kth.sePublications KTH
EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Other
Title [sv]
Eco-Nfix: Utveckling av kvävefixering i en snabbväxande cyanobakterie för hållbar biogödselproduktion
Title [en]
Eco-Nfix: Engineering nitrogen fixation in a fast-growing cyanobacterium for sustainable bio-fertilizer production
Abstract [sv]
Det finns ett centralt grundämne som alla våra jordbruksmetoder kretsar kring men som få uppmärksammar: kväve. Detta ämne är en grundläggande byggsten för liv och nödvändig för att grödor ska växa. Trots detta är de metoder som vi för närvarande tillhandahåller kväve till grödor — genom syntetiska gödningsmedel — en process som är belastad med miljömässiga nackdelar. Dagens industriella produktionen av kvävegödsel  är beroende av naturgas, kräver en betydande mängd energi och är en stor bidragande faktor till föroreningar, som i sin tur förvärrar klimatförändringarna och har en negativ inverkan på vår hälsa.Mitt projekt syftar till att skapa en mer hållbar framtid för jordbruket. Jag kommer att fokusera på att använda ett enzym som kallas nitrogenas — naturens egna verktyg för att omvandla kvävgas från luften till en form som växter kan använda sig av. Jag planerar att tillföra detta enzym in i cyanobakterier, en typ av mikroorganism som kan omvandla solljus och vatten till energi, på samma sätt som växter. Dessa bakterier förökar sig snabbt och behöver inte åkermark för att trivas — de kan leva i sötvatten eller saltvatten. Genom att göra så att de effektivt producerar kvävegödsel, kan vi kringgå behovet av energikrävande fabriker för denna produktion. Detta kan revolutionera vårt sätt att se på jordbruket och göra det renare och mer hållbart.Efter att ha tillfört nitrogenas in i cyanobakterierna, så kommer mitt mål att vara att skapa den effektivaste genetiska versionen av dessa små kvävegödselfabriker. Jag kommer göra detta genom att använda toppmoderna högkapacitetstekniker för att identifiera de genetiska modifieringar som behövs för att uppnå detta. Dessutom kommer jag att använda djupinlärning, en typ av artificiell intelligens som är särskilt bra på att identifiera mönster och göra förutsägelser, för att utveckla nitrogenas enzymet. Denna teknik kommer hjälpa oss att hitta en version av enzymet som är ännu mer effektiv, motståndskraftig och kan fungera väl även när syre finns närvarande, vilket normalt inte är fallet då syre stör nitrogenasets funktion.Varför är detta projekt betydelsefullt? Om projektet lyckas, kan det kraftigt minska det miljömässiga fotavtrycket som kvävegödselsproduktionen orsakar. Bönder skulle kunna odla grödor på ett miljövänligare sätt, med en pålitlig tillgång på naturliga gödningsmedel som produceras precis där det behövs. Detta skulle minska avfall och föroreningar. Dessutom kan de insikter som fås från detta projekt bana väg för ytterligare innovationer, såsom att införa detta system direkt i växter, vilket skulle vara ett ännu större steg framåt för hållbart jordbruk.Detta projekt är en språngbräda för mig som forskare tidigt i karriären. Jag är utrustad med den nödvändiga expertkunskap som behövs för att genomföra projektet och är också redo att bidra med en lösning på ett av de mest akuta miljöproblemen som är kopplade till jordbruket. Projektet skapar många möjligheter att blanda olika vetenskapliga discipliner – metabolingenjörskonst, proteiningenjörskonst och datavetenskap – för att inte bara utöka vår kunskap, utan för att tillämpa kunskapen på sätt som kan ge konkreta fördelar för miljön och samhället. Med detta projekt som en startpunkt hoppas jag kunna etablera mig inom området för hållbar jordbruksvetenskap, tänja på gränserna för vad som är möjligt, samt att utbilda nästa generation av forskare inom området. Detta projekt handlar inte bara om att komma fram till en vetenskaplig upptäckt, det handlar också om möjligheten att forma en forskarkarriär som står i framkanten för ansvarsfull innovation och som bidrar med betydelsefulla lösningar till den värld vi alla lever i.
Abstract [en]
Nitrogen fertilizer is indispensable in agriculture as plants are unable to use atmospheric nitrogen (N2). Ammonia (NH3) is one of the most produced inorganic chemicals in the world because it is the major nitrogen fertilizer precursor. Unfortunately, the current industrial production of NH3 relies on natural gas and a process that results in high energy consumption and pollution. The short-term goal of this project is to establish a novel biological method for NH3 production using a marine photosynthetic microorganism. The long-term goal is to generate an efficient and robust N2 fixation machinery that could be incorporated directly into crops, thereby eliminating the reliance on fertilizers in the future. To address the short term goal, we will engineer a fast-growing marine cyanobacterium to produce ammonia using sunlight, seawater, CO2, and N2. Then we will create and screen two large mutant libraries to identify genes that are important for improving productivity. To reach the long term goal, we will use the power of machine learning to fine-tune the unique nitrogen-fixing enzyme, nitrogenase, using cyanobacteria as the host organism. Given that cyanobacteria are directly evolutionarily connected to plant chloroplasts, this approach will prepare nitrogenase for future integration into crop genomes. This project could contribute to the sustainable production of fertilizers, and will provide valuable insights for further engineering of nitrogen fixation in plants.
Principal InvestigatorMiao, Rui
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2025-01-01 － 2028-12-31
Identifiers
DiVA, id: project:9147Project, id: 2024-00580_Formas

Search in DiVA

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
v. 2.47.0
|
WCAG
|
KTH Library
|
DiVA support
|
Register in DiVA
|
Posting your thesis
|
SwePub
|
About Open Access