EAPSI: Modeling an Environmentally Friendly Catalytic Mechanism to Convert Wax-Covered Poultry Waste into Digestible Protein Meal

EAPSI:模拟环保催化机制,将蜡覆盖的家禽废物转化为可消化的蛋白粉

基本信息

  • 批准号:
    1613943
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Fellowship Award
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-15 至 2017-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Natural waxes in animals provide their hosts with a form of energy storage or waterproof protection from elements. Waxy lipids present on the surface of chicken feathers, a large waste product from the poultry industry, is thought to hinder biological rendering of the feathers into digestible protein meal for use in animal agriculture. Wax ester hydrolases are a potential catalyst to assist in breaking down the waxes in an environmentally sound way. A biocatalyst with demonstrated ability to hydrolyze wax esters has been sourced from a feather-degrading microorganism found in soil. In collaboration with Dr. Shinya Fushinobu, an expert protein crystallographer at the University of Tokyo in Japan, the project will determine the three-dimensional structure of the biocatalyst as a means to understand its molecular mechanism. This information will advance understanding of biocatalyst function, which can then be used to design a biocatalyst with improved properties to better aid in feather rendering and adaptations for use in other industries such as health care, cosmetics, nutrition, and energy. A wax-ester hydrolase gene was cloned from a gram-positive Streptomycete isolated from the soil and capable of hydrolyzing chicken feathers. The gene will be heterologously expressed in E. coli, then purified and concentrated for the structure research in the lab of Dr. Fushinobu. Favorable parameters to grow crystals of the enzyme will be determined and optimized using a hanging drop crystallization test. Crystals will then be cryoprotected and used to collect diffraction data using beamlines with a charged couple device camera at the High Energy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba, Japan. After processing the data using the HKL2000 software package, a combination of computational tools will be used to refine and analyze the structural models of the biocatalyst. Based on the determined structure of the wax-ester hydrolase, the enzyme will be rationally designed for improving its stability and catalytic efficiency. This award under the East Asia and Pacific Summer Institutes program supports summer research by a U.S. graduate student and is jointly funded by NSF and the Japan Society for the Promotion of Science.
动物中的天然蜡为宿主提供了一种储能或防水保护,以防止元素。人们认为,鸡羽毛表面上存在的蜡脂质是家禽行业的大型废物,被认为会阻碍羽毛的生物学渲染,从而将其用于动物农业中的易消化蛋白粉。蜡酯水解酶是一种潜在的催化剂,可帮助以环保的方式分解蜡。具有表现出的水解蜡酯能力的生物催化剂来自在土壤中发现的羽毛降解的微生物。该项目与日本东京大学的专家蛋白质晶体学家Shinya Fushinobu博士合作,该项目将确定生物催化剂的三维结构,以此作为了解其分子机制的一种手段。这些信息将提高人们对生物催化剂功能的了解,然后可以将其用于设计具有改进特性的生物催化剂,以更好地帮助羽毛渲染和适应,以在其他行业(例如医疗保健,化妆品,营养和能源)中使用。从从土壤中分离出的革兰氏阳性链霉菌克隆蜡酯水解酶基因,并能够水解鸡羽毛。该基因将在大肠杆菌中异源表达,然后在Fushinobu博士的实验室中进行纯化并集中于结构研究。将使用悬挂液结晶测试确定并优化酶晶体的有利参数。然后,将晶体被冷冻保护,并用于使用梁线收集衍射数据,该横梁与日本tsukuba的高能量加速器研究组织(KEK)一起使用带电的夫妇设备摄像头。使用HKL2000软件包处理数据后,将使用计算工具的组合来完善和分析生物催化剂的结构模型。基于蜡酯水解酶的确定结构,该酶的设计旨在提高其稳定性和催化效率。在东亚和太平洋夏季学院计划下的该奖项支持美国一名研究生的夏季研究,并由NSF和日本促进科学学会共同资助。

项目成果

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