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Balanço de elétrons para síntese de biomassa: meu professor está certo?

Balanço de elétrons para síntese de biomassa: meu professor está certo?


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Estou estudando para o meu exame e me deparei com essas notas escritas pelo próprio professor. Ele está falando sobre a reação geral da produção de biomassa em um biorreator:

$$ ce {C6H12O6 + NH4 + + O2 -> $ mathrm {C_wH_xO_yN_z} $ + CO2 + H2O + H +} text {(não balanceado)} $$

Em algum ponto ele passa a fazer o "balanço de redução" para essa reação: ele calcula o "grau de redução" dos elementos (que ele define da mesma forma que defino o número de oxidação) e aí vem o problema.

Ele afirma o "grau de redução" de C na glicose é +4 e o de O no O2 é -2.

O "grau de redução" é diferente do número de oxidação? Há alguma maneira particular de calcular os números de oxidação quando você fala sobre biomassa?

Obrigado pela ajuda.


Os termos são diferentes.
O número de oxidação é a diferença no número de elétrons (não pares) da forma elementar (que para muitos elementos existe apenas no papel) de um átomo.
Grau de redução é um termo mais incomum que é basicamente o número de elétrons que os átomos em uma molécula estão doando por átomo de um determinado elemento. É calculado formalmente pela soma do número de elétrons doados para atingir uma camada completa (H = 1, C = 4, N = -3, O = -2, P = 5, S = 6 etc.) dividido pelo número de um determinado elemento, mas isso é mais confuso do que qualquer coisa.
O carbono pode ser oxidado quatro vezes, por exemplo. metano> metanol> formaldeído> formato> dióxido de carbono (rota não biológica, apenas um exemplo), enquanto o oxigênio pode ser reduzido duas vezes: para peróxido de hidrogênio e depois para água. Como prova, a maioria das enzimas dependentes de O2 produzem peróxido de hidrogênio (por exemplo. Enzimas FADH2). Essa é uma forma fraudulenta de descobrir de onde vêm esses números.
Eu recomendaria esquecer os cálculos formais dos números de oxidação - na biologia, os números de oxidação do carbono geralmente não são discutidos.
Abrirei o breve parêntese dos estados de oxidação do carbono apenas para apontar que eles não são aqueles: -1 para uma ligação com hidrogênio, +1 com oxigênio e 0 para uma ligação C-C. O monóxido de carbono, portanto, tem um estado de oxidação de +4, enquanto um C na glicose (em média) tem um -1. O oxigênio molecular tem dois átomos idênticos, portanto, é 0. O carbono elementar tem 6 elétrons, portanto, hipoteticamente, você não pode retirar o carbono mais do que +6. Aqui o importante é descobrir quantas vezes um carbono em uma molécula pode ser oxidado, ou seja, quantos pares de elétrons uma molécula pode doar, pois toda vez que ocorre um NAD + (catabolismo) ou NADP + (anabolismo) é reduzido, o que é chave para a célula. Uma desidratase remove um grupo hidroxila deixando um alceno, mas não realiza uma reação redox: a geometria não é mais sp3, mas sp2, e o estado de oxidação diminuiu em 1 naquele carbono, mas o carbono manteve seus elétrons - o outro o carbono aumentou em 1 à medida que se desprotonou, então nenhuma mudança líquida e NADH não é gerado.
Saber quantos pares de elétrons são dados na passagem da glicose ao dióxido de carbono é importante porque as células não podem fazê-los desaparecer e um aceptor de elétrons terminal é necessário na forma de respiração ou fermentação. Existe um outro conceito, o de potencial de redução. Diferentes formas de aceitadores de elétrons terminais são empregados na Natureza: oxigênio, Fe (III), sulfato etc. e estes têm diferentes níveis de "energia" em que aceitam os elétrons (potencial de redução, medido em volts), que se traduzem em diferentes quantidades de energia que pode ser eliminada durante a reação.


Síntese de um hidrogel à base de lignina de biomassa funcional com alta capacidade de expansão e adsorção para Vermelho Ácido 73

Neste estudo, o lignossulfonato de sódio (LS) foi utilizado como matéria-prima. Acrilamida (AM) e cloreto de acriloxietiltrimetilamônio (DAC) foram enxertados em LS através da copolimerização de enxerto de radical livre para sintetizar um adsorvente de hidrogel à base de lignina de terpolímero de biomassa funcional (LAD). Os efeitos de diferentes fatores na adsorção LAD de Acid Red (AR 73) foram investigados através do método de adsorção estática. LAD adsorvido AR 73 (C0= 100mg · L −1) por 2 h para atingir o equilíbrio, e a capacidade de adsorção de equilíbrio e a taxa de remoção foram 47,59 mg · g −1 e 95,18%, respectivamente. A proporção de intumescimento do hidrogel LAD preparada para 2 h foi de 25 g · g -1, e a taxa de perda de água no solvente etanol em 120 min foi de 93,51%. A adsorção de AR 73 por LAD foi consistente com o modelo de adsorção de isoterma de Langmuir. Essa adsorção foi uma adsorção de molécula única com capacidade máxima de adsorção de 409,84 mg · g -1. A adsorção foi um processo de liberação espontânea de calor e redução de entropia. A cinética de adsorção estava de acordo com o modelo de pseudo-segunda ordem, e a energia de ativação de adsorção foi de 2,501 kJ · moL −1. Além disso, o mecanismo de adsorção era a atração eletrostática e efeitos abrangentes de adsorção física e química e ligação de hidrogênio. O adsorvente de hidrogel LAD tem um efeito de adsorção notável no AR 73 e pode ser usado como um adsorvente de biomassa reciclável e eficiente para o tratamento de efluentes de corante aniônico.

Esta é uma prévia do conteúdo da assinatura, acesso através de sua instituição.


Resumo

A pesquisa em biologia sintética e a tradução de tecnologia têm atraído um interesse crescente de governos e investidores privados na Ásia, onde a tecnologia tem grande potencial para impulsionar uma economia de base biológica sustentável. Esta Perspectiva analisa os mais recentes desenvolvimentos nas principais tecnologias capacitadoras da biologia sintética e sua aplicação na bio-fabricação, medicina, alimentação e agricultura na Ásia. Pontos fortes centrados na Ásia em biologia sintética para fazer crescer a economia de base biológica, como avanços na edição do genoma e a presença de biofoundries combinados com a disponibilidade de recursos naturais e vastos mercados, também são destacados. São apresentadas as barreiras potenciais para o desenvolvimento sustentável do campo, incluindo infraestrutura e políticas inadequadas, com sugestões para superá-las por meio da construção de parcerias público-privadas, colaborações multilaterais mais eficazes e estrutura de governança bem desenvolvida. Finalmente, são examinados os papéis da tecnologia, educação e regulamentação na mitigação de riscos potenciais de biossegurança. Por meio dessas discussões, as partes interessadas de diferentes grupos, incluindo academia, indústria e governo, estão mais bem posicionadas para contribuir com o estabelecimento de centros de inovação e bioeconomia na Ásia.


Introdução

Balanço de carbono da zona permafrost

As Nações Unidas estabeleceram uma meta de limitar o aquecimento a 2 ° C acima das temperaturas pré-industriais para mitigar o risco das consequências mais prejudiciais das mudanças climáticas (UNEP 2013). Manter o clima global dentro desta meta depende da compreensão dos feedbacks dos ecossistemas às mudanças climáticas, de forma que limites adequados para as emissões humanas possam ser estabelecidos. À medida que as altas latitudes se aquecem, mais do grande reservatório de carbono do permafrost será exposto à decomposição, combustão e exportação hidrológica (Harden et al 2012, Schuur et al 2015). Até 220 Petagramas (Pg) de carbono podem ser liberados do solo da região permafrost em 2100, e 500 Pg em 2300 (MacDougall et al 2012, Schuur et al 2013), representando 10% -30% das emissões de gases de efeito estufa necessárias para empurrar o sistema climático global além da meta de 2 ° C (Schaefer et al 2014). Os modelos projetam que alguma liberação de carbono do permafrost será compensada por aumentos na produtividade primária ártica e boreal devido à estação de crescimento prolongada, CO2 fertilização e liberação de nutrientes da decomposição da matéria orgânica do solo. No entanto, muitos processos e dinâmicas conhecidos por influenciar o acúmulo de biomassa, como distúrbios do ecossistema e limitação de nutrientes, estão incompletamente representados ou ausentes nos modelos atuais (Qian et al 2010, Koven et al 2011, Schaefer et al 2011, Koven et al 2015b). Da mesma forma, apenas alguns modelos que projetam a futura liberação de carbono do permafrost consideram as emissões de incêndios florestais, e nenhum inclui o fluxo de carbono hidrológico (Qian et al 2010, Koven et al 2011, Schaefer et al 2011, MacDougall et al 2012, Schaefer et al 2014), embora o fluxo hidrológico passado tenha sido simulado (McGuire et al 2010, Laudon et al 2012, Kicklighter et al 2013). Apesar das implicações políticas claras desse feedback do clima, uma incerteza considerável tanto das entradas quanto das saídas de carbono limita nossa capacidade de modelar o balanço de carbono da região do permafrost. Trazer para suportar as melhores informações científicas quantitativas e qualitativas disponíveis (Joly et al 2010) neste feedback do clima, apresentamos resultados de pesquisas de avaliação de especialistas indicando que há pouco consenso sobre a magnitude e até mesmo sinal de mudança na biomassa de alta latitude, enquanto a maioria dos pesquisadores espera que as emissões de fogo e o fluxo de carbono orgânico hidrológico aumentem substancialmente pela final do século.

Avaliação de especialista

Quando os dados são escassos, mas as decisões de gestão são urgentes, os julgamentos de especialistas têm sido usados ​​há muito tempo para restringir a possível resposta do sistema e o risco de resultados perigosos ou indesejados (Zickfeld et al 2010, Morgan 2014). Existem vários métodos para coletar e combinar a opinião de especialistas, incluindo entrevistas formais de elicitação de especialistas, software interativo e pesquisas (Aspinall 2010, Javeline et al 2013, Morgan 2014). Embora a avaliação de especialistas não possa responder definitivamente às perguntas da resposta futura do sistema, ela complementa a modelagem e as abordagens empíricas, permitindo a síntese de informações do sistema formal e informal e identificando as prioridades de pesquisa (Figura 1 Sutherland et al 2013, Morgan 2014). A abordagem é semelhante ao conceito de modelos de conjunto, em que várias estimativas baseadas em diferentes suposições e dados fornecem uma estimativa e medida de variância mais robustas. Como a unidade experimental é um pesquisador individual, cada ponto de dados representa uma integração de conhecimento quantitativo de modelagem, campo e estudos de laboratório, bem como informações qualitativas baseadas na opinião profissional e na experiência pessoal com o sistema. A avaliação de especialistas tem sido usada na avaliação de risco e previsão de desastres naturais, impactos humanos nos ecossistemas e pontos de inflexão no sistema climático (Halpern et al 2008, Lenton et al 2008, Aspinall 2010). Em um ambiente com dados limitados, como a região do permafrost, a avaliação de especialistas permite a consideração formal de uma gama de fatores conhecidos por afetar o balanço de carbono, mas insuficientemente quantificados para inclusão em modelos. Para o balanço de carbono do permafrost, esses fatores incluem a dinâmica dos nutrientes, mudanças não lineares na comunidade da vegetação, distúrbios humanos, interações terra-água e a relação da degradação do permafrost com o balanço hídrico.

Figura 1. Modelo conceitual do papel da avaliação de especialistas na geração e comunicação da compreensão científica. A modelagem e a pesquisa de campo geram uma compreensão quantitativa e qualitativa do sistema (neste caso, a zona permafrost). A avaliação de especialistas sintetiza o entendimento atual, incluindo informações qualitativas ainda não incluídas em modelos numéricos ou estudos de campo. Essas sínteses fornecem perspectiva para a comunidade científica e resumos holísticos do estado do conhecimento para a comunidade não científica com o objetivo de melhorar a gestão do sistema.

Porque avaliações empíricas precisas ou baseadas em modelos dos fatores críticos que conduzem o balanço de carbono da região permafrost são improváveis ​​no futuro próximo (Harden et al 2012), coletamos estimativas dos componentes do balanço líquido de carbono do ecossistema de 98 especialistas em regiões de permafrost (tabela 1). Tínhamos dois objetivos principais: (1) Avaliar a compreensão atual do momento e da magnitude do acúmulo de biomassa não-solo, fluxo de carbono orgânico hidrológico e emissões de carbono em incêndios florestais, e (2) Identificar as principais fontes de incerteza no balanço de carbono de alta latitude para informar pesquisas futuras.

Tabela 1. Composição e características do grupo participante.

Biomassa Incêndios Fluxo hidrológico
Número de entrevistados 46 34 35
Respostas médias por pergunta a 41 28 32
Região primária de estudo
Ásia 10 3 8
Europa 12 5 9
América do Norte 27 27 18
Circumpolar 12 6 9
Bioma primário de estudo
ártico 31 13 27
boreal 27 29 18
Ambos 14 9 12
Modelagem média / autoavaliação de campo b 3.6 3.7 4.1
Anos combinados de experiência 762 533 521
Proporção masculino: feminino 2.6 2.8 4.9

Informações básicas sobre os participantes da pesquisa. Os especialistas podem indicar várias regiões e biomas de estudo. a Nem todos os especialistas forneceram estimativas para todas as questões. b Os especialistas se classificaram em uma escala de 1 a 5, onde 1 = modelador exclusivo e 5 = pesquisador de campo exclusivo.


Revisão Anual da Biologia Vegetal

OBJETIVOS E ESCOPO DA REVISTA: o Revisão Anual da Biologia Vegetal, em publicação desde 1950, cobre os desenvolvimentos significativos no campo da biologia vegetal, incluindo bioquímica e biossíntese, genética, genômica e biologia molecular, diferenciação celular, tecido, órgão e eventos de planta inteira, aclimatação e adaptação e métodos e organismos modelo.

Desenvolvimento e amadurecimento de frutas

Estudos com frutos secos (como a pequena erva daninha Arabidopsis) e frutos carnudos (como o nosso amigo tomate) revelam fortes semelhanças nos circuitos moleculares que controlam o desenvolvimento e a maturação dos frutos, com implicações no melhoramento da cultura.

Grãos perenes e oleaginosas

As práticas agrícolas atuais estão gerando rendimentos sem precedentes, mas têm um preço para o ecossistema. A erosão do solo, as emissões de gases de efeito estufa e a poluição da água resultam da agricultura moderna. Quais são as alternativas possíveis? Alguns cientistas estão estudando o potencial de grãos perenes e oleaginosas para aliviar esses desafios agrícolas. Eles podem apoiar a saúde do ecossistema, mas também podem continuar a atender à necessidade crescente de uma população cada vez maior por alimentos mais intensivos em grãos?


Um gosto pela biologia sintética

As raspas de laranja não seriam tão picantes sem limoneno. E padeiros caseiros e mixologistas não são os únicos que apreciam isso. O limoneno, que constitui quase 5% do óleo essencial das cascas de laranja, é usado industrialmente como fonte de sabor para alimentos e de aroma para cosméticos e produtos domésticos. Também é usado como ponto de partida para vários produtos farmacêuticos e como solvente e limpador desengordurante.

O limoneno usado nessas aplicações é um subproduto da indústria de sucos. A família Soudijin de Bradenton, Flórida, comercializa limoneno e cerca de uma dúzia de outros subprodutos cítricos em sua empresa, a Florida Worldwide Citrus. De acordo com o gerente de produto Matthew Soudijin, neto do fundador da empresa, o preço do limoneno disparou em todo o mundo durante a pandemia de COVID-19, com o aumento da demanda por produtos de limpeza causando atrasos na colheita e processamento de cítricos causados ​​por paralisações e desacelerações globais .

Os negócios já estavam difíceis. A colheita de laranja da Flórida e rsquos despencou nos últimos anos à medida que o greening dos cítricos, uma infecção bacteriana disseminada por insetos-praga, se espalha por todo o estado. Embora a Florida Worldwide Citrus já tenha negociado principalmente com produtos locais, a maior parte de seu suprimento agora vem de produtores de outros países. O clima imprevisível, em alta em todo o mundo, pode prejudicar ainda mais a produtividade das safras.

& ldquoO preço tende a oscilar com a colheita & rdquo Soudijin disse, acrescentando que essas variações podem causar clientes insatisfeitos. & ldquoSe as empresas de bebidas e aromas estão pagando US $ 2 o quilo, e então o dobro seis meses depois, vêem isso como um problema. & rdquo

Para estabilizar seus custos de produção, essas empresas preferem usar uma fonte sintética confiável. Mas embora o limoneno seja uma molécula simples, ele tem um problema quiral: um carbono cujas ligações podem ser arranjadas de duas maneiras, produzindo enantiômeros D ou L. Enquanto as frutas cítricas produzem apenas D-limoneno, muitos métodos de síntese produzem uma mistura dos dois enantiômeros. A mistura, chamada dipenteno, funciona bem o suficiente para desengordurar poços de óleo, mas não pode ser usada para fins de fragrância e sabor, porque enquanto o D-limoneno tem um odor cítrico agradável, o L-limoneno cheira a terebintina.

Esse é exatamente o tipo de problema que os biólogos sintéticos gostam de resolver usando enzimas, que são estereosseletivas por natureza. A produção industrial de vitaminas, penicilina, aminoácidos e muitos outros produtos quirais depende da fermentação em escala comercial usando micróbios projetados para conduzir transformações moleculares que transformam o açúcar da mídia em moléculas mais valiosas. Mas, ao contrário de muitos desses produtos, o limoneno é tóxico para as células.

Sarah Reisinger, vice-presidente de pesquisa e desenvolvimento em biotecnologia da casa de sabores Firmenich, disse à revista Perfumer & amp Flavorist em abril: "Acredito que, nos próximos anos, o ritmo de introdução de ingredientes biotecnológicos renováveis ​​aumentará." os produtos biotecnológicos, além da capacidade de renovação, oferecem a confiabilidade, a consistência da composição do produto e o custo de que a indústria precisa. & rdquo

Historicamente, o limoneno estava disponível tão barato que superar os desafios de sua produção por meio da fermentação não valia a pena o investimento. Mas agora, com um mercado de US $ 300 milhões em risco, o limoneno poderia se tornar um desses ingredientes da biotecnologia?

De truques do comércio de fermentação a abordagens inteiramente novas, pesquisadores na academia e na indústria desenvolveram uma variedade de maneiras de manter seus organismos vivos enquanto otimizam a expressão e produção de limoneno & mdash e algumas novas abordagens cujos proponentes argumentam que & ldquoalive & rdquo está supervalorizado. Eles precisam estar cada vez melhores na produção de limoneno e moléculas relacionadas com mais eficiência. Resta saber se essas abordagens produzirão eficiência suficiente para levar limoneno biofermentado ao mercado.

Trabalhando em direção aos monoterpenos

Modificar um organismo para produzir uma nova molécula pode ser um desafio. Novas vias metabólicas podem roubar energia ou blocos de construção de outros processos de que a célula precisa para se manter viva, estressando o organismo. Em alguns casos, em níveis suficientemente elevados, o produto desejado ou seus metabólitos podem até ser tóxicos para o organismo.

Claudia Vickers é diretora da Future Science Platform in Synthetic Biology da Australia & rsquos Commonwealth and Industrial Research Organization e também tem um laboratório na University of Queensland. Ela concentra seu trabalho acadêmico na engenharia de micróbios para gerar monoterpenos, uma classe de moléculas que inclui o limoneno, que são incomumente difíceis de produzir.

"O que é interessante sobre os (terpenos) é que eles são modulares", disse Vickers.& ldquoEles começam com um produto de cinco carbonos que tem uma porção prenilfosfato e há uma série de reações de condensação para formar moléculas com cinco, 10, 15, 20 (carbonos). & rdquo Após esta concatenação de subunidades, outras enzimas usam energia do fosfato restante grupo para fazer transformações moleculares que diversificam a família dos terpenóides: torcendo a molécula em estruturas cíclicas ou oxidando suas ligações duplas para adicionar grupos metil ou hidroxila.

Cerca de 70.000 terpenos e terpenóides são conhecidos. Suas funções são quase tão numerosas. As plantas usam terpenos para defesa contra herbívoros e como componentes de resinas, hormônios e membranas celulares, os menores, como o limoneno, são voláteis e envolvidos no reconhecimento intraespecífico e entre espécies. Vickers, que se formou em biólogo vegetal, disse: "Eles estão envolvidos em quase tudo".

Todas as células geram isopentenil pirofosfato e dimetil pirofosfato, os dois precursores de cinco carbonos, e a maioria os usa para fazer lipídios muito maiores, como esteróis. Mas as plantas, um tanto incomum, são capazes de gerar as moléculas de 10 carbonos conhecidas como monoterpenos, como mentol, limoneno e pineno. Perseguir os micróbios para produzir essas moléculas é um desafio, disse Vickers.

A Future Science Platform mantém um catálogo de codificação de DNA para enzimas com várias funções de vários organismos. Vickers o chama de repositório de peças, criando um híbrido entre Addgene e AutoZone. Limoneno é um terpeno alvo popular entre os engenheiros metabólicos porque há uma parte, uma enzima ativa e bem caracterizada, que o torna em uma única etapa a partir de um precursor de 10 carbonos chamado GPP.

Em princípio, deveria ser possível expressar essa enzima em um organismo que já fabrica GPP e então colher o produto. Mas Vickers adverte contra esse pensamento simplista.

“É importante entender, você pode”, regular tudo positivamente, escovar as mãos e pronto, “certo, trabalho feito”, disse ela. & ldquoIsso geralmente não fornece o produto. Freqüentemente, trata-se de equilibrar o fluxo no caminho. & Rdquo

Por exemplo, na levedura brewer & rsquos, a enzima que une as subunidades IPP e DMAPP também adiciona imediatamente uma segunda subunidade IPP. Alimentar mais precursores na esperança de aumentar a produção de GPP sem modificar essa enzima não aumentaria a quantidade de limoneno na célula, simplesmente resultaria em mais do produto de 15 carbonos. Mas remover a enzima agressora de uma vez não é uma opção, porque a célula requer metabólitos mais tarde em sua via sintética para permanecer viva.

Vickers credita a um pós-doutorado em seu laboratório a criação de uma solução envolvendo a degradação condicional da enzima que compete com a limoneno sintase. Ao combinar a degradação induzível com a detecção do produto necessário, Vickers disse: “Nós obtivemos um equilíbrio entre o crescimento saudável das células e a canalização do carbono para o monoterpeno”.

Abordagens de tentativa e erro como essa são a base da engenharia metabólica. Os cientistas introduzem uma mudança e, em seguida, usam a metabolômica para avaliar seu efeito em um micróbio projetado e identificar quaisquer gargalos a montante do produto desejado.

Caso alguém encontre uma maneira de produzir altos títulos de limoneno sem canibalizar outro metabólito essencial, há outro problema de espera: em uma concentração alta o suficiente, o limoneno e outros monoterpenos podem matar os micróbios que os produzem. Acredita-se que os pequenos hidrocarbonetos hidrofóbicos se incorporem às membranas celulares e comprometam a integridade da célula.

& ldquoAté o momento, a maior parte da produção desses compostos não atingiu níveis altos o suficiente para realmente produzir toxicidade & rdquo

Lidando com a toxicidade

Biólogos sintéticos descobriram maneiras de remediar os efeitos nocivos dos produtos naturais que desejam produzir a granel. Afinal, até o etanol mata os micróbios em uma concentração alta o suficiente que não impede os humanos de produzi-lo por fermentação por milênios.

Jay Keasling, professor da Universidade da Califórnia em Berkeley, que fundou a empresa de biologia sintética Amyris, disse: & ldquoEu não diria que eles são fáceis, mas existem alguns truques. & Rdquo

O truque mais popular é escolher um novo micróbio, um com maior tolerância para o produto. Isso funciona melhor se um organismo alternativo de fácil engenharia tolerar melhor a molécula. Caso contrário, alguns laboratórios usam a evolução direcionada, cultivando o micróbio de interesse em aumentar as concentrações do produto desejado para selecionar mutações que geram mais resiliência.

Os engenheiros também podem tomar medidas para mitigar os efeitos do composto prejudicial no micróbio: por exemplo, incorporar transportadores para removê-lo da célula, projetar o caminho para sequestrar o produto em uma organela que manterá a molécula prejudicial longe de funções celulares importantes, ou adicionar uma modificação como um açúcar que torna a molécula não tóxica e, em seguida, é removida após o isolamento do produto. O laboratório Keasling & rsquos certa vez alcançou um aumento de 90 vezes na produção de limoneno equipando a E. coli com uma via metabólica para aumentar a produção de uma molécula precursora e um citocromo que hidroxilou o limoneno, impedindo-o de se integrar às membranas.

Existem também soluções totalmente externas à célula. De acordo com Vickers, a forma mais eficaz de diminuir os efeitos nocivos do limoneno é cultivar os organismos que o produzem em uma emulsão de um solvente orgânico não tóxico, que extrai o limoneno hidrofóbico. "A moral dessa história é que muitas vezes, como engenheiros metabólicos, tentamos procurar soluções genéticas sofisticadas", disse ela. & ldquoMas pode haver uma solução de processo muito mais simples. & rdquo

Além de tornar possível a sobrevivência de uma nova via metabólica, dizem alguns biólogos, há um conflito mais fundamental no centro da engenharia metabólica. Michael Jewett, professor e diretor do Center for Synthetic Biology da Northwestern University, disse que a tendência dos sistemas celulares para a homeostase freqüentemente conflita com as funções que um engenheiro gostaria de introduzir.

"Quero fazer muita coisa com a qual a célula não se preocupa", disse Jewett. & ldquoAssim, terminamos neste cabo de guerra & hellip entre o que os objetivos evolutivos e de adaptação da célula podem ter conduzido e meus objetivos de processo de engenharia, que são títulos, taxas e rendimentos. & rdquo

O laboratório de Jewett & rsquos é um dos poucos que está trabalhando em uma abordagem não convencional para resolver o conflito. "Acabamos de cortar a corda", disse ele. & ldquo Em vez de focar no próprio organismo do chassi, (nós) nos concentramos na maquinaria molecular & mdash não apenas dentro do organismo, mas fora dele. & rdquo

Bioquímica sintética

O laboratório de Jewett & rsquos geralmente trabalha com sistemas de produção livres de células feitos de lisados ​​bacterianos, que ele diz oferecer algumas características convenientes de um sistema biológico, mas não forçam o engenheiro a lutar tanto contra a célula.

“Sistemas livres de células” podem produzir moléculas que são tóxicas para as células ”, disse ele. & ldquoEles podem realmente usar matérias-primas tóxicas, como biomassa pré-tratada, e também consideramos isso uma estratégia de prototipagem realmente empolgante. & rdquo

Ao realizar a tradução livre de células de enzimas no lisado de E. coli e, em seguida, misturar os lisados ​​enriquecidos com enzima em um processo que ele compara à mistura de um coquetel, Jewett & rsquos lab evita o obstáculo de ajustar os níveis de expressão de numerosas enzimas introduzidas em um genoma .

“Você pode reduzir o problema de sintetizar vias biossintéticas a uma de simplesmente misturar soluções por manipulação de líquidos”, disse ele.

O método mantém muitos dos aspectos benéficos de um sistema celular, por exemplo, no lisado bruto, a glicólise produz constantemente energia e cofatores enzimáticos a partir dos açúcares. Elimina quaisquer problemas que possam surgir de um produto tóxico. Em um artigo recente sobre a biossíntese de limoneno, o laboratório de Jewett & rsquos relata a otimização sem células de uma via sintética que converte glicose em limoneno em nove etapas enzimáticas. Ao testar a eficiência de enzimas homólogas de diferentes organismos, eles descobriram que certas combinações produziram inesperadamente melhorias dramáticas no rendimento.

"Francamente, somos limitados apenas pela capacidade de analisar as amostras", disse Jewett. & ldquoNós poderíamos fazer 100.000 combinações diferentes de enzimas de vias, mas isso levaria muito tempo para o meu aluno de graduação com o (espectrômetro de massa). & rdquo

A equipe de pesquisa considera sua abordagem como uma ferramenta para prototipagem antes da engenharia de novas cepas, uma vez que a via de maior rendimento é encontrada, dizem eles, pode ser introduzida em um micróbio.

& ldquo Atividades em uma panela & rdquo

Ainda mais distante de um sistema celular está a abordagem da bioquímica sintética Jim Bowie, professor da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, é o pioneiro no laboratório e na empresa que ele cofundou, a Invizyne.

& ldquoA ideia é muito simples & rdquo Bowie disse. & ldquoTemos uma transformação bioquímica que queremos realizar e uma série de enzimas que executam essas etapas. Portanto, vamos apenas expressar essas enzimas e colocar essas atividades em uma panela. E agora temos um caminho bioquímico. & Rdquo

Esta abordagem depende fortemente da purificação - o laboratório introduz apenas as enzimas e cofatores diretamente envolvidos na conversão de glicose em um produto desejado em uma mistura de reação reduzida. Bowie argumenta que essa abordagem é ainda mais fácil do que um sistema de lisados ​​para ajustar e otimizá-la produz uma mistura mais simples de produtos, o que facilita a purificação ao longo da linha. Como no método de Jewett & rsquos, a toxicidade não é problema.

Claro, as enzimas consomem cofatores como ATP e NADH no curso de sua atividade. Fornecer um fluxo constante seria caro, esta é uma das funções úteis que a homeostase celular fornece quando está presente.

"O truque é a reciclagem de cofator", disse Bowie. Mas ele não espera por um sistema com equilíbrio estequiométrico perfeito entre cofatores adicionados e consumidos, estabelecendo um sistema como esse, disse ele, é & ldquobasicamente pedir uma máquina de movimento perpétuo. & Rdquo

Em vez disso, Bowie & rsquos lab desenvolveu o que ele chama de reostato molecular para ATP que envolve duas vias de glicólise concorrentes que dependem da concentração de fosfato no sistema. Uma enzima emprestada do ciclo de Krebs converte o gliceraldeído-3-fosfato em ácido 3-fosfoglicérico, reabastecendo o ATP. Uma segunda enzima realiza a mesma conversão, mas sem gerar ATP e tende a ultrapassar a primeira enzima quando os níveis de ATP estão altos e o fosfato livre é baixo. Juntas, as duas reações concorrentes equilibram o nível de ATP. Bowie chama um sistema projetado em princípios semelhantes para a regulação da NAD de válvula de purga.

A abordagem adiciona algumas camadas de complexidade de volta a um sistema simplificado e custa mais no início do que depender de micróbios vivos, porque todas as enzimas devem ser colhidas e purificadas. Bowie argumenta que, com enzimas de engenharia suficientemente estáveis, o custo aumentado deve ser amortizado com o tempo. Ainda assim, sua abordagem tem seus detratores.

"Acho que a maioria das pessoas não acha que é realista juntar esses sistemas complexos com enzimas livres", disse Bowie. Mas ele está otimista. & ldquoJá sabemos que a engenharia metabólica é extremamente desafiadora. Já sabemos disso. Por que não dar uma chance a essa abordagem? & Rdquo

"Francamente, funciona surpreendentemente bem", disse Jewett, que não estava envolvido no trabalho, sobre o sistema de válvula de purga molecular. A Invizyne conseguiu financiamento para pesquisas de inovação em pequenas empresas e desfrutou de algum interesse preliminar de empresas de aromas e fragrâncias, embora elas tenham ficado mais interessadas nas possibilidades comerciais de canabinóides sintéticos, que podem exigir um preço mais alto.

Otimização sem mecanismo

A bioquímica sintética envolve controle rígido e projeto de um caminho em que cada componente é planejado e ajustado. Biólogos, cientistas da computação e químicos estão adotando uma abordagem radicalmente diferente para otimizar as vias biossintéticas na empresa Zymergen.

Enquanto as empresas de aromas e fragrâncias contemplam a produção de limoneno por meio da biofermentação e os acadêmicos exploram como fazer isso, os veteranos da indústria de biologia sintética hesitam em embarcar. Suas razões se resumem à economia e à experiência anterior.

Zach Serber, co-fundador e diretor científico da Zymergen, disse: & ldquoSe você tem um micróbio fazendo uma gota, uma pequena quantidade de algo interessante, isso & rsquos tentador & hellip, mas extremamente insuficiente para a produção comercial. Você precisa fazer cargas de caminhão, vagões de trem com essas coisas de maneira eficiente. & Rdquo

Os engenheiros nem sempre podem alcançar essa eficiência ajustando os componentes conhecidos de um sistema, disse Serber.

& ldquoVocê frequentemente fica aquém de seus objetivos comerciais. Você chega a uma parede, na qual otimizar os componentes conhecidos da biologia não parece ser suficiente ”, disse ele. Serber argumenta que o desafio vem da biologia e de muitas incógnitas.

& ldquoA visão de tornar a biologia como a engenharia elétrica pode se tornar realidade. Mas certamente não é fácil e demorou a chegar, ”disse ele. & ldquoComo diferentemente dos capacitores e resistores & hellip, as peças disponíveis para fazer biologia evoluíram, geralmente não sabemos o que eles fazem e eles interagem uns com os outros de maneiras peculiares e inesperadas. & rdquo

Na Zymergen, Serber disse, em vez de usar química analítica para caçar sistematicamente por gargalos em uma via metabólica, & ldquoNós tratamos o genoma de um micróbio como uma paisagem de otimização, um espaço de design, onde o fenótipo que você deseja tentar melhorar & mdash a produção eficiente de um dada biomolécula & mdash será afetada por todos os genes do genoma, de maneiras que você pode & rsquot necessariamente prever. & rdquo

Panorama

O limoneno será feito em quantidades comerciais por biofermentação? A resposta depende não apenas do sucesso dos biólogos sintéticos em resolver problemas técnicos, mas também dos produtores fora do laboratório, suas decisões de produção e preço e se a demanda pela molécula continua a crescer.

Limonene é apenas um dos milhares de produtos naturais que podem estar em risco em um clima em mudança. E olhando para o futuro, os biólogos sintéticos vislumbram a produção de produtos químicos nunca antes observados em uma célula ou a realização de combinações de reações orgânicas e inorgânicas usando enzimas.

De volta à Flórida, a família Soudijin da Florida Citrus Worldwide se adaptou às mudanças do mercado. Além de comprar frutas de todo o mundo para compensar a escassez de produtos colhidos localmente, eles investiram em um laboratório de extração e concentração de sabores mais elaborado para produzir eles próprios os sabores. Entre outras ofertas, eles vendem extratos e óleos essenciais para empresas que desejam ajustar o sabor de seu suco de laranja, mas ainda usam apenas ingredientes derivados da laranja.

Ainda assim, os Soudijins estão olhando com cautela para os próximos anos, imaginando o que o futuro trará para sua indústria.

Lições de combustível de aviação

Houve um tempo em que os biólogos sintéticos pretendiam fazer biocombustíveis, etanol barato e outros produtos que pudessem ser queimados como alternativas mais verdes ao combustível à base de petróleo.

Na época em que Zach Serber era o diretor de biologia da Amyris, a empresa se concentrava na produção de combustível para aviação inteiramente derivado da cana-de-açúcar por fermentação. Embora a empresa tenha obtido sucesso e obtido aprovação regulatória para seu combustível, o ano em que o combustível mais verde chegou ao mercado, o preço do petróleo bruto caiu quase pela metade, tornando impossível para a Amyris obter lucro com seu produto. A empresa abandonou o produto e sobreviveu voltando a se concentrar em produtos químicos mais caros, mas a experiência assustou a indústria.

De acordo com Serber, cientistas da indústria de biocombustíveis e inclinação rápida em moinhos de vento. Enfrentamos o petróleo, tentando encontrar combustível para transporte com base na biologia, e descobrimos que, especialmente quando o preço do petróleo despencou, ele não poderia competir em preço.

Agora, grande parte da indústria considera a tentativa de produzir biocombustíveis um conto de advertência para qualquer um que almeje a produção em grande escala de commodities químicas relativamente baratas.

"Não há nenhuma maneira de você conseguir que um capitalista de risco coloque dinheiro em um biocombustível neste momento", disse Bowie. & ldquoUma tonelada de pessoas perdeu suas camisas. & rdquo


Biossistemas de algas e biotecnologia

Nosso trabalho está vinculado ao setor de biotecnologia de algas e nosso objetivo é desenvolver algas e seus derivados em tecnologias verdes e limpas inovadoras. Trabalhamos de forma colaborativa nos setores de pesquisa, governo e indústria.

As algas são plantas marinhas essenciais para o bem-estar do planeta: elas produzem metade do oxigênio que respiramos e contribuem para a estabilidade climática. Em nosso grupo de pesquisa, trabalhamos com macroalgas, como algas e algas marinhas, e microalgas, que são plantas marinhas microscópicas.

As algas são uma grande promessa para lidar com a necessidade global de sustentabilidade, segurança alimentar e segurança energética. Eles são uma fonte de biomassa para biocombustíveis, produtos químicos, matérias-primas para agricultura e aquicultura, fertilizantes, cosméticos, nutracêuticos e farmacêuticos.

Conduzimos pesquisas interdisciplinares e reunimos conhecimento e experiência em fisiologia de algas, engenharia genética e metabólica, física, química e bioquímica para impulsionar a inovação nas seguintes áreas:

  • Cultivo de biomassa microalgal em grande escala comercial em biorreatores
  • Métodos de colheita e processamento de biomassa de algas
  • Cepas de microalgas geneticamente modificadas e prontas para biotecnologia
  • Plásticos biodegradáveis ​​à base de algas
  • Desenvolvimento e biofabricação de produtos terapêuticos a partir de algas sob condições GMP Lite
  • Sistemas de biorremediação para tratamento de águas residuais e resíduos sólidos
  • Fazendas de algas no telhado
  • Edifícios vivos com algas

Professor Peter Ralph: Minha equipe é chamada de equipe Algal Biosystems and Biotechnology. Estamos empenhados na utilização de algas como forma de adaptar soluções à indústria para resolver os seus problemas.

Nossa pesquisa tem uma gama de oportunidades para abordar mitigação e adaptação, para que possamos ajudar a enfrentar as mudanças climáticas, produzindo novos produtos que são carbono-negativos ou neutros em carbono que pegam o carbono atmosférico e produzem produtos industriais, sejam farmacêuticos, cosméticos, combustíveis, ração, comida - todos esses produtos vão nos ajudar a mitigar as mudanças climáticas. Estamos começando a fazer plásticos usando algas e esses plásticos podem abranger uma ampla gama de diferentes indústrias.

A segunda coisa empolgante que começamos a fazer é trabalhar com o Biologics Innovation Facility, e é aqui que estamos colocando produtos farmacêuticos em microalgas e adaptando microalgas como uma forma de produção de produtos farmacêuticos e nutracêuticos de alta qualidade.

Atualmente, estamos trabalhando em um projeto realmente empolgante no sudeste da Ásia, onde estamos desenvolvendo plásticos e uma variedade de outros produtos para ajudar as vilas agrícolas, vilas agrícolas costeiras, a sair da pobreza. O que estamos oferecendo é uma gama de novos produtos comerciais que as famílias poderão ter uma renda maior, poderão mandar seus filhos para a escola, isso vai transformar suas sociedades e também será sustentável , vai evitar a poluição do plástico no sudeste da Ásia, então isso é realmente empolgante.

No futuro, a equipe de biotecnologia e biossistemas de algas terá um foco muito forte na indústria. Estamos muito integrados a uma série de parceiros da indústria agora, mas o que eu quero ver é um movimento poroso de pesquisadores de nosso instituto trabalhando na indústria por um período de tempo. Quero pessoal da indústria entrando e fazendo um destacamento no C3. Isso nos dará uma compreensão realmente poderosa e diferenciada das necessidades da indústria e seremos capazes de traduzir nossa pesquisa para a sociedade com muito mais rapidez.

Deep Green Biotech Hub

Lucy: UTS, o Cluster de Mudanças Climáticas e através do Deep Green Biotech Hub estão ajudando a desbloquear o futuro da biotecnologia de algas a fim de fornecer soluções sustentáveis ​​para o nosso futuro. O Cluster de Mudanças Climáticas é um instituto de pesquisa interdisciplinar com experiência em biotecnologia de algas, engenharia e informática, o que significa que estamos perfeitamente posicionados para trabalhar com uma gama de parceiros da indústria para desenvolver soluções do mundo real e adoção de inovação.

Peter: A bioeconomia tem que impulsionar o futuro da sociedade, porque temos que ter uma produção sustentável de alimentos, combustíveis. Uma vez que a população chega a 9 bilhões de pessoas, não podemos usar sistemas de produção insustentáveis. A bioeconomia é toda a produção agrícola que reúne produtos sustentáveis ​​para o mercado. Agora, no momento, isso pode ser cana-de-açúcar, pode ser milho, trigo, mas as algas vão se tornar uma parte dessa bioeconomia que pode entregar produtos especializados, e essa é a parte empolgante. Biotecnologia industrial, biotecnologia farmacêutica, são as partes da bioeconomia que as algas podem realmente dominar. A bioeconomia de algas que modelamos valerá provavelmente um bilhão de dólares em 2025. Isso será dominado pela produção por meio de produtos farmacêuticos, mas em 2030, teremos o cultivo de biotecnologia agrícola. Então, um bilhão de dólares é um mercado pequeno, mas nos próximos 10 anos ele vai crescer significativamente.

Lucy: Nossas colaborações com a indústria podem assumir várias formas. Por exemplo, podemos atuar como consultores, desenvolver projetos de pesquisa específicos para resolver um problema ou também desenvolver amplas práticas de sustentabilidade corporativa.

Mark: Colaborar com o Deep Green Biotech Hub tem sido muito bom, porque eles têm muitas pessoas realmente inteligentes que podem resolver problemas diferentes de maneiras diferentes. Então, uma pessoa pode ter parte de uma solução, mas quando trabalhamos juntos, podemos inventar algo totalmente novo. De forma sustentável, estamos sempre procurando construir economias circulares. O problema que você encontra é que, na maioria das vezes, o sistema que você usa está quebrado. A biotecnologia e as algas nos fornecem uma maneira de reinicializar um sistema inteiro. Como designer de moda, é muito inovador trabalhar com cientistas. Trabalhar com o Deep Green Biotech Hub na UTS tem sido muito bom, porque temos sido capazes de obter acesso à ciência e tecnologia que normalmente nunca veríamos ou entenderíamos.

Peter: A indústria está entendendo que precisa ser sustentável e está lutando para encontrar oportunidades. Acho que as algas oferecem essa oportunidade de ser sustentável, e há muito interesse no espaço. Há muito capital de investimento lá fora, venha nos encontrar e nós mostraremos qual é a capacidade atual, entenderemos quais são seus requisitos de negócios e seremos capazes de apresentar uma solução para você.

Somos a equipe fundadora do NSW Deep Green Biotech Hub, com o apoio do Departamento de Indústria de NSW. Durante o festival de luz Vivid Sydney 2018, instalamos nosso Luzes Vivas instalação, uma 'floresta' feita inteiramente de algas vivas que respiram, para aumentar a consciência sobre um futuro sustentável baseado em algas. Luzes Vivas foi a primeira instalação viva no festival.

Capacidade de pesquisa

Para aproximar o cultivo de algas em grande escala da realidade, é crucial entender como os parâmetros ambientais abióticos influenciam a fisiologia das algas. Usamos uma matriz de fotobiorreatores ambientais (ePBRs) para lidar com os principais bloqueios de comercialização. Os ePBRs são usados ​​para simular as condições ambientais, como irradiância, temperatura e disponibilidade de carbono, em instalações de algas em grande escala em um ambiente controlado de laboratório. A resposta fisiológica das algas é medida em termos de fluorescência da clorofila, evolução do oxigênio e produtividade da biomassa. Usando essa abordagem, é possível:

  • Avalie a produtividade da biomassa de algas com tecnologia óptica não invasiva,
  • Investigue a síntese de vários bio-produtos,
  • Otimize as condições de crescimento de algas,
  • Selecione as espécies de algas apropriadas para um ambiente específico, e
  • Antecipe e supere obstáculos ao crescimento de algas, como níveis de irradiância fotoinibitiva ou limitação de carbono.

Estamos ativamente procurando explorar oportunidades de envolvimento com parceiros industriais e acadêmicos.

Assista: Diatomáceas na arena de dados com a Dra. Raffaela Abbriano Burke

Uma aplicação da Data Arena é a visualização de um grande e complexo conjunto de dados, como o que você vê aqui, que é uma rede de expressão gênica. Os cientistas do C3 estão usando essas redes para identificar genes importantes que são essenciais para certas funções dentro da célula, ou genes que são responsáveis ​​pela produção de metabólitos úteis. A rede que você vê aqui representa genes no genoma de uma diatomácea marinha, que é um tipo de microalga que desempenha um papel ecológico fundamental nos oceanos do mundo e também está sendo explorado para aplicações biotecnológicas. Portanto, cada círculo dentro da rede representa um gene no genoma e, quanto mais próximos esses círculos estão um do outro, mais semelhante é a resposta desses genes em uma determinada condição. Assim, cada agrupamento de círculos representa um grupo de genes que respondem de forma semelhante e, portanto, podem compartilhar uma função biológica, portanto, os cientistas podem olhar para esses agrupamentos de genes ou hubs como um ponto de partida para inferir a função de genes desconhecidos. No C3, estamos usando informações de expressão gênica para explorar os genomas de muitos tipos de microalgas, e estes terão, potencialmente, algumas aplicações de biotecnologia ou uso em outras indústrias sustentáveis.

Membros

Líder de grupo

Peter Ralph - Líder do Grupo | Diretor Executivo C3 | fotobiologia fotossíntese aquática bio-óptica algas-biofábricas

Raffaela Abbriano Burke | Honorário | Biologia, Biologia Marinha, Biologia Marinha

Audrey Commault | Pesquisador Associado | biotecnologia biologia molecular bioquímica eletroquímica

Chris Hall | Pesquisador Associado | Bioquímica e Genética, Biologia Vegetal

Tim Kalkhe | Honorário | Bioinformática e biologia computacional

Manoj Kumar | DECRA Fellow | Agricultura, Bioquímica Vegetal, Biotecnologia Marinha

Unnikrishnan Kuzhiumparambil | Associado de pesquisa pós-doutorado | química Analítica

Leen Labeeuw | Pesquisador Associado | Engenharia bioquímica, tecnologia ambiental, biologia

Tony Larkum | Professor Emérito | fisiologia vegetal fotossíntese de algas proteínas de colheita de luz eficiência fotossintética

Janice McCauley | Bolsista I bioensaios de biodisponibilidade de biologia molecular novos alimentos e produtos farmacêuticos

Mathieu Pernice | Pesquisador Sênior | simbiose fisiologia molecular genômica engenharia genética de microalgas

David Suggett | Professor | fotossíntese de fluorescência ativa alternativa de dissipação de elétrons limitação de nutrientes oxigênio reativo

Donna Sutherland | Bolsista de Pesquisa | biorremediação baseada em algas

Jack Adriaans | Aluno de Doutorado | Biorremediação microbiana e Biotransformação de compostos fenólicos em efluentes industriais

Rachel Alderdice | Aluno de Doutorado | Revelando a base mecanística para a sensibilidade à hipóxia de coral versus tolerância por meio de plataformas transcriptômicas-metabolômicas acopladas.

Harvey Bates | Aluno de Doutorado | A energética da fotossíntese para entender a resposta ao estresse de microalgas

Fateme Mirakhorli | Aluno de Doutorado | Sistemas microfluídicos integrados para pesquisa de algas

Sean Macdonald-Miller | Aluno de Doutorado | Explorando a base genética para o aumento da biossíntese de pigmentos nas diatomáceas marinhas Phaeodactylum tricornutum e Thalassiosira pseudonanna

Amelia Pezzano | Aluno de Doutorado | Algas como uma nova fonte alternativa de fibras de celulose para uso em têxteis

Shawn Price | Aluno de Doutorado | Desenvolvimento de tecnologia de bioplástico de algas de última geração

Kanoknate (maio) Supasri | Aluno de Doutorado | Caracterização do aparelho fotossintético de simbiodinum exposto à condição de branqueamento

Lorenzo Barolo | Candidato a PhD | Glicoengenharia de proteínas terapêuticas de microalgas

Iurri Bodachivskyi | Aluno de Doutorado | Conversão catalisada por ácido de biomassa de algas em pequenas moléculas de valor agregado

Jestin George | Candidato a PhD | O horizonte verde para a biotecnologia: uma abordagem de edição do genoma

John Hanna | Aluno de Honras | Investigando a produção de biomassa de C. vulgaris e a absorção de nutrientes em fotobiorreatores

Annalisa Humphries | Honras | Triagem de bioatividade de micro e macro algas

Kenji Iwasaki | Aluno de Doutorado | Investigação sobre o efeito da qualidade da luz na produção de metabólitos secundários por microalgas

Dale Radford | Aluno de Doutorado | Otimização da produtividade da biomassa de N. oculata sob diferentes condições ambientais em fotobiorreatores https://opus.lib.uts.edu.au/handle/10453/90056

Margaret Ramarajan | Aluno de Doutorado | Técnicas de transformação de algas

Nhan-An Tran | Aluno de Doutorado | Biofloculação da alga verde N. oculata usando um membro de seu próprio consórcio bacteriano

Oksana Vronska | PhD | Desenvolvendo um processo de colheita para produção de biomassa de algas

Navpreet Kaur Walia | Aluno de Doutorado |Perfil funcional e classificação das cepas de algas com base na eficiência de degradação de celulose

Peter Wood | Aluno de Doutorado | Desenvolvimento de sistema contínuo e integrado para digestão anaeróbia e cultivo de microalgas

Instalações

Fotobiorreatores ambientais (ePBRs)

Ambiente de crescimento de algas totalmente controlado:

  • Entrega leve
  • Temperatura
  • Aeração e agitação
  • Entrega de CO2
  • Dosagem de nutrientes

Sondas ópticas

Sensores de pH, pO2 e pCO2 de resposta rápida e alta sensibilidade

Quantificar taxas de fotossíntese, trocas gasosas e química de carbonato

Fluorômetros

PAM multicolorido, PAM Hex, PAM de imagem, PAM de microscopia, PAM de bolso, PAM de água

Fluorômetros de taxa de repetição rápida

Espectrofluorômetros (Cary Eclipse)

Quantificar os processos fotossintéticos e a saúde das algas

Instalações de cultivo de algas

Incubadoras e salas com controle de luz / temperatura

Áreas de trabalho credenciadas PC2 / AQIS

Instalações de biologia molecular

PCR e máquinas de PCR quantitativas em tempo real

Sistema de sequenciamento de última geração (MiSeq)

Dispositivo de eletroporação para transformação genética de microalgas

Ferramentas de análise química

Microscopia e citometria

Microscópio ótico de alta resolução (DeltaVision OMX Blaze)

Microscópio de fluorescência invertido (Nikon Ti)

Microscópio confocal de varredura a laser (Nikon A1)

Citômetro de fluxo de isolamento de célula única (BD Biosciences Influx)

Publicações

Bodachivskyi, I., Kuzhiumparambil, U. & amp Williams, D.B.G. 2018, 'Acid-Catalyzed Conversion of Carbohydrates into Value-Added Small Molecules in Aqueous Media and Ionic Liquids.', ChemSusChem. Ver / baixar de: site do editor

Commault, AS, Laczka, O., Siboni, N., Tamburic, B., Crosswell, JR, Seymour, JR & amp Ralph, PJ 2017, 'Produção de eletricidade e biomassa em uma célula de combustível microbiana baseada em bactérias-Chlorella tratando águas residuais', Journal of Power Sources, vol. 356, pp. 299-309. Ver / fazer download de: UTS OPUS ou site do editor

Tran, N.A.T., Seymour, J.R., Siboni, N., Evenhuis, C.R. & amp Tamburic, B. 2017, 'Photosynthetic carbon uptake induces autoflocculation of the marine microalga Nannochloropsis oculata', Algal Research, vol. 26, pp. 302-311. Ver / baixar de: UTS OPUS ou site do editor

Chekli, L., Corjon, E., Tabatabai, S.A.A., Naidu, G., Tamburic, B., Park, S.H. & amp Shon, H.K. 2017, 'Desempenho de sais de titânio em comparação com FeCl3 convencional para a remoção de matéria orgânica de algas (AOM) em água do mar sintética: Desempenho de coagulação, remoção de fração orgânica e características de floco.', Journal of Environmental Management, vol. 201, pp. 28-36. Ver / baixar de: UTS OPUS ou site do editor

Colaboradores

Dra. Susan Blackburn | Chefe da Coleção Nacional de Cultura de Algas | CSIRO

Professor Ben Hankamer | Chefe da Divisão de Química e Biologia Estrutural | Universidade de Queensland

Professor David Kramer | Professor de Fotossíntese e Bioenergética | Michigan State University

Professor Michael Kühl | Professor em Ecologia Microbiana Aquática | Universidade de Copenhague

Professor John Raven | Professor Emérito | Universidade de Dundee

Projetos de voluntariado de Algal Biosystems e Biotecnologia

Oportunidades para voluntários dentro da equipe C3 Algae Biosystems and Biotechnology

A equipe de Algae Biosystems and Biotechnology combina experiência em algas com uma sólida formação em biologia celular e molecular, bem como engenharia para fornecer soluções baseadas em pesquisa com foco no desenvolvimento da próxima geração de bioplásticos, bioestimulantes agrícolas, nutracêuticos, alimentos e rações animais, produtos farmacêuticos e outros produtos de alto valor de microalgas.

A equipe de pesquisa também faz parte do Deep Green Hub, que reúne pesquisadores, PMEs, indústria, start-ups, estudantes e outras partes interessadas para levar NSW à vanguarda da inovação em biotecnologia baseada em algas na Austrália.

A equipe de pesquisa da Algae Biosystems and Biotechnology oferece oportunidades a alunos de graduação e voluntários para auxiliar em projetos de pesquisa e extensão sob a supervisão de alunos de pós-graduação e membros da equipe. Os alunos e voluntários devem ajudar no cultivo, colheita e processamento de algas, bem como na manutenção regular do laboratório, incluindo preparação de meios, soluções e amostragem de algas cultivadas para análise.

Objetivos do Programa de Voluntariado

  • Familiarize os alunos com um laboratório de pesquisa de biotecnologia de algas
  • Ofereça aos alunos a oportunidade de adquirir habilidades laboratoriais relevantes e contribuir para projetos científicos.

    Pelo menos uma sessão acadêmica (

Experiência preferida
2 anos de educação de graduação, incluindo cursos de química, biologia celular, microbiologia ou uma combinação equivalente de educação e experiência. Os alunos atuais da UTS têm preferência.

Candidatura para o ano letivo
Há um número limitado de vagas de voluntariado abertas para alunos da UTS no Cluster de Mudanças Climáticas. Há um processo competitivo de inscrição para preencher essas vagas, incluindo entrevistas para os pré-selecionados. Em sua inscrição por e-mail, inclua (1) um currículo atualizado (2) transcrição acadêmica mais recente e (3) uma carta de apresentação que descreva sua (s) motivação (ões) para o voluntariado. Informações adicionais, como detalhes de árbitros acadêmicos, também podem ser úteis.

Os prazos de inscrição para cargos de voluntariado são:

  • Prazo de inscrição de 1º de fevereiro para início de março / abril
  • Prazo de inscrição de 1º de junho para início em julho / agosto
  • Prazo de inscrição de 1º de novembro para um início de verão negociável

Depois de recebidas, as inscrições serão analisadas e os candidatos selecionados serão entrevistados trimestralmente. Pedimos desculpas por qualquer atraso, mas este procedimento nos permite gerenciar o volume de aplicativos e conectar o aplicativo certo ao projeto certo.


Balanço de elétrons para síntese de biomassa: meu professor está certo? - Biologia

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O Artigo pode ser um artigo de pesquisa original, um estudo de pesquisa substancial que frequentemente envolve várias técnicas ou abordagens, ou um artigo de revisão abrangente com atualizações concisas e precisas sobre os últimos avanços no campo que revisa sistematicamente os avanços mais interessantes na área científica literatura. Este tipo de papel fornece uma perspectiva sobre as futuras direções de pesquisa ou possíveis aplicações.

Os artigos do Editor’s Choice são baseados nas recomendações dos editores científicos de periódicos MDPI de todo o mundo. Os editores selecionam um pequeno número de artigos publicados recentemente na revista que eles acreditam ser particularmente interessantes para os autores ou importantes neste campo. O objetivo é fornecer um instantâneo de alguns dos trabalhos mais interessantes publicados nas várias áreas de pesquisa da revista.


Pesquisadores de Princeton propõem soluções biológicas para problemas de energia sustentável

As sociedades são cada vez mais pressionadas pelo crescente consumo global de energia para responder à questão da energia sustentável, um desafio que poderia ser abordado exclusivamente por soluções biológicas, de acordo com uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Universidade de Princeton.

Publicado em jornal Chem, o artigo de revisão descreve sete desafios em energia sustentável que afetam a saúde global e podem ser enfrentados por meio da inovação baseada na biologia. Nas perguntas e respostas a seguir, os co-autores discutem seu trabalho, bem como as motivações e inspirações por trás de sua colaboração. Eles são Buz Barstow, um Burroughs-Wellcome Fund Fellow no departamento de química, e José Avalos, um professor assistente de engenharia química e biológica, Isao Anzai ‘17, pesquisador universitário de Princeton, e Oluwakemi Adesina, especialista em pesquisa. Esta conversa foi editada em termos de duração e clareza.

Da esquerda para a direita: José Avalos, Isao Anzai '17, Buz Barstow, Oluwakemi Adesina
Todas as fotos por C. Todd Reichart

Como a biologia foi usada para tratar de problemas de energia no passado?

Avalos: A biologia tem sido usada na medicina há centenas de anos. Por outro lado, a biologia, no sentido moderno da palavra, só foi usada como energia por cerca de 100 anos, na Primeira Guerra Mundial, e ganhou força apenas nas últimas 4 ou 5 décadas. Claro, se você pensar que os humanos têm obtido energia de sistemas biológicos há muito tempo. Por exemplo, pode-se argumentar que a lenha para o fogo foi o primeiro biocombustível ou que os animais são a força de trabalho mais velha. Mas o que quero dizer é que a biologia, como disciplina científica moderna, só foi aplicada à energia há relativamente pouco tempo.

Anzai: Quando eu estava planejando minha tese de último ano, originalmente pretendia fazer uma coleção nocaute para um patógeno ou algo relacionado com a medicina. Então Buz e eu saímos juntos para discutir uma ideia para minha tese e o que ele realmente me convenceu é que a crise energética global está intimamente relacionada à saúde global. Então, o que eu tenho feito é realmente pesquisar como os problemas da crise de energia estão diretamente ligados aos problemas de saúde, e tem sido uma maneira empolgante de, eventualmente, acabar no meu objetivo original.

Então, quais são alguns dos problemas de saúde relacionados à crise de energia?

Anzai: À medida que as temperaturas globais sobem, isso pode estimular o crescimento da malária, por exemplo, e de outras doenças como a cólera. Além disso, a elevação do nível do mar pode causar danos tremendos às cidades e áreas costeiras. Apenas uma série de coisas - também escassez de alimentos.

Barstow: Meu orientador de pós-doutorado tinha uma frase de que gosto: ‘Estamos trabalhando em uma faculdade de medicina, o que isso possivelmente tem a ver com energia sustentável? Bem, como podemos concebivelmente ter pessoas saudáveis ​​sem um planeta saudável? 'Acho que os investimentos em energia sustentável são a maneira mais barata de melhorar os resultados em saúde pública globalmente. Avanços incrementais na terapêutica, digamos, para o câncer, podem custar enormes quantias de dinheiro, mas poderíamos gastar essa mesma quantia em energia sustentável e, potencialmente, ter um efeito transformador na saúde pública

Avalos: Eu fiz essencialmente o mesmo argumento [em uma proposta para o NIH]. Mas a realidade é que ainda há muita desconexão entre a saúde do planeta e a saúde da população. Essa foi uma das motivações para apresentarmos um artigo revisado por pares, afirmando que a biologia fundamentalmente não deve ser esquecida porque precisamos jogar tudo o que temos para resolver este problema [de energia] e a biologia será a chave.

Como você pensou em apresentar o caso de usar a biologia para problemas de energia?

Barstow: Nós inventamos isso juntos. Pensamos nas propriedades únicas da biologia. Se você pensar sobre cada característica da biologia, realmente depende da biocatálise e da automontagem.

Barstow: À direita, fizemos esta lista de todas as áreas que pensamos que a biologia poderia ter um impacto sobre a energia sustentável. Não é exaustivo. Esses foram os mais importantes e pensamos que poderíamos abordar. E então adicionamos esses links codificados por cores aos recursos dos quais eles dependem. Queríamos transmitir a ideia de que a biologia oferece a você esse kit de ferramentas de coisas pré-fabricadas que é realmente incrível. Soluções abióticas realmente não têm isso. A biologia teve 4,5 bilhões de anos para chegar a isso, e podemos explorá-la hoje, graças à biologia de sistemas, síntese de genes, bioinformática e evolução direcionada.

Esquema de soluções biológicas para desafios de energia sustentável

Avalos: Uma coisa que eu acrescentaria a esta figura - a caixa branca [circundante] seria a evolução. Isso é algo que você não tem em nenhuma outra disciplina que trata do desafio de energia. Você não pode colocar uma célula solar sob certas condições para que ela melhore com o tempo. Em biologia, você pode usar a evolução para melhorar as características dos organismos usados ​​nessas tecnologias, para obter, por exemplo, crescimento mais rápido, melhor produção química, mais eficiência na fixação de carbono, se alguém for inteligente o suficiente para estabelecer as condições que selecionariam essas características. Evolução, a lei fundamental da biologia - isso é algo que nenhuma outra disciplina tem. Isso é exclusivo da biologia.

Barstow: O legal é que você pode pegar essa solução que evoluiu e, graças à automontagem, pode implantá-la em uma escala global. Eu acho que é realmente incrível.

Vamos falar sobre as aplicações específicas de energia sustentável para a biologia.

Sobre o uso mais seguro da energia nuclear:

Barstow: A questão realmente chave era o armazenamento de combustível nuclear usado e resíduos. O problema aí é possível contaminação da água. O que sabemos é que com micróbios como Shewanella, para a qual construímos uma coleção [nocaute do genoma inteiro], podemos reduzir eletroquimicamente a maioria dos radionuclídeos que estão nos resíduos nucleares usados ​​para que se tornem insolúveis e não possam entrar na água subterrânea. Bem, já temos essa prova básica de que ele pode fazer algo. Podemos usar a engenharia genética para realmente ampliá-la?

Sobre mineração e separação de elementos de terras raras, mineração e separação de elementos de terras raras, fabricação sustentável de baterias e fabricação sustentável de materiais leves:

Barstow: Dan Steingart [professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial de Princeton] realmente me mostrou essa ideia por meio de seu trabalho com baterias. Metais de terras raras são essenciais para eletrônicos de alta eficiência e iluminação de alta eficiência, ligas que permitem fazer aviões mais leves, carros.

Embora sejam chamadas de terras raras, as terras raras são distribuídas de maneira bastante uniforme em todo o mundo. Mas purificá-los com mais freqüência requer uma química de alta temperatura bastante horrível. A biologia pode ser usada, até agora em pequena escala, para retirá-los do solo e purificá-los à temperatura ambiente.

Os carros elétricos são ótimos em termos de custo de energia por quilômetro, até que você leve em consideração o custo de fabricação da bateria e as emissões de carbono da fabricação da bateria. Micróbios mineralizantes que podem ser usados ​​para fazer eletrodos nanoestruturados para baterias que duram mais, são mais potentes e têm melhor densidade de energia.

Na conversão de biomassa em biocombustíveis:

Via metabólica da beta-oxidação

Anzai: Kemi e eu trabalhamos no desenho dessas vias metabólicas. Por exemplo, trabalhei na primeira via de oxidação beta. Estamos vendo caminhos naturais que ocorrem nos organismos e identificando locais onde podemos ramificar e direcionar a síntese de produtos não naturais. Esta é uma aplicação fundamental da biologia porque se pudermos projetar ou aumentar / deprimir uma enzima, podemos desviar o caminho para algo que queremos produzir.

Avalos: todas essas flechas são conectadas por enzimas, cada uma das quais possui uma química única, maneiras únicas de equilibrar as diferentes moedas de energia na célula. Fundamentalmente, o que você está tentando fazer é capturar produtos metabólicos que têm alta densidade de elétrons, moléculas fortemente reduzidas, é assim que você obtém energia.

Anzai: Quando estava fazendo essas figuras, reconheci alguns dos compostos que aprendi nas minhas aulas de bioquímica, mas eram apenas uma pequena fração de todos os compostos e caminhos juntos, e foi emocionante poder vê-los todos em uma figura.

Também foi uma experiência de aprendizado incrível fazer as figuras, não apenas o material nelas, mas o software usado para fazê-las. São ferramentas que certamente serão úteis para o resto da minha carreira.

Adesina: Quando estávamos pesquisando as enzimas para cada etapa, se você pegasse uma enzima e um substrato, quão drástica a direção que ela pode tomar. Muita química orgânica simples entra em jogo, mas também deu muito trabalho entender a mecânica de cada reação. Aprender e entender o que cada enzima está fazendo em um nível químico é incrível.

Avalos: Acho que este é um dos mapas mais completos e atualizados do que pesquisadores de todo o mundo têm feito para produzir biocombustíveis. Dá-lhe uma ideia de como pode seguir diferentes direcções para obter produtos diferentes e nem todas as direcções são igualmente eficientes por muitos motivos, devido ao catalisador ou aos requisitos de energia. Esta é apenas uma dimensão do universo do metabolismo e nem todas as setas são iguais.

Sobre o aumento da eficiência da fotossíntese, armazenamento de eletricidade renovável como biocombustíveis e engenharia genética

Barstow: Durante grande parte da última década, houve essa preocupação com os biocombustíveis que eu compartilho. Se você quiser expandir a bioenergia, isso custará a terra para fazer alimentos ou a terra selvagem? José tinha esse argumento realmente convincente de que a situação não é tão terrível quanto a maioria das pessoas pensa que é.

Avalos: é o que é chamado de Estudo de Bilhões de Toneladas feito pelos Departamentos de Energia e Agricultura dos Estados Unidos. Essencialmente, a conclusão é que os EUA têm potencial para produzir mais de um bilhão de toneladas (entre 1,1 e 1,5) de biomassa seca para biocombustíveis todos os anos de forma sustentável até 2030, sem interromper a produção de alimentos ou deslocar florestas. Isso seria biomassa suficiente para substituir mais de 30% do consumo atual de petróleo dos EUA por biocombustíveis de forma sustentável.

Barstow: Mas, tendo dito isso, sentimos que haverá um limite superior de quanto você pode obter da biologia natural.

Avalos: Bem, isso é verdade, 30% é uma grande parte, mas ainda há 70% que não sabemos como substituir de forma sustentável. Teremos que apresentar novas idéias para substituir o resto. Existem muitas tecnologias não bióticas que nos ajudarão a chegar lá, é claro, mas a biologia sintética também terá um papel fundamental nisso.

Barstow: Finalmente, temos este plugue sobre o armazenamento de eletricidade renovável e energia nuclear como biocombustíveis. O artigo termina com uma seção sobre todas as ferramentas de que precisamos para fazer isso acontecer, como a evolução direcionada, e descobrir como a biologia faz muitos dos truques dos quais queremos tirar vantagem - realmente não sabemos disso ainda.

Depois de escrever este artigo, quais foram as grandes lições para cada um de vocês?

Anzai: Realmente, toda a gama de aplicativos é notável de se ver. Eu definitivamente aprendi muito.

Adesina: Concordo, só de ver o alcance foi ótimo. Obviamente, as pessoas têm todas essas visões diferentes do que acham que a biologia pode fazer. Basta ver todas as diferentes perspectivas, do ponto de vista da saúde à biologia marinha às alterações climáticas.

Barstow: Tive vontade de entrar nisso porque tinha muitas ideias nebulosas, mas fazer essa lista tornou essas ideias muito mais concretas.

Avalos: Concordo totalmente, nada torna isso mais claro do que anotá-lo. Isso e também uma das coisas valiosas sobre este artigo é que ele inclui todas as maneiras como a biologia pode ajudar a resolver o desafio de produzir energia sustentável. Eu não acho que, como um todo, isso seja descrito em outro artigo dessa forma. Espero que ajude a trazer uma nova atenção e uma melhor apreciação do papel que a biologia tem no futuro da energia.


Straddling the Rooftop: Encontrando um equilíbrio entre as visões tradicional e moderna da química †

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“Um violinista no telhado. Parece loucura, não? Mas aqui, em nossa pequena aldeia de Anatevka, você pode dizer que cada um de nós é um violinista no telhado tentando arranhar uma melodia simples e agradável sem quebrar o pescoço. Não é fácil. Você pode perguntar 'Por que ficamos lá em cima se é tão perigoso?' Bem, ficamos porque Anatevka é a nossa casa. E como mantemos nosso equilíbrio? Isso posso dizer em uma palavra: tradição! ”

Tendo visto uma produção de “Fiddler on the Roof” recentemente, um de nós (W.B.T.) ficou impressionado com a tensão musical entre as visões tradicionais sobre casamento e conceitos mais modernos de escolha pessoal. A tensão é expressa por meio do personagem principal Tevye, que celebra a tradição como uma força estabilizadora, mas percebe que pontos de vista iluminados são necessários para o bem maior de sua família, especialmente dos membros mais jovens, e de sua aldeia. Uma lição do musical é a importância do equilíbrio. O violinista está precariamente empoleirado no telhado, tentando abraçar a tradição e, ao mesmo tempo, entendendo que o mundo está mudando e que os ideais fundamentais da iluminação valem a pena ser reconhecidos e até seguidos.

Pedindo desculpas por fazer uma analogia extrema, nos perguntamos sobre uma tensão semelhante entre as visões tradicionais sobre os subcampos da química e os mais modernos - ousamos dizer - “iluminados”, que exigem um equilíbrio semelhante ao do violinista renomado. Considere o delineamento tradicional dos subcampos: orgânico, inorgânico, físico, analítico e biológico. Essas linhas tradicionais são úteis, pois orientam nosso ensino, que, por sua vez, muitas vezes orienta a contratação de professores e nos ajudam a distinguir diferentes tipos de pensamento sobre moléculas e materiais que são incrivelmente diversos no que diz respeito à estrutura, propriedades e função. Esses delineamentos ajudam a definir comunidades também, o que facilita a formação de linguagens e padrões de pensamento comuns. Dois exemplos podem ser a análise retrosintética em química orgânica versus modelos matemáticos em química física e analítica.

Argumentando contra essas tradições, existem ideias mais modernas sobre o poder da ciência multidisciplinar. Vimos algumas das pesquisas mais interessantes ocorrerem nas fronteiras entre as disciplinas tradicionais. De fato, muitos químicos não se adaptam mais confortavelmente apenas a um campo da química tradicional e, em vez disso, abraçam várias áreas como "casa" para melhor atrair os melhores alunos, projetar novos currículos e enfrentar problemas de pesquisa modernos. Encontrar um equilíbrio entre os aspectos valiosos de seguir áreas tradicionais e participar da ciência interdisciplinar é um desafio que muitos de nós enfrentamos em nossas vidas diárias como pesquisadores, professores e administradores de química.

De certa forma, muitos periódicos da American Chemical Society (ACS), incluindo aqueles para os quais atuamos como Editores, também se envolvem neste ato de equilíbrio. Os periódicos tentam representar as comunidades das diferentes disciplinas, falam as línguas comuns desses campos tradicionais e fornecem fóruns para a discussão da pesquisa dentro dos limites tradicionais da, em nossos casos, química orgânica, inorgânica e organometálica. Ao mesmo tempo, os periódicos refletem a ciência moderna interdisciplinar de praticantes que muitas vezes não se identificam fortemente com os campos tradicionais e, em vez disso, abraçam a ideia de que, para enfrentar os principais desafios que enfrentamos, a ciência não deve ser limitada por eles limites e, em vez disso, deve transcendê-los. Conseqüentemente, frequentemente vemos artigos em cada um de nossos periódicos que poderiam caber perfeitamente em um dos outros. Esses artigos geralmente descrevem a ciência que vai além das visões mais tradicionais do que constitui a química "inorgânica", "orgânica" ou "organometálica". (1) Mais importante, esses artigos geralmente descrevem um trabalho empolgante que muda a maneira como pensamos sobre a química em geral , independentemente do domínio tradicional ao qual possa estar associado.

Essas questões serão exibidas em um Fórum de Publicações ACS especial sobre Diversidade Científica em Química Inorgânica / Orgânica na Europa, que será realizado na Universidade de Heidelberg, Heidelberg, Alemanha, em 10 e 11 de outubro de 2018. O fórum de dois dias apresentará palestras científicas de pesquisadores de renome mundial da Europa (veja abaixo). Os participantes também terão a oportunidade de interagir com Editores de Química Inorgânica, The Journal of Organic Chemistry, Organometálicos, e Cartas Orgânicas.

A diversidade de temas a serem abordados pelos palestrantes é impressionante. Eles variam de síntese de polímero, desenvolvimento de catalisador, química de coordenação, química bioorgânica / medicinal, organocatálise, fotoquímica, química organometálica, compostos inorgânicos de cluster e ativação de pequenas moléculas, entre outros. Certamente, alguns dos tópicos estão na “casa do leme”, por assim dizer, das disciplinas tradicionais de química inorgânica e orgânica, mas muitas das palestras apresentarão trabalhos que se estendem muito além, ampliando significativamente os limites tradicionais. Convidamos você a comparecer e ouvir os palestrantes no telhado da química, descrevendo trabalhos na vanguarda da ciência. Espera-se uma discussão calorosa, à medida que um equilíbrio é alcançado entre as pesquisas que se encaixam nas subdisciplinas tradicionais e expandem seus horizontes.

As opiniões expressas neste editorial são de responsabilidade dos autores e não necessariamente as opiniões da ACS.

Este editorial aparece em Química Inorgânica, Letras Orgânicas, Organometálicos, e The Journal of Organic Chemistry.


O grupo Johnson acredita firmemente que a diversidade é uma fonte de criatividade e inovação científica. Procuramos apoiar continuamente cientistas de diversas origens em um esforço para aprimorar os talentos e habilidades de nosso laboratório. Valorizamos a igualdade e a inclusão na comunidade científica e globalmente. Você é bem vindo aqui! Clique nas imagens abaixo para saber mais sobre os nossos fantásticos membros do grupo!

Yasmeen Alfaraj
Estudante graduado

Yasmeen nasceu e foi criada na Arábia Saudita e mudou-se para os Estados Unidos para fazer seus estudos de graduação. Ela recebeu seu B.Sc. em Química pela UC Berkeley, onde conduziu pesquisas no Laboratório do Prof. Omar Yaghi trabalhando em modificações pós-sintéticas de Estruturas Orgânicas Covalentes. Ela também passou um verão trabalhando na síntese de nanopartículas BASP para sistemas de entrega de drogas alvo no Laboratório Johnson. Depois de fazer a transição do clima da Califórnia do calor da Arábia Saudita, ela decidiu retornar ao MIT e enfrentar os invernos da Nova Inglaterra em busca de um PhD com foco em química de polímeros e materiais orgânicos. Em seu tempo livre, ela gosta de frequentar clubes de comédia, fazer caminhadas, esgrima e cozinhar.

David Ansaldi
Estudante Visitante

David Ansaldi desenvolveu uma paixão por ciência, tecnologia e pesquisa desde cedo por meio dos projetos de feiras de ciências de sua escola, onde na 6ª série, ele foi apresentado à química orgânica quando sua pesquisa o levou a buscar um polímero biodegradável usando polissacarídeos e outros bioplásticos . Nesse ponto, ele sabia que tinha coração de químico e comprou seu primeiro jaleco.Ele continuou a perseguir essa paixão por meio de vários concursos regionais premiados em 2017 e 2018 e seu estudo independente adicional. David está atualmente no terceiro ano da Boston University Academy, onde está expandindo seu conhecimento por meio de um currículo rigoroso de cursos avançados de artes liberais emparelhados com cursos universitários na Boston University. No grupo Johnson, David espera aprender mais sobre o campo da química de polímeros e trabalho de laboratório por meio de pesquisas em polímeros unimoleculares.

Ekua Beneman
Estudante Visitante

Olá pessoal! Meu nome é Ekua Beneman e sou um estudante universitário de bioquímica no Spelman College. Depois da graduação, quero fazer um MD / PhD e me tornar um médico cientista. Quero abrir e financiar laboratórios de pesquisa que trabalham com oncologia ginecológica. Também quero usar meus laboratórios para dar aos alunos pouco representados experiência de pesquisa. No meu tempo livre gosto de cozinhar, assistir filmes e passar tempo com a família!

Sachin Bhagchandani
Estudante de pós-graduação, bolsista de pós-graduação KI

Sachin foi criado em Bombaim, Índia, e obteve sua educação de graduação no Instituto Indiano de Tecnologia, Roorkee. Ele passou os verões trabalhando em uma miríade de projetos baseados em polímeros no Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, Mitsui Chemicals Inc e no Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha. Atualmente, ele é co-assessor do Langer Lab, onde trabalhou anteriormente como assistente de pesquisa para projetar hidrogéis de entrega de drogas como parte da pesquisa de sua tese de mestrado. Nas horas vagas, gosta de tocar violão, futebol e viajar.

Dr. Chris Brown
NSERC Postdoctoral Fellow

Chris nasceu e foi criado em Worcestershire, na Inglaterra. Ele se mudou para Newcastle para seu MChem trabalhando para o Dr. Lee Higham, onde ele fez fosfinas primárias estáveis ​​ao ar com o objetivo de fazer precursores mais seguros para catalisadores como DuPhos. Chris então voou sobre o lago para realizar seu PhD com o Prof. Michael Wolf na UBC em Vancouver, Canadá. Para seu doutorado, ele sintetizou uma infinidade de complexos de coordenação luminescentes, além de fazer trabalho clandestino em projetos de pesquisa com uma empresa de mergulho e uma cervejaria local. Em agosto de 2019, Chris se juntou ao grupo Johnson, onde mudará seus conhecimentos de química para materiais poliméricos. Nas horas vagas, gosta de cozinhar, comer, fazer caminhadas e andar de bicicleta.

Leticia Costa
Estudante graduado

Letícia cresceu no Rio de Janeiro, Brasil. Ela se mudou para Middletown, CT para prosseguir seus estudos na Wesleyan University, onde se formou em Química. Lá, ela trabalhou com o professor David Beveridge em modelagem computacional e pesquisa de compreensão de sistemas moleculares. O objetivo do projeto foi entender a transdução da energia de ligação do ligante em transmissão de sinais alostéricos em proteínas. Como estudante de graduação, Letícia passou dois verões no MIT, onde trabalhou com o professor Jeremiah Johnson no projeto e na síntese de novos polímeros estrela de braço de escova à base de poli (etilenoglicol). Após essa experiência, ela decidiu prosseguir seus estudos de pós-graduação no MIT e se especializar em química de polímeros. Além dos acadêmicos, Letícia gosta de viajar, tomar sorvete, assistir seriados, ler e estar com os amigos.

Yutong foi criado em Pequim, China, e mudou-se para os EUA durante o ensino médio. Ela está atualmente no segundo ano do curso de Bacharelado em Química. No verão passado, ela estagiou no Laboratório Draper, trabalhando em diferentes projetos, incluindo o desenvolvimento de uma plataforma para modificação rápida de polímeros por meio de uma reação de clique em uma única etapa. Ela está muito animada por trabalhar no Laboratório Johnson em projetos relacionados a polímeros e modificações deles. Em seu tempo livre, Yutong gosta de ler, ouvir música e viajar.

Dra. Megan Hill
NIH Postdoctoral Fellow

Megan nasceu e foi criada em Salt Lake City, Utah antes de se mudar para Davis, Califórnia, quando ainda era jovem. Ela obteve um B.S. Mestre em Química pela California Polytechnic State University em San Luis Obispo, CA e conduziu pesquisas de síntese de polímeros no grupo do Prof. Philip Costanzo (PJC4LYFE). Megan então viajou para o leste através do país para o "outro estado ensolarado" para a pós-graduação na Universidade da Flórida. Durante sua graduação, Megan trabalhou no grupo do Prof. Brent Sumerlin na síntese de polímeros responsivos a estímulos e biodegradáveis. Continuando sua jornada para o leste, Megan mudou-se para Tóquio, Japão, como bolsista de pós-doutorado em JSPS, trabalhando em copolímeros à base de dióxido de carbono sob a orientação do Prof. Kyoko Nozaki. Megan se juntou ao grupo do Prof. Jeremiah Johnson em junho de 2019, onde aplicará suas habilidades de síntese de polímeros para resolver problemas em biologia, energia e catálise. Fora do laboratório, Megan gosta de fazer caminhadas, ioga, mergulho e cair em buracos de minhoca de videoclipes no youtube.

Abe Herzog-Arbeitman
Estudante graduado

Abe cresceu em Northampton, Massachusetts, com seu irmão gêmeo Jonah, antes de fugir do Nordeste para estudar na Universidade de Chicago e se tornar um "engenheiro molecular". Enquanto estudava a dinâmica de complexação de polieletrólitos com o Dr. Matthew Tirrell, Abe percebeu que os químicos são de fato os melhores em moléculas de engenharia e campos alternados. As passagens de pesquisa na IBM Research com a Dra. Jeannette García e no Leibniz Institut für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden com a Dra. Daria Mikhailova o levaram ao campo da química de baterias e sua intersecção com materiais poliméricos. Abe está animado para continuar desenvolvendo materiais poliméricos para armazenamento de energia e outras aplicações com o Laboratório Johnson. Quando não está no laboratório, Abe gosta de correr, cozinhar e comer comida picante.

Keith Husted
Estudante graduado

Fui criado em Oakville, Ontário, e me mudei para os Estados Unidos para fazer pós-graduação. Concluí meu bacharelado com honras em Química de Materiais na Universidade McGill. Trabalhei no laboratório do Dr. Mark Andrews, onde sintetizei e caracterizei várias morfologias de magnetita e nanopartículas de magnetita dopada com lantanídeo, e monitorei seu impacto nas instabilidades de Rosenzweig de suas respectivas dispersões coloidais de alta concentração. Em seguida, trabalhei sob a co-supervisão do Dr. Hanadi Sleiman e do Dr. Dmitrii Perepichka na síntese e caracterização de copolímeros alternados (oligômeros) de dicetopirrolopirróis. Estou animado para continuar meus estudos de química de polímeros e estender meu trabalho aos princípios subjacentes ao controle da topologia de rede no grupo Johnson no MIT.

Alayna Johnson
Estudante graduado

Alayna cresceu em Minneapolis, MN e frequentou a Universidade de Illinois, onde recebeu seu B.S. em Química. Na UIUC, Alayna conduziu pesquisas com o professor Steve Zimmerman sobre a degradação de poliuretanos em condições levemente ácidas. Ela também estagiou como química de descoberta na Merck, onde investigou compostos para o controle da dor. Alayna continua a perseguir seus interesses de pesquisa em química de polímeros e materiais no Johnson Group. Fora do laboratório, ela gosta de fazer crochê, desenhar e pintar.

Khrystofor Khokhlov
Estudante graduado

Khrystofor nasceu e foi criado em Kiev, Ucrânia, onde jogou hóquei no gelo e fez algumas pesquisas sobre química do oxazol até se formar em química na Universidade de Columbia, onde se graduou. Ele trabalhou por alguns anos no laboratório do Prof. Nuckolls, sintetizando twistacenos à base de perileno diimida, helicenos e outros aromáticos contorcidos para aplicações em fotovoltaicos orgânicos. Khrystofor acabou de se juntar ao grupo Johnson e está muito animado para começar a trabalhar na síntese e aplicações de polímeros IEG. Ele gosta muito de ler e cozinhar, embora os objetos dessas atividades tendam a variar dependendo se ele está no laboratório ou na cozinha.

Landon Kilgallon
Estudante graduado

Landon cresceu em Spring Hill, Tennessee. Ele frequentou o Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, NY, onde recebeu seu BS em Química. Em Rensselaer, Landon trabalhou no laboratório do Dr. Chang Ryu, onde estudou a cinética de cura da polimerização catiônica fotoiniciada de oxetanos e epóxidos. Ele também passou um verão no laboratório do Dr. Marcus Weck na Universidade de Nova York, onde estudou os fundamentos do controle da morfologia de micelas multicompartimentais sintetizadas usando ROMP. Landon continua a perseguir seus interesses de pesquisa em química de polímeros e materiais no Johnson Group. Fora dos acadêmicos, Landon gosta de assar pão, fazer pizza e construir computadores.

Dr. Gavin Kiel
Beckman Postdoctoral Fellow

Gavin cresceu em Orange Country, CA e depois estudou na UCLA, onde estudou economia e matemática. Após 2 anos trabalhando em banco corporativo, ele se aventurou no exterior para obter um diploma de mestrado em economia financeira na Universidade de Oxford. Ele então concentrou seus esforços no próximo passo lógico: um doutorado em química. Antes de iniciar a pós-graduação, ele trabalhou no grupo de Yi Liu na Fundição Molecular do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley em abordagens de química covalente dinâmica para compostos de gaiola interligados. Então, seguindo sua paixão pela síntese, ele passou a trabalhar com T. Don Tilley na UC Berkeley, onde desenvolveu uma estrutura unificada para a síntese de nanocarbonos conjugados via cicloadições [2 + 2 + n] mediadas por metal. Ele se juntou ao grupo Johnson em novembro de 2019 para expandir suas habilidades sintéticas no domínio macromolecular.

Dra. Samantha Kristufek
Misrock Postdoctoral Fellow

Sam foi criada no interior de Butler, PA e recebeu seu bacharelado em química da Penn State Behrend em 2011. Durante sua carreira de graduação, ela conduziu pesquisas sintetizando compostos de iodo hipervalentes sob a direção do Dr. Michael Justik. Cansada do tempo nevado, ela se mudou para a ensolarada Texas A&M University, onde trabalhou sob a direção da Professora Karen Wooley na síntese e caracterização de polímeros fenólicos lineares e reticulados para várias aplicações. Em busca de aventura e outra área de pesquisa, ela se mudou para a Austrália por 1,5 anos e trabalhou como pós-doutoranda em ciência dos materiais no laboratório do professor Frank Caruso na Universidade de Melbourne. Em setembro de 2018, ela se juntou ao grupo do Professor Jeremiah Johnson para trabalhar na área de síntese de polímeros para aplicações biomédicas. Em seu tempo livre, Sam gosta de fazer caminhadas, aventuras ao ar livre, assistir ao futebol da faculdade e cozinhar.

Valerie Lensch
Estudante graduado

Valerie cresceu em Saratoga, Califórnia, e frequentou a University of California, Santa Barbara, onde recebeu seu B.S. em Química e Bioquímica. Na UCSB, Valerie conduziu pesquisas com o professor Craig Hawker sobre a vulcanização de redes de silicone usando hidrossililação de borano livre de metal. Ela também trabalhou com o professor Samir Mitragotri no desenvolvimento de plataformas para a distribuição direcionada de combinações de drogas quimioterápicas sinérgicas. Valerie está agora fazendo seus estudos de doutorado no MIT sob a orientação do professor Jeremiah Johnson e da professora Laura Kiessling. Em seu tempo livre, ela gosta de caminhar, correr e patinar.

Dr. Bin Liu
Bolsista de pós-doutorado no Koch Institute

Bin nasceu e cresceu na província de Hunan, China. Ele recebeu seu bacharelado e mestrado da Universidade de Nankai sob a orientação do Prof. Xinlin Yang, onde se concentrou na preparação, caracterização e aplicação de partículas funcionais. Ele então se mudou para a Universidade de Massachusetts, Amherst e se juntou ao grupo do Prof. S. Thayumanavan para buscar seu doutorado trabalhando em design, síntese e aplicação de materiais sensíveis a estímulos. Em 2020, ele se juntou ao grupo de pesquisa Johnson como associado de pós-doutorado, onde continuará a explorar a beleza dos polímeros. Em seu tempo livre, ele gosta de jogar basquete, assistir a jogos e filmes da NBA.

David Lundberg
Estudante de graduação, bolsista da NSF

Eu nasci e cresci em Minnesota e recebi meu diploma de bacharel em Engenharia Química pela University of Minnesota - Twin Cities. Na graduação, trabalhei com o professor Chris Macosko no processamento de fusão e caracterização reológica de nanocompósitos de polímero-argila. Além disso, trabalhei com o professor Paul Dauenhauer no projeto de processos industriais para a produção de monômeros renováveis ​​e passei um verão na 3M modelando a cinética de polimerização. Estou animado para me juntar ao grupo Johnson para que possa aprender mais sobre química de polímeros e aplicar esse conhecimento para fazer materiais de rede funcionais. Quando não estou trabalhando, gosto de fazer mountain bike, caminhar e ler

Matthew Pearson
Estudante graduado

Eu nasci e fui criado em Louisville, Kentucky. Recebi meu bacharelado em Química pela Brown University, onde trabalhei com o professor Eunsuk Kim, sintetizando complexos metálicos biomiméticos para química de transferência de átomos de oxigênio, como redução de CO2. Também passei um verão no Laboratório Nacional de Brookhaven pesquisando a surpreendentemente complexa energética da separação elétron-buraco em células fotovoltaicas orgânicas baseadas em polímeros. Como membro do grupo Johnson, estou animado para aplicar meus interesses em química inorgânica e de materiais para preencher a lacuna entre a química de MOF e a química de polímeros, trabalhando para desenvolver um material híbrido que contém tanto MOF quanto domínios de polímero. Fora do laboratório, gosto de tocar piano ragtime, fazer mochila, me envolver na política e escrever ficção.

Peter Qin
Estudante graduado

Nasci na China e recebi meu bacharelado em Biologia Química pela Universidade Tsinghua em Pequim. Como estudante de graduação, juntei-me ao laboratório do Prof. Xi Zhang para trabalhar com polímeros superamoleculares baseados em cucurbiturilas, passei um verão no laboratório do Prof. Jeffrey Moore na UIUC sintetizando macrociclos fenilenoacetileno e construí modelos de aviões que voaram (e caíram). Estou animado para me juntar ao grupo Johnson para trabalhar em polímeros IEG. Fora do laboratório, gosto de viajar, tirar fotos e consertar todo tipo de coisa.

Dr. Peyton Shieh
American Cancer Society Postdoctoral Fellow

Peyton é nativo de Michigander. Ele recebeu seu Ph.D. na UC Berkeley em Biologia Química, onde desenvolveu abordagens para visualizar os biopolímeros da superfície celular de patógenos bacterianos para aplicações diagnósticas. Depois de uma passagem pela Illumina em San Diego, onde trabalhou com tecnologias de sequenciamento de DNA, ele se juntou ao grupo Johnson para realizar pesquisas em química de polímeros sintéticos e materiais macios, aplicada a desafios em biomedicina e sustentabilidade. Ele está interessado em aplicar as ferramentas da biologia química e da biotecnologia para estudar e projetar as interações entre os materiais sintéticos e seus arredores. Peyton está amplamente interessado em tradução de tecnologia e é um inventor nomeado em mais de 10 patentes.

Michael Stolberg
Estudante graduado

Eu cresci em Marin County, CA, ao norte de San Francisco. Depois de me interessar por ciências desde cedo, frequentei a UC Berkeley para fazer a graduação. Em Berkeley, me formei em física e me especializei em química. Também conduzi pesquisas com Ron Zuckermann no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. Lá estudei estruturas cristalinas e transições de fase de peptóides, miméticos de peptóides sintéticos. Depois de passar a maior parte da minha vida na Bay Area, decidi me mudar para outro lugar para fazer a pós-graduação e estou muito feliz por estar no MIT. No Johnson Group, estudo materiais para baterias poliméricas, entre outras coisas. No meu tempo livre sou um esquiador ávido, adoro cozinhar e assistir Jeopardy!

Zehao Sun
Estudante graduado

Zehao nasceu e foi criado na cidade de Hangzhou, China, conhecida pela grande paisagem do Lago Oeste. Aos 18 anos, ele viajou para Pequim e passou quatro anos lá na Universidade de Pequim (também conhecida como Pequim) para obter seu diploma de bacharel em química de materiais. Como estudante de graduação, ele trabalhou com o professor Jian Pei, famoso por sua obsessão em reações de ciclização, na síntese de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos com boro-nitrogênio e explorou suas aplicações potenciais no campo de transistores de efeito de campo orgânico. Ele agora está fazendo doutorado. licenciatura no MIT, co-aconselhado pelo Professor Jeremiah Johnson e pela Professora Caroline Ross.

Taylor Talley
Estudante Visitante

Taylor Talley está começando a se formar no Spelman College, onde está cursando Bioquímica (BS). Ela foi assistente médica em um local de testes COVID-19, o que aumentou seu interesse na área de saúde. Ela estará conduzindo pesquisas em explorações e aplicações da química macromolecular sintética como parte do Grupo Johnson para fazer avançar as conexões entre o atendimento clínico e a pesquisa científica. Após a conclusão de seu diploma de graduação, Taylor planeja buscar o diploma duplo MD-PhD para se tornar um Médico-Cientista para cruzar a ciência e a medicina para servir às populações sub-representadas.

Aiden Wang
Estudante graduado

Aiden nasceu na China e cresceu em Cingapura, onde a infinita linha de cozinhas nutriu seu amor por comida e culinária (sua carreira de backup). Aiden frequentou a Universidade de Cambridge, no Reino Unido, onde trabalhou com o professor Chris Abell em sondas baseadas em fragmentos. Depois de se formar, ele foi para Harvard como pesquisador do Prof Brian Liau, trabalhando em um PROTAC voltado para laminas nucleares. Aiden está entusiasmado por se juntar ao laboratório para aprender mais sobre polímeros e aplicá-los em contextos biológicos. Fora do laboratório, Aiden gosta de esportes com raquete, cozinhar, escrever música pop e, ocasionalmente, irritar seus colegas de quarto com suas apresentações vocais.

Wencong Wang
Estudante graduado

Fui criado em Weifang e recebi meu B.S. da Universidade Tsinghua em Pequim, China. Eu trabalhei no laboratório do Prof. Huaping Xu usando polimerização radical para sintetizar polímeros contendo selênio como um estudante de graduação. No verão de 2016, fiz uma pesquisa de verão sobre a síntese de polímeros IEG no laboratório do Prof. Johnson. Estou animado por estar de volta e explorar mais sobre o polímero IEG e sua aplicação em sistemas biológicos. Passo meu tempo livre lendo, ouvindo música e viajando.

Lori cresceu em Palos Verdes, Califórnia. Ela é formadora do último ano do departamento de ciência e engenharia de materiais. Ela fez pesquisas anteriores no Instituto Koch com o Dr. Zimmermann no primeiro ano sobre o mecanismo de metástase celular, e depois no laboratório de Irvine sobre modificações de açúcares em nanopartículas de vacinas. Ela está muito animada para aprender sobre síntese de polímero no laboratório Johnson, o que ela nunca havia feito em laboratório antes! Em seu tempo livre, ela gosta de patinar, cozinhar e dormir.


Assista o vídeo: Dobieranie współczynników metodą bilansu jonowo -elektronowego 1 (Junho 2022).


Comentários:

  1. Mongwau

    Concordo, peça muito boa

  2. Keenon

    Algo para mim as mensagens pessoais não saem, a falta ...

  3. Stok

    E em que vamos ficar?

  4. Shakalkree

    Desculpe-me pelo que tenho que intervir... situação semelhante. Nós podemos discutir. Escreva aqui ou em PM.

  5. Tupper

    Esta frase é simplesmente incomparável :), eu gosto))) muito

  6. Algar

    Vamos voltar a um tema



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