[发明专利]一种在微生物体内固定二氧化碳生产3-羟基丙酸、丙烯酸和丙酸的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于可再生能源和生物质能源以及化工原料生产领域，具体涉及一种在微生物体内固定二氧化碳生产3-羟基丙酸、丙烯酸和丙酸的方法。

背景技术

生物界中几乎所有的自养生物都是通过固碳过程得到所需的碳源，大气中的二氧化碳的固定至关重要，被认为是地球上最重要的生命过程之一。目前已经发现的固定二氧化碳的途径有：卡尔文循环，还原柠檬酸循环，还原乙酰辅酶A循环和3-羟基丙酸循环，2007年，Georg Fuchs课题组在古生菌Metallosphaera sedula中发现了第五种二氧化碳固定方式：3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环（Berg I A, Kockelkorn D, Buckel W, et al. A 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate autotrophic carbon dioxide assimilation pathway in Archaea. Science, 2007, 318(5857): 1782-1786.），其特点是经过一个循环固定二分子二氧化碳形成一份子乙酰辅酶A，循环中存在3-羟基丙酸和4-羟基丁酸中间代谢物，故称为3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环。

    3-羟基丙酸具有羟基和羧基两个官能团，是很多光学活性物质的前体，是一种重要的化工平台产品。2004 年美国能源部将其列为当今世界12 种最具潜力的化工产品之一。丙烯酸是重要的有机合成原料及合成树脂单体，是聚合速度非常快的乙烯类单体，其聚合物用于合成树脂、胶黏剂、合成橡胶、合成纤维、高吸水性树脂、制药、建材、石油开采、涂料等工业部门。同时，丙烯酸是水溶性聚合物的重要原料之一，与淀粉共聚可制得超强性吸水剂。丙酸主要用途为：用作酯化剂、硝酸纤维素的溶剂、增塑剂、化学试剂盒配制食品原料等。丙酸的防真菌和霉菌效果在pH值6以下时优于苯甲酸，价格低于山梨酸，是理想的食品防腐剂之一，因而作为食品防腐剂在我国具有巨大的潜在市场。丙酸可以用于生产丙酰胺，进而生产部分除草剂品种。在医药行业，丙酸的主要衍生物有维生素B6、萘普生、脑脉宁等。丙酸还可以制作成香料，用于食品、化妆品、肥皂的香料。另外，还在可以用丙酸来制取可生物降解塑料等。目前，3-羟基丙酸，丙烯酸和丙酸主要是通过化学法合成，但是，目前的化学合成法不但成本高，还会造成环境污染，消耗珍贵的石油资源。

    目前工业上已经有许多利用微生物生产发酵获得产品的成功实例。通过微生物固定二氧化碳来生产3-羟基丙酸，丙烯酸和丙酸具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种在微生物体内固定二氧化碳生产3-羟基丙酸、丙烯酸和丙酸的方法。

本发明的目的还在于提供一种生产3-羟基丙酸、丙烯酸和丙酸的的微生物。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种在微生物体内固定二氧化碳生产3-羟基丙酸、丙烯酸和丙酸的方法，包括如下步骤：将编码如下功能蛋白的基因中的至少一种转入微生物体内：丙二酰辅酶A还原酶或其功能等同体、丙二酸半醛还原酶或其功能等同体、3-羟基丙酰辅酶A合成酶或其功能等同体、3-羟基丙酰辅酶A脱水酶或其功能等同体以及丙烯酰辅酶A还原酶或其功能等同体，使微生物能够表达相应的功能蛋白。所述的丙二酰辅酶A还原酶可将丙二酰辅酶A转变为丙二酸半醛，丙二酸半醛还原酶可将丙二酸半醛转变为3-羟基丙酸，3-羟基丙酰辅酶A合成酶可将3-羟基丙酸转变为3-羟基丙酰辅酶A，3-羟基丙酰辅酶A脱水酶可将3-羟基丙酰辅酶A转化为丙烯酰辅酶A，丙烯酰辅酶A还原酶可将丙烯酰辅酶A转化为丙酰辅酶A。

优选的，将编码丙二酰辅酶A还原酶或其功能等同体和丙二酸半醛还原酶或其功能等同体的基因中的至少一种转入微生物体内可生产3-羟基丙酸；

将编码丙二酰辅酶A还原酶或其功能等同体、丙二酸半醛还原酶或其功能等同体、3-羟基丙酰辅酶A合成酶或其功能等同体以及3-羟基丙酰辅酶A脱水酶或其功能等同体的基因中的至少一种转入微生物体内可生产丙烯酸；

将编码丙二酰辅酶A还原酶或其功能等同体、丙二酸半醛还原酶或其功能等同体、3-羟基丙酰辅酶A合成酶或其功能等同体、3-羟基丙酰辅酶A脱水酶或其功能等同体以及丙烯酰辅酶A还原酶或其功能等同体的基因的至少一种转入微生物体内可生产丙酸。