CAREER: SusChEM: Renewable Biocatalysts for Degradation of Persistent Organic Contaminants Using Synthetic Biology

职业:SusChEM:利用合成生物学降解持久性有机污染物的可再生生物催化剂

基本信息

  • 批准号:
    2154345
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-10-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PI: WeiProposal Number: 1653679This project focuses on renewable biocatalysts for the efficient degradation of persistent organic contaminants in water. Surface-display enzyme biocatalysts are a new class of biocatalysts that have recently been shown to have high catalytic efficiency and high stability. With surface display technology, functional enzymes are expressed and displayed on the outer surface of microbial host cells by fusion with a cell wall using molecular biology techniques. Research efforts will be integrated with an education plan that impacts education at multiple levels, ranging from middle school to graduate school. The success of the proposed research will enable development of more effective tools to implement biocatalysis using synthetic biology for addressing pressing challenges of water sustainability. In future work use of other target enzymes in the cell surface-display system will be used to create new biocatalysts to address challenges relevant to other components at the food-water-energy nexus.The overall research goal of this project is to develop a new class of engineered biocatalysts with surface display technology for the effective degradation of persistent organic contaminants. Initially, fungal enzymes will be used in the investigation of cell surface-display systems to harness enzyme activities with a focus on degradation of endocrine disrupting compounds. Renewability is assured by the ability to generate and automatically localize the target enzyme on the surface of cells through engineered biological machinery, making production and regeneration of the biocatalyst efficient and scalable. The research plan will address fundamental aspects: i) molecular design of surface display machinery for high catalytic efficiency, ii) a strategy for improving robustness under conditions relevant to advanced wastewater treatment, iii) creation of multi-enzyme surface displays for efficient cascade reactions. Renewable biocatalysts with different functions will be created and applied to biotransformations beyond contaminant degradation. Research efforts will be integrated with an education plan that aims to i) increase the motivation and participation of female and other underrepresented students in pursuing careers in environmental engineering and science, ii) educate the next generation of engineers regarding synthetic biology for environmental sustainability, and iii) enhance interdisciplinary thinking and communication skills in graduate training. These goals will be addressed in synergy with the research by leading undergraduates in both research and outreach, 6-12 grade outreach, new course development, and organization of an interdisciplinary graduate symposium.
PI:Wei提案编号:1653679该项目重点研究可再生生物催化剂,用于有效降解水中的持久性有机污染物。表面展示酶生物催化剂是一类新型生物催化剂,最近被证明具有高催化效率和高稳定性。通过表面展示技术,功能性酶通过分子生物学技术与细胞壁融合而表达并展示在微生物宿主细胞的外表面。 研究工作将与影响从初中到研究生院等多个层次教育的教育计划相结合。拟议研究的成功将有助于开发更有效的工具,利用合成生物学实施生物催化,以应对水可持续性的紧迫挑战。 在未来的工作中,细胞表面展示系统中其他目标酶的使用将被用来创造新的生物催化剂,以解决与食物-水-能源关系中其他成分相关的挑战。该项目的总体研究目标是开发一种新的生物催化剂。采用表面显示技术的工程生物催化剂,可有效降解持久性有机污染物。最初,真菌酶将用于研究细胞表面展示系统,以利用酶活性,重点是内分泌干扰化合物的降解。通过工程生物机械在细胞表面生成和自动定位目标酶的能力保证了可再生性,从而使生物催化剂的生产和再生高效且可扩展。 该研究计划将解决基本方面:i)用于高催化效率的表面显示机械的分子设计,ii)在与高级废水处理相关的条件下提高稳健性的策略,iii)创建用于高效级联反应的多酶表面显示。具有不同功能的可再生生物催化剂将被创建并应用于污染物降解以外的生物转化。研究工作将与一项教育计划相结合,该计划旨在i)提高女性和其他代表性不足的学生追求环境工程和科学职业的积极性和参与度,ii)对下一代工程师进行有关环境可持续性的合成生物学的教育,以及iii) 增强研究生培养中的跨学科思维和沟通能力。这些目标将通过领先本科生在研究和推广、6-12 年级推广、新课程开发和组织跨学科研究生研讨会方面的研究协同实现。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Baotong Zhu; Na Wei
  • 通讯作者:
    Na Wei
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  • 通讯作者:
    Jinyan Guo

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