer unique advantages for sustainable energy conversion (e.g. scalability and product versatility), but their under-performances curtail their application and impact. State-of-the-art approaches to biohybrid research are slow and confined, with many hidden antagonistic interactions at the bio-material interface to overcome.Here, I aim to create a ground-breaking approach that directly targets the creation, identification, and characterisation of synergistic microbial-material interactions to enable a step-change in generating green energy biohybrids that are high-performing, robust and scalable. Towards this, I will i) develop new methodologies to generate large targeted libraries of key biohybrid components (the electrode, cells and charge carriers); ii) pioneer the powerful concept of directed co-evolution for bio-material engineering. Unlike classical directed evolution where only biological elements are optimised, I will iteratively select for high performing bio-material partnerships under stringent criteria. When these outcomes are compared against those from conventional screening, the identification of synergistic, antagonist or purely independent bio-material interactions will be possible. I will then iii) characterise these partnerships to fill large knowledge gaps within the field to understand how synergism can be designed, instead of found.I will employ cyanobacterial hybrids for solar-electricity generation as model systems, targeting final stable photocurrents of near the top theoretical value 2.4 mA/cm2 (>50-fold above typical systems). This work sets the stage for the transformation of other biohybrids and composite functional materials, and the opening up of a new field: the directed co-evolution of hybrid systems.
生物-材料混合系统在医学、生物技术和能源领域越来越重要。特别是,微生物生物混合物为可持续能源转换提供了独特的优势(例如可扩展性和产品多功能性),但其性能不佳限制了其应用和影响。国家的最先进的方法,生物杂交研究是缓慢和局限的,与许多隐藏的拮抗作用在生物材料的接口,以克服。在这里,我的目标是创建一个突破性的方法,直接针对创建,识别和表征协同微生物材料的相互作用,使一个步骤的变化,产生高性能,鲁棒性和可扩展的绿色能源生物杂交。为此,我将i)开发新的方法来生成关键生物混合组件(电极,细胞和电荷载体)的大型目标库; ii)开创生物材料工程定向共同进化的强大概念。与经典的定向进化不同,只有生物元素被优化,我将在严格的标准下迭代地选择高性能的生物材料伙伴关系。当这些结果与常规筛选结果进行比较时,将有可能确定协同、拮抗或纯粹独立的生物材料相互作用。然后,我将iii)验证这些合作伙伴关系,以填补该领域的巨大知识空白,以了解如何设计协同作用,而不是发现。我将采用蓝藻杂交太阳能发电作为模型系统,目标是接近最高理论值2.4 mA/cm 2的最终稳定光电流(>50倍以上的典型系统)。这项工作为其他生物杂交体和复合功能材料的转化奠定了基础,并开辟了一个新领域:杂交系统的定向协同进化。

项目成果

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    $ 221.83万
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