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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
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연구책임자 | 조병관 |
참여연구자 | 이정걸 , 김동립 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-10 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 | 한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 | TRKO202100017877 |
과제고유번호 | 1711105070 |
사업명 | 글로벌프론티어지원(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-03-19 |
키워드 | 인공광합성.이산화탄소전환.합성생물학.시스템생물학.전기생합성.Photosynthesis.CO2 Conversion.Synthetic biology.Systems biology.Microbial electrosynthesis. |
본 연구개발에서는 이산화탄소 전환 인공광합성 생화학공장 구현을 위해 연쇄 생체촉매 반응 시스템과 우수한 광흡수율과 광전효과를 지닌 나노/마이크로 구조체를 제작을 통하여 미생물의 생화학반응에 필요한 연료(전기 혹은 수소)를 효과적으로 공급할 수 있는 기술을 개발하고 이산화탄소를 고정하여 바이오화합물을 생산하는 지능형 인공광합성 미생물 세포공장을 개발함. 광화학적 효소반응 시스템을 통한 인공명반응 설계. 다중효소 생체회로시스템 기반 인공암반응 설계. 나노/마이크로구조체 기반 미생물 전기/수소공급 시스템 구축. 이산화탄소 고정 미생물 오
본 연구개발에서는 이산화탄소 전환 인공광합성 생화학공장 구현을 위해 연쇄 생체촉매 반응 시스템과 우수한 광흡수율과 광전효과를 지닌 나노/마이크로 구조체를 제작을 통하여 미생물의 생화학반응에 필요한 연료(전기 혹은 수소)를 효과적으로 공급할 수 있는 기술을 개발하고 이산화탄소를 고정하여 바이오화합물을 생산하는 지능형 인공광합성 미생물 세포공장을 개발함. 광화학적 효소반응 시스템을 통한 인공명반응 설계. 다중효소 생체회로시스템 기반 인공암반응 설계. 나노/마이크로구조체 기반 미생물 전기/수소공급 시스템 구축. 이산화탄소 고정 미생물 오믹스 분석 기반 대사경로 분석. 합성생물학 기반 이산화탄소 고정 미생물 균주 엔지니어링. 부생가스 조건 내 인공광합성 세포공장 최적화 및 적용을 통해 이산화탄소 저감 및 고부가가치 화합물 (acetoin 및 2,3-BDO) 생산함.
(출처 : 보고서 요약서 3p)
□ Purpose & Contents
The research aimed to satisfy the increased demand for reducing carbon dioxide in the atmosphere and producing sustainable biochemicals by developing an artificial photosynthetic process through the efficient photochemical regeneration of cofactors using nano/microstructure,
□ Purpose & Contents
The research aimed to satisfy the increased demand for reducing carbon dioxide in the atmosphere and producing sustainable biochemicals by developing an artificial photosynthetic process through the efficient photochemical regeneration of cofactors using nano/microstructure, energy needed for microorganism to produce biochemicals. Furthermore, this project successfully constructed an artificial photosynthesis cell factory that efficiently utilizes waste energy and electrical energy to convert carbon dioxide to value-added acetoin and 2,3-butanediol biochemicals.
□ Results
A. Designed artificial photosynthetic process using the photochemical enzyme reactions: Validated production of biochemicals using carbon dioxide (CO2) by coupling the constructed cofactor regeneration system based on photochemical cofactors and CO2 fixing enzyme reactions.
B. Constructed artificial electrochemical system using biological circuit system: created quantum mechanic based and biological-based CO2 converting enzymes, then optimized the enzymes to produce biochemicals (2.5 g/L methanol).
C. Created microbial energy supporting system using nano/microstructure: constructed and applied microbial structure integrated module, increasing adhesive density and carbon conversion by 40 and 18 folds higher, respectively. Improved and validated photoelectric conversion efficiency and CO2/H2 metabolic efficiency using nanomaterial Cds by 173%.
D. Analyzed metabolic pathways of CO2 fixing microorganisms using multi-omics: Unraveled limitations of CO2 fixing microorganisms at the translation level by completing seven genome sequences and four multi-omics analysis of the microorganisms. In addition, reconstructed two genome-scale models of CO2 fixing microorganisms, discovered a novel CO2 fixing pathway, and validated the findings using 13C isotope-based assay.
E. Engineered CO2 fixing microorganism using synthetic biology approach: Applied the novel CO2 fixing pathway and improved growth rate by 1.8 folds higher, then increased acetoin produced by four folds higher by removing the competing pathway. Furthermore, optimized acetoin and 2,3-butanediol production by introducing 100 bio-part libraries consisted of PRUT.
F. Applied and optimized artificial intelligent cellular factory under the autotrophic condition: Developed ultra-high concentration CO (100% CO) resistant strain and produced 1.2 g/L acetoin and 2,3-butanediol under autotrophic condition.
A total of 139 papers (total IF=945.27) were published, 51 patent applications and 46 patents were registered. A total of 373 domestic and international academic conferences were presented.
□ Expected Contribution
This artificial intelligent photosynthesis system research will provide the source technology that enables sustainable biochemical production does not depend on biomass. In addition, the combination of next-generation sequencing of genome and transcriptome, in silico modeling, and bioinformatics revealed biological insight for engineering targets to construct an artificial intelligent biological system, which will serve as a unique strategy to create platform strains via integration of multidisciplinary fields that have never been seen before. Overall, this project will play an essential role in CO2 reduction that will generate economic effects in the carbon emission market and expected to have a large effect across the industry and new research fields with the production of fine chemicals.
(출처 : SUMMARY 5p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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