Cell engineering to enhance biohydrogen production from agricultural waste

细胞工程提高农业废弃物的生物氢产量

基本信息

  • 批准号:
    2878511
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Hydrogen is considered one of the most promising substitutes for fossil fuels, being a source of green energy that could potentially lead to decarbonization. Its combustion only delivers water and heat energy as reaction products, making it a pollution free alternative. Dark fermentation (DF) is a biological hydrogen production method in which under anaerobic conditions and absence of light, microorganisms break down complex organic matter into simpler compounds producing biohydrogen and volatile fatty acids (VFAs). Given the high cost of using pure carbohydrates as a substrate on a commercial scale, there has been a lot of interest in biohydrogen production using renewable and less expensive feedstocks. Over 220 billion tonnes of agricultural waste are generated yearly, making it an accessible renewable resource to use as feedstock for dark fermentation. Therefore, using agricultural waste for biohydrogen production is a circular economy approach in which organic waste is treated to produce renewable energy, making the dark fermentation of these substrates both environmentally and economically compelling.Theoretically, a maximum of 12 mol of H2 can be obtained from the complete oxidation of one mole of glucose. However, only 4 mol of H2 can be obtained per mole of glucose through dark fermentation, with acetate and CO2 as the other fermentation end products, and this yield is obtained when the particle pressure of H2 is kept adequately low. Theoretically, during the acidogenesis for fermentative hydrogen generation, one-third of carbon from glucose is broken down into hydrogen (H2) and carbon dioxide (CO2), while the remaining two-thirds remain soluble as VFAs in the and less than 20% of the chemical oxygen demand (COD) is removed. Nowadays, the yield of biohydrogen production by dark fermentation is between 1.2 and 2.3 mol H2/mol hexose, which is only 30-50% of the maximum theoretical production of 4 mol H2/mol glucose.The low yield of H2 by biohydrogen production methods is one of the major challenges that needs to be addressed before it can be used for industrial purpose. In this project, we will look into which strains, feedstocks and conditions are the most promising for hydrogen production. However, due to the great potential of dark fermentation but low efficiency, the conventional approach is not enough. The accessibility of huge sequenced genomes, functional genomic studies, the development of in silico models at the genome scale, metabolic pathway reconstruction, and synthetic biology approaches, has risen during the last years. This bioinformatic and biotechnological approaches hold the key for augmentation of biohydrogen production.The aim of this project is to enhance biohydrogen production from agricultural waste through metabolic engineering of the metabolic pathways involved in dark fermentation. The following questions will be investigated during this project:(1) Which strain and biomass feedstocks are more promising for biohydrogen production? For this, we will test bacterial strains reported in the literature (Shewanella oneidensis MR-1) and novel strains isolated from extreme environments. Different lignocellulosic materials from agricultural waste (willow, hay, wheat and barley) will be tested as feedstock.(2) Which are the key points in the metabolic pathways that lead to biohydrogen production during dark fermentation? A multi-omics approach, considering genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics, will be taken to unravel these key points. Bioinformatics and experimental data will be used. (3) How can this process be optimized? To redirect the carbons from the agricultural waste into biohydrogen production, synthetic biology techniques will be used to perform metabolic engineering in the selected strain to favour the metabolic pathway leading to increased hydrogen production. Bioprocessing studies will be done using Design of Experiments (DoE) to explore the most optimal conditio
氢气被认为是化石燃料最有前途的替代品之一,是一种可能导致脱碳的绿色能源。它的燃烧只提供水和热能作为反应产物,使其成为无污染的替代品。暗发酵(DF)是一种生物制氢方法,其中在厌氧条件下和缺乏光照的情况下,微生物将复杂的有机物质分解成更简单的化合物,产生生物氢和挥发性脂肪酸(VFA)。考虑到在商业规模上使用纯碳水化合物作为底物的高成本,人们对使用可再生和较便宜的原料生产生物氢产生了很大的兴趣。每年产生的农业废物超过2200亿吨,使其成为可获得的可再生资源,用作黑暗发酵的原料。因此,利用农业废弃物生产生物氢是一种循环经济的方法,其中有机废弃物被处理以产生可再生能源,使得这些底物的暗发酵在环境和经济上都具有吸引力。理论上,一摩尔葡萄糖完全氧化最多可以获得12摩尔的H2。然而,通过暗发酵,每摩尔葡萄糖只能获得4摩尔H2,乙酸盐和CO2作为其它发酵终产物,并且当H2的颗粒压力保持足够低时获得该产率。从理论上讲,在发酵产氢的产酸过程中,葡萄糖中三分之一的碳被分解为氢气(H2)和二氧化碳(CO2),而其余三分之二的碳仍以VFA的形式溶解在水中,只有不到20%的化学需氧量(COD)被去除。目前,暗发酵生物制氢的产率在1.2 ~ 2.3mol H2/mol己糖之间,仅为4 mol H2/mol葡萄糖最大理论产率的30-50%,生物制氢的产率低是其进入工业化应用前需要解决的主要问题之一。在这个项目中,我们将研究哪些菌株,原料和条件是最有希望的制氢。然而,由于暗发酵潜力大,但效率低,常规的方法是不够的。巨大的测序基因组,功能基因组研究,在基因组规模的计算机模型的发展,代谢途径重建和合成生物学方法的可访问性,在过去的几年中已经上升。生物信息学和生物技术方法是提高生物制氢的关键。本项目的目的是通过暗发酵中代谢途径的代谢工程来提高农业废物的生物制氢。本项目将研究以下问题:(1)哪种菌株和生物质原料更有希望用于生物制氢?为此,我们将测试文献中报道的细菌菌株(希瓦氏菌MR-1)和从极端环境中分离的新菌株。将来自农业废弃物(杨柳、干草、小麦和大麦)的不同木质纤维素材料作为原料进行测试。(2)在黑暗发酵过程中,导致生物制氢的代谢途径中的关键点是什么?一个多组学的方法,考虑基因组学,转录组学,蛋白质组学和代谢组学,将采取解开这些关键点。将使用生物信息学和实验数据。(3)如何优化这一过程?为了将农业废弃物中的碳重定向到生物制氢中,将使用合成生物学技术在选定的菌株中进行代谢工程,以促进导致制氢增加的代谢途径。生物处理研究将使用实验设计(DoE)来探索最佳条件。

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 }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

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('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

软骨调节素调控BMSCs骨和软骨双向分化平衡的研究
  • 批准号:
    81272128
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Frontiers of Environmental Science & Engineering
  • 批准号:
    51224004
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Chinese Journal of Chemical Engineering
  • 批准号:
    21224004
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
基于脂肪干细胞的同种异体肌腱缺损修复及机制
  • 批准号:
    81101359
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Chinese Journal of Chemical Engineering
  • 批准号:
    21024805
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
脂肪来源干细胞诱导尿路上皮细胞及其机制的研究
  • 批准号:
    81070605
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Ihh在组织工程骨构建中作用和机制研究
  • 批准号:
    30973069
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    34.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Leydig干细胞纯化、扩增及雄激素分泌组织构建
  • 批准号:
    30970736
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
预构血管化支架以构建大体积岛状组织工程化脂肪瓣的实验研究
  • 批准号:
    30901566
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
人脐血间充质干细胞成骨潜能亚群的特异性分子标志
  • 批准号:
    30800232
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Removing sialic acid ligands of CD28 to enhance T cell cancer immunotherapy
去除CD28的唾液酸配体以增强T细胞癌症免疫治疗
  • 批准号:
    10668007
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Harnessing ZBP1-triggered cell death to enhance influenza vaccine responsiveness
利用 ZBP1 触发的细胞死亡来增强流感疫苗的反应性
  • 批准号:
    10884586
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Manipulation and engineering of lipid metabolic pathways in CHO cells to enhance processability of cell culture supernantants
CHO 细胞中脂质代谢途径的操作和工程,以增强细胞培养上清液的可加工性
  • 批准号:
    2873335
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Modeling Dynamic Immune Cell Modulation in a 3-D Tissue Engineered Platform to Enhance Patient-specific Immunotherapy for Lung Cancer
在 3D 组织工程平台中模拟动态免疫细胞调节,以增强肺癌患者特异性免疫治疗
  • 批准号:
    10518637
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Intratumoral immunotherapy to enhance T cell infiltration and augment immune checkpoint blockade responses across molecular subtypes of breast cancer
肿瘤内免疫疗法可增强 T 细胞浸润并增强乳腺癌分子亚型的免疫检查点阻断反应
  • 批准号:
    10689654
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Modeling Dynamic Immune Cell Modulation in a 3-D Tissue Engineered Platform to Enhance Patient-specific Immunotherapy for Lung Cancer
在 3D 组织工程平台中模拟动态免疫细胞调节,以增强肺癌患者特异性免疫治疗
  • 批准号:
    10672244
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Chemical Remodeling of Cell Surface to Enhance the Accumulation of Therapeutic Bacteria to Tumors
细胞表面的化学重塑以增强治疗性细菌对肿瘤的积累
  • 批准号:
    10535464
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Synthetic metabolism to armor and enhance a new class of cell therapies
合成代谢来保护和增强新型细胞疗法
  • 批准号:
    10472794
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Intratumoral immunotherapy to enhance T cell infiltration and augment immune checkpoint blockade responses across molecular subtypes of breast cancer
肿瘤内免疫疗法可增强 T 细胞浸润并增强乳腺癌分子亚型的免疫检查点阻断反应
  • 批准号:
    10283773
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Chemical Remodeling of Cell Surface to Enhance the Accumulation of Therapeutic Bacteria to Tumors
细胞表面的化学重塑以增强治疗性细菌对肿瘤的积累
  • 批准号:
    10391986
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了