خلاصه خبر: بهبود تولید الکترون توسط سینکوسیستیس پی.سی.سی 6803 در پیل سوختی میکروبی فتوسنتزی با استفاده از یک مدل متابولیکی مقیاس ژنوم

• عنوان: بهبود تولید الکترون توسط سینکوسیستیس پی.سی.سی 6803 در پیل سوختی میکروبی فتوسنتزی با استفاده از یک مدل متابولیکی مقیاس ژنوم
• ارائه‌کننده: آقای حسین فیروزآبادی
• استاد راهنما: دکتر احسان معتمدیان
• استاد ناظر داخلی اول: دکتر سید عباس شجاع الساداتی
• استاد ناظر داخلی دوم: -
• استاد ناظر خارجی اول: دکتر پریسا حجازی - دانشگاه علم و صنعت ایران
• استاد ناظر خارجی دوم: -
• استاد مشاور اول: دكتر محمدمهدی مردان‌پور
• استاد مشاور دوم: -
• نماینده تحصیلات تکمیلی: -
• مکان: دانشکده فنی مهندسی – اتاق 351
• تاریخ: 20/ 11/1398
• ساعت: 09:00

چکیدهتولید الکتریسیته از ریزاندامگان فتوسنتزی نظیر سیانوباکتری‌ها و جلبک‌ها که توسط سازوکار درون‌سلولی خود، توانایی تبدیل کردن انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی را دارند توجه بسیاری از محققان را به‌سوی فناوری پیل‌های سوختی میکروبی فتوسنتزی جلب کرده است. در این پژوهش از پیلی با ساختار تک محفظه‌ای و سیانوباکتر سینکوسیستیس 6803 استفاده شد که به علت محدودیت‌های متابولیکی درون‌سلولی توانایی زیادی در تولید الکتریسیته ندارد و همین امر سبب شده است که بازده تولید انرژی پایینی را داشته باشد؛ بنابراین، با رویکرد مهندسی سوخت‌وساز سامانه‌ای و با استفاده از الگوریتم LAMOS، واکنش‌های مؤثر در بهبود تولید NADH درون‌سلولی شناسایی شدند. نتایج حاصل از مدل‌سازی به 6 واکنش جهت فعال‌کنندگی و 5 واکنش جهت بازدارندگی انجامید. از این تعداد واکنش‌، 2 واکنش PTAr_b و GLUDy_b برای افزایش فعالیت انتخاب شدند که به ترتیب تحت تأثیر آنزیم‌های فسفو ترانس استیلاز و گلوتامات دهیدروژناز است. سپس با استفاده از پایگاه داده BRENDA آمونیوم کلرید و پتاسیم کلرید به ترتیب به‌عنوان فعال‌کننده آنزیم‌های فسفو ترانس استیلاز و گلوتامات دهیدروژناز به محیط‌کشت BG-11 اضافه شد. با اصلاح محیط‌کشت توسط اضافه نمودن فعال‌کننده‌های ذکرشده، پتانسیل مدار باز از 96/77 میلی‌ولت به 47/128 و 61/142 میلی‌ولت به ترتیب با اضافه نمودن آمونیوم کلرید و پتاسیم کلرید رسید. بیشینه چگالی توان نیز از 67/3 میلی‌وات بر مترمربع به 26/148 و 97/10میلی‌وات بر مترمربع به ترتیب با اصلاح محیط‌کشت توسط آمونیوم کلرید و پتاسیم کلرید افزایش یافت. هم‌چنین، بیشینه شدت‌جریان از 177/0 میلی‌آمپر بر مترمربع به ترتیب ‌به 05/5 و 281/0 میلی‌آمپر بر مترمربع تحت تاثیر آمونیوم کلرید و پتاسیم کلرید افزایش یافت. محیط‌کشت پایه BG-11 و محیط‌کشت اصلاح‌شده BG-11+NH4Cl عاری از سینکوسیستیس 6803 نیز مورد بررسی قرار گرفت که اثر بخشی آمونیوم کلرید بر متابولیسم سلولی را تایید نمود. افزودن آمونیوم کلرید تأثیر چشمگیری در کاهش اتلاف‌های ناحیه فعال‌سازی داشت. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني پويشي گرفته‌شده از الکترود‌های آند و کاتد دو محیط کشت BG-11 و BG-11+NH4Cl، نشان‌دهنده تغییر در ریخت‌شناسی سینکوسیستیس 6803 است که با افزودن آمونیوم کلرید به محیط‌کشت BG-11 از تراکم گونه‌های سیانوباکتر بر روی سطوح الکترودهای آند و کاتد کاسته شده است.
کلمات کلیدیمهندسی سوخت‌وساز سامانه‌ای، سیانوباکتر سینکوسیستیس 6803، اصلاح محیط‌کشت، پیل‌ سوختی میکروبی فتوسنتزی، بهبود تولید الکترون