초록 ▼

본 연구는 광전환 효율이 증진된 광기구 개량과 CO₂ 고정능 향상을 통해 광생체의 최종 광전환 효율을 기존 3.3% (best C₃ plant) 대비 혁신적 수준인 약 21∼24%로 증진시키며, 광합성 모사 나노구조체를 이용한 전기/수소생성과 대사 흐름 극대화를 통한 탄소성 목적 생성물을 개량 광생체를 이용해서 CO₂로부터 직접 생산하는 플랫폼 기술 기획임.
1. 광합성의 명반응 관련 광기구 개량 및 광합성 모사 나노구조체 구축 활용
(1) 단위막 면적에 존재하는

본 연구는 광전환 효율이 증진된 광기구 개량과 CO₂ 고정능 향상을 통해 광생체의 최종 광전환 효율을 기존 3.3% (best C₃ plant) 대비 혁신적 수준인 약 21∼24%로 증진시키며, 광합성 모사 나노구조체를 이용한 전기/수소생성과 대사 흐름 극대화를 통한 탄소성 목적 생성물을 개량 광생체를 이용해서 CO₂로부터 직접 생산하는 플랫폼 기술 기획임.
1. 광합성의 명반응 관련 광기구 개량 및 광합성 모사 나노구조체 구축 활용
(1) 단위막 면적에 존재하는 광반응중심체 밀도증진
(2) 광역 파장 흡수
(i) Quantum dots(양자점)의 세포 부착을 통한 미사용 광파장(자외선 영역 포함)을 사용 가능 광파장으로의 전환 및 활용
(ii) 광역 파장 흡수능을 보유한 신규 광기구 제조
(3) 광합성 모사 나노구조체 에너지 생성 시스템 개발 및 활용
2. CO₂ 고정능 향상
(i) 생물권계에 존재하는 6개의 CO₂ 고정 경로 중 CO₂ 고정 소모에너지가 가장 작은 reductive TCA (rTCA) 회로의 재구축 및 활용
(ii) RubisCo의 K_m 및 k_cat 개량
3. CO₂로 부터 탄소성 목적 생성물 (ethanol, fatty acid)로의 대사 흐름 극대화
(1) In silico 시뮬레이션 및 Opt 기법 적용을 통한 목적 생성물로의 대사흐름 극대화
(2) 마이크로포토바이오리액터 활용을 통한 신규 광생체의 지속성/안정성 검증 및 양자점 활용

Abstract ▼

This research includes strategic planning to improve photosynthetic (PS) energy conservation up to approximately 20% through the development of PS light/dark reactions, the in silico simulation/Opt manipulation of PS metabolism, and confirmation of the stability and durability of the newly developed

This research includes strategic planning to improve photosynthetic (PS) energy conservation up to approximately 20% through the development of PS light/dark reactions, the in silico simulation/Opt manipulation of PS metabolism, and confirmation of the stability and durability of the newly developed photosynthetic bacteria by using microphotobioreactor. A PS-mimic nanostructure composed of the improved photosynthetic units will be used for the light-dependent generation of electricity and molecular hydrogen. A new PS organism with the improved PS energy conservation will be employed for the direct production of carbonaceous target fuel from CO₂. The research areas and methodologies are as follows;
< Targeted Areas>
1. Development of PS complexes and CO₂-fixing ability
(1) Generation of novel PS complexes displaying compact-distribution of reaction centers
(2) Absorption of broad-wavelength light
(i) Quantum dots attachment to cell surface to change the light wavelength into the one that can be utilized by PS organism
(ii) Generation of new PS complexes showing broad-absorption spectra
(3) Construction of PS-mimic nanostructure to produce electricity and H₂
2. Improvement of CO₂ fixation
(1) Operation of the most effective CO₂-fixing metabolism rTCA
(2) Development of CO₂-fixing enzyme (RubisCo) in order to get the increased specificity constants
3. Enhancement of metabolic energy flow from CO₂ to carbonaceous target fuel
(1) In silico elucidation of photo-metabolic network and maximization of photo-conversion through controlling the metabolic flow into target fuel with the use of Opt technology
(2) Development of microphotobioreactors coated with quantum dot and examination of their feasibility in testing the sustainability/stability of recombinant PS organisms carrying novel PS activities
(3) Production of carbonaceous target fuel and its secretion

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• 제1장 선행기획연구 개요 ... 11
• 1. 선행기획연구의 목적, 필요성 및 범위 ... 11
• 2. 대상 융합기술의 정의 및 개념 ... 14
• 제2장 기술개발 현황 및 조사.분석 ... 16
• 1. 국내.외 기술개발 현황 ... 16
• 2. 선행 연구 조사·분석 및 시사점 ... 20
• 제3장 기술개발 목표 및 내용 ... 26
• 1. 원천특허 포트폴리오 ... 26
• 2. 연구개발내용 및 범위 ... 34
• 3. 기존 기술과의 차별성 및 원천성 ... 43
• 4. 국가 R&D 전략과의 연계성 및 부합성 ... 47
• 5. 선행연구내용 및 결과 ... 48
• 제4장 선행기획연구 활동 추진 내용 ... 51
• 1. 선행기획연구 추진 체계 ... 51
• 2. 선행기획연구 방법론 ... 53
• 3. 선행기획연구 활동 내용 ... 56
• 4. R&D 추진 전략 컨설팅 (‘12.6월) 결과 반영 ... 58
• 제5장 기대성과 및 활용 계획 ... 60
• 1. 기대성과 ... 60
• 2. 상용화 예상 분야 ... 61
• 3. 경제성 분석 ... 61
• 제6장 참고문헌 ... 62