Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Evolving novel carbon dioxide reducing enzymes

Alternativ tittel: Utvikling av nye enzymer som reduserer og fikserer karbondioksid

Tildelt: kr 12,0 mill.

Hvert år blir mer enn 350 gigatonn karbondioksid omdannet til biomasse av planter og mikroorganismer. Denne prosessen er en del av karbonsyklusen som beskriver den samlede fordelingen av karbon på jorden. Planter og mikroorganismer bruker enzymer for å konvertere karbondioksid til biomasse. Flaskehalsen i denne prosessen er et enzym kalt rubisco som er ganske tregt. Prosjektet COOFIX har som mål å utvikle nye enzymer som kan fungere som et supplement til rubisco i fotosyntetiske organismer, og som frittstående katalysatorer for fangst av karbondioksid i industrielle applikasjoner. For å oppnå våre mål, vil vi dra nytte av kunnskap om fiksering av karbondioksid som allerede er generert i laboratoriene til kjemikere. Vi vil bruke denne kunnskapen til å endre enzymer som inneholder metallioner og etterligne reaksjonene med karbondioksid med de modifiserte enzymene. Vår strategi er å kombinere rasjonell design og evolusjonær mutagenese. Den rasjonelle designtilnærmingen krever anvendelse av avanserte metoder innen molekylær modellering og beregningsorientert kjemi, og vi vil dra nytte av tilgjengelige nasjonale superdatamaskiner for å utføre våre eksperimenter. Funn gjort med beregningskjemi må videre undersøkes i laboratoriet. Den mest effektive tilnærmingen for å optimalisere enzymfunksjonalitet i laboratoriet kalles evolusjonær mutagenese. Her drar vi nytte av moderne DNA-teknologi for å identifisere enzymkandidater som kan omdanne karbondioksid til molekyler som er svært oppløselige i vann. I det første året av prosjektet har vi startet karakteriseringen av flere enzymkandidater. Det har blitt etablert «pipelines» for effektiv produksjon av enzymer, disse blir nå karakterisert ved hjelp av biokjemiske metoder, strukturbiologi og beregningsorientert kjemi. Samtidig jobber vi med å utvikle programvare som gjør det mulig for oss å fange diversiteten til aminosyrekjedene som binder metallioner i de aktive setene i disse enzymene. Dette er viktig for å kunne utforske de katalytiske egenskapene til enzymkandidatene. I den siste delen av prosjektet vil vi anvende metodikk kalt metabolsk engineering. Her vil vi endre metabolske veier i utvalgte organismer slik at våre nyutviklede enzymer kan fore cellene med byggesteiner som er generert fra karbondioksid og dermed produsere biomasse. Vårt primære mål er å bidra til en ny og bærekraftig metode for utnyttelse/fangst av karbondioksid.

Each year, more than 350 gigatons of carbon dioxide are converted to biomass by autotrophs, sustaining life on Earth with reduced carbon compounds. The rate limiting enzyme of carbon dioxide assimilation is called RubisCO, which is remarkably slow and inefficient, wasting huge amounts of the energy harvested from the sun. COOFIX aims to design a novel enzyme that can fix carbon dioxide into the metabolic intermediate oxalate in a single step. COOFIX employ a highly interdisciplinary approach, combining biochemistry, spectroscopy, structural biology and computational chemistry in an innovative manner to accomplish the project objectives. Binuclear organometallic copper complexes are capable of reducing carbon dioxide to oxalate with high selectivity, and this functionality will be engineered in type-3 copper protein active sites. An autotrophic model organism will be engineered to accommodate our novel carbon dioxide reductase and to convert the enzyme product oxalate to biomass. A novel method of computer assisted enzyme engineering is proposed to efficiently improve our carbon dioxide reducing enzyme. Current computational engineering methods are limited by inefficient sampling of fluctuating protein structures along the evolutionary path. COOFIX combine hardware and software accelerated molecular dynamics simulations with machine learning to address this challenge. COOFIX will contribute to groundbreaking discoveries in the fields of synthetic biology and enzyme engineering. It will also impact carbon dioxide feedstock utilization, providing novel opportunities to accumulate valuable organic molecules from this surplus and underexploited resource.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek