Astroplastic: A start-to-finish process for polyhydroxybutyrate production from solid human waste using genetically engineered bacteria to address the challenges for future manned Mars missions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Space exploration has long been a source of inspiration, challenging scientists and engineers to find innovative solutions to various problems. One of the current focuses in space exploration is to send humans to Mars. However, the challenge of transporting materials to Mars and the need for waste management processes are two major obstacles for these long-duration missions. To address these two challenges a process called Astroplastic was developed that produces polyhydroxybutyrate (PHB) from solid human waste, which can be used to 3D print useful items for astronauts. PHB granules are naturally produced by bacteria such as Ralstonia eutropha and Pseudomonas aeruginosa for carbon and energy storage. The phaJ, phaC, and phaCBA genes were cloned from these native PHB-producing bacteria into Escherichia coli . These genes code for enzymes that aid in PHB production by converting products of glycolysis and β-oxidation pathways, such as acetyl-CoA and enoyl-CoA, into PHB. To ensure a continuous PHB production system and to eliminate the need for cell lysis to extract PHB, recombinant E. coli was engineered to use the genes in its natural type I secretion system to secrete PHB. The C-terminal of the HlyA secretion tag was fused to phasin (PhaP), a protein originally from R. eutropha . Phasin-HlyA electrostatically binds PHB granules and transports them outside of the cell. In addition to genetically engineering bacteria, a concept for start-to-finish PHB production process was designed. Integrating expert feedback and experimental results, conditions for each step of the process including the collection and storage of waste, volatile fatty acid (VFA) fermentation, VFA extraction, PHB fermentation, and PHB extraction were optimized. The optimized system will provide a sustainable and continuous PHB production system, which will address the problems of transportation costs and waste management for future space missions. Financial Disclosure Mindfuel Science Alberta Foundation Genome Alberta GenScript Polyferm Canada GeekStarter Alberta Integrated DNA Technologies University of Calgary University of Calgary Cumming School of Medicine University of Calgary Bachelor of Sciences University of Calgary Schulich School of Engineering University of Calgary O’Brien Centre for the Bachelor of Health Sciences City of Calgary Alberta Innovates The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript. Competing Interests The authors have declared that no competing interests exist. Ethics Statement N/A Data Availability All data are freely available without restriction.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».