초록 ▼

- 대체 에너지원의 개발 및 이용에 대한 수요가 급증함에 따라 본 연구개발에서는 대체에너지원인 태양광에너지를 이용하여 광화학 혹은 광전기화학적으로 조효소를 효율적으로 재생할 수 있는 광합성 기술을 개발하고자함
- 이 기술을 이용하여 태양광에너지를 화학연료 형태로 변환과 저장 가능한 DNA 스케폴드기반 다중효소 생체회로시스템을 개발 및 구축하였음
- Porphyrin monomer로 만들어진 nanotube로 생체모방형 인공광합성 플랫폼을 구현하고 Cytochrome P450와 같은 촉매로 조효소 등을 재활용하여 효과적인

- 대체 에너지원의 개발 및 이용에 대한 수요가 급증함에 따라 본 연구개발에서는 대체에너지원인 태양광에너지를 이용하여 광화학 혹은 광전기화학적으로 조효소를 효율적으로 재생할 수 있는 광합성 기술을 개발하고자함
- 이 기술을 이용하여 태양광에너지를 화학연료 형태로 변환과 저장 가능한 DNA 스케폴드기반 다중효소 생체회로시스템을 개발 및 구축하였음
- Porphyrin monomer로 만들어진 nanotube로 생체모방형 인공광합성 플랫폼을 구현하고 Cytochrome P450와 같은 촉매로 조효소 등을 재활용하여 효과적인 효소반응을 수행 할 수 있는 시스템을 구현함으로 산화환원 효소 활성을 최적화와 극대화함.
- DNA 스케폴드와 효율적인 광에너지 저장 및 전달의 융합을 통한 이산화탄소를 메탄올로 고효율 생산 시스템 개발
- Electrotrophic 미생물이 전기에너지를 전환 하는 조효소를 밝혀내고 또한 재생하여 전기명반응을 확실히 규명함.
- 궁극적으로 electrotrophic 미생물이 이산화탄소 고정화와 광화학적인 방법으로 바이오화합물 생합성을 하는 것을 극대화하기 위해, 각 생체 회로 유전자를 부품화, 모듈화 하여 최소 유전체에 이식하고 중요대사중간체를 생성 할 수 있게 생합성 경로를 합성함으로써 고효율 생산이 가능한 인공광합성 바이오 시스템을 구축함.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
● purpose of research

The proposed research aims for the development of artificial photosynthetic process through the efficient photochemical regeneration of cofactors, which will be coupled with DNA scaffold system for highly efficient carbon dioxide fixation and fuel p

Purpose & Contents
● purpose of research

The proposed research aims for the development of artificial photosynthetic process through the efficient photochemical regeneration of cofactors, which will be coupled with DNA scaffold system for highly efficient carbon dioxide fixation and fuel production.

Solar energy is an outstanding source among the various options of renewable energy. The solar synthesis of fine chemicals can be a route for fixing solar energy, but it has received only a scanty attention to date. In the context of solar synthesis, the natural photosynthesis that converts solar energy into reduced organic chemicals remains a target model for scientists to set forth their goal. Photosynthesis through the Z scheme of two photosystems is an elegant example of how a fine nexus between photocatalysis and biocatalysis could be designed in a heterogeneous phase. This proposed research will attempt to unite these two catalytic functionalities to a novel creative breakthrough of photobiocatalysis for the ultimate goal of utilizing solar energy, especially in the visible light range, for the synthesis of fine chemicals in vitro. The proposed work will be carried out by coupling the non-enzymatic photochemical of cofactors with photocatalyst, followed by its immediate consumption in the enzymatic synthesis of fuels such as methanol. We will focus on the photobiocatalysis that involves the synthesis, and the characterization of photocatalyst active under visible light, and its application to DNA scaffold coupled biocatalysts for carbon dioxide fixation and methanol production. In addition, the proposed work will develop the microbial biosystem having an ability to produce acetyl-CoA as a metabolic intermediate from carbon dioxide and electrical energy. To this end, the DNA scaffold technology will be designed to create an artificial metabolic pathway composed of sequential metabolic enzymes to produce acetyl-CoA.

Results
- Successfully design cofactor-free light-driven whole-cell cytochrome P450 catalysis.
- Compose sunlight-assisted, biocatalytic formate synthesis from CO2 and water using silicon-based photoelectrochemical cells
- Suggest new platform for cytochrome P450 reaction by in situ immobilization on biopolymer.
- Design Aluminum nanoarrays for plasmon-enhanced light-harvesting
- Accomplish biocatalytic photosynthesis with water as an electron donor.
- Design self-assembly of metalloporphyrins into light-harvesting peptide nanofiber hydrogels for solar water oxidation.
- Integrate photoelectrochemical system with highly efficient enzyme cascade for reduction of carbon dioxide to methanol

Expected Contribution
The proposed project is a study on new idea of artificial photosynthesis for its application to oxidative biosynthesis with enhanced cofactor regeneration. This project will assess the feasibility and potential of biocatalysis involving visible light for efficient cofactor regeneration throughout the whole reactor system. Many challenges remain for this project such as the formulation of photocatalysts suitable for bioreactor application under solar light, the design of photocatalyst-redox enzyme coupled system. Success of this project will create a technological foundation for the efficient synthesis and production of fine chemicals utilizing solar energy.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 6
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1. 연구개발 목적 ... 7
• 2. 연구개발의 필요성 ... 8
• 3. 연구개발 범위 ... 11
• 4. 성공적 연구개발을 위한 융합연구 수행 ... 13
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 15
• 1. 바이오화학 산업 현황 ... 15
• 2. 미생물 전용 지지체 개발 현황 ... 17
• 3. DNA 스케폴드기반 다중효소 생체회로시스템 관련 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 4. CO2 환원효소를 이용한 메탄올 생산 국내외 기술 개발 현황 ... 19
• 5. 전기/인공광합성 및 최소 유전체 기술 개발 현황 ... 20
• 6. 연구 과제에서 개발된 기술의 기대효과 ... 24
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 26
• 1. 2단계 연차별 연구목표 및 결과 ... 26
• 2. 2단계 주요 연구내용 ... 28
• 2. 2단계 연구 실적 ... 87
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 96
• 1. 연구 목표 및 목표 설정 근거 ... 96
• 2. 평가 착안점 ... 99
• 3. 목표 달성도 ... 106
• 4. 관련 분야 기여도 ... 110
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 113
• 1. 연구개발 성과의 활용방안 ... 113
• 2. 연구개발 성과의 기대효과 ... 114
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 116
• 1. 관련 분야의 해외 과학기술 개발 현황 ... 116
• 2. 본 연구 과제의 차별성 ... 120
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 123
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 124
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 125
• 1. 연구실 안전 조치 이행 실적 ... 125
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 (5건 이내) ... 127
• 제11장. 기타 사항 ... 128
• 제12장. 참고 문헌 ... 129
• 끝페이지 ... 132