[发明专利]一种利用蓝藻合成丙烯酸的方法

说明书

本发明涉及一种利用蓝藻合成丙烯酸的方法，步骤如下：1)首先，基于蓝藻Syn7942的NSI基因构建整合载体NSI，重组得到载体NSI‑ceaS2；2)将重组载体NSI‑ceaS2转化至蓝藻Syn7942细胞内，然后通过氯霉素固体培养基初步筛选出单克隆转基因蓝藻Syn7942；3)将筛选出的单克隆转基因蓝藻Syn7942转接至带有氯霉素抗性的液体培养基中，待蓝藻生长出后，提取蓝藻基因组，进行目的基因的PCR验证；4)将验证成功的单克隆转基因蓝藻Syn7942转接至液体培养基培养，待蓝藻长到OD730大于或等于1时，添加IPTG诱导基因ceaS2的表达，该酶将以蓝藻光合作用产生的三磷酸甘油醛(G3P)或磷酸二羟基丙酮(DHAP)为底物，催化合成丙烯酸；5)分离提纯。本发明以蓝藻为底盘生物进行改造合成丙烯酸，生产原料仅需阳光和水分等，生产设备和生产环境构建简单，不需要大量用电，因此相较于其它生产方法，生产成本大幅度降低。

技术领域

本发明涉及一种利用蓝藻合成丙烯酸的方法，属于合成生物学领域。

背景技术

蓝藻(Cyanobacteria)是一类通过光合作用获取能量的细菌，又名蓝绿藻、蓝绿菌或蓝细菌，其形态结构简单，无固定细胞核，体内含有的藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白加上叶绿体蛋白使之呈现出蓝绿色。蓝藻是地球上最早出现的藻类，是最简单、最原始的单细胞生物，在漫长的进化过程中，蓝藻把地球变成氧化型地球，并被内吞成植物的叶绿体，可以认为蓝藻是最简单的光合作用单位。

由于蓝藻独特的能进行光合作用的生理特性，许多科学家将蓝藻看作一种“生物光反应器”，通过它将空气中的二氧化碳和水变成人类需要的化工产品和一些高价值的天然产物。对蓝藻进行基因改造来生物合成这些产品具有许多优势：(1)目前许多常见蓝藻的基因组，如聚球藻、集胞藻、鱼腥藻等，都已经被测序完毕，同时由于蓝藻的基因组小、结构简单，科学家已经发明了一套针对蓝藻细胞的成熟、易操作的基因编辑体系；(2)相对于高等动植物，蓝藻具有微生物生长快速的特点，适于进行产品的大规模生产操作；(3)蓝藻的适应能力很强，能在很多恶劣环境中生存，同时蓝藻需要的生存条件非常简单，甚至只需阳光和水分就能存活，因此在大规模培养时不仅能大幅度节省原料成本，而且不需要占用耕地资源，避免了和生产食物粮食等竞争土地资源的冲突。(4)蓝藻通过光合作用吸收空气中的二氧化碳并产生氧气排放到空中，因此大规模培养蓝藻能有效地缓解人类不断使用化石原料等造成的“温室效应”，起到一定的环保作用。所以使用蓝藻作为合成生物学中的底盘生物，具有广大的前景和巨大的价值。

丙烯酸分子式：C3H4O2；英文名称：Acrylic acid；CAS：79-10-7；分子量：72.06；物理性质：与水混溶，可混溶于乙醇、乙醚，无色液体，有刺激性气味；熔点为13℃，沸点为141℃，闪点为54℃，密度为1.05g/cm。

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。是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶。大多数用以制造丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羟乙酯等丙烯酸酯类。丙烯酸及丙烯酸酯可以均聚及共聚，其聚合物用于合成树脂、合成纤维、高吸水性树脂、建材、涂料等工业部门。丙烯酸作为市场需求排名近20位的大宗化学品，丙烯酸及其聚合物等在工业生产、航空航天、污水处理、医用材料及纳米材料等方面都有广泛的应用。随着科技的发展，人们对绿色环保材料的需求日益增加，使得以丙烯酸作为有机合成原料和合成树脂单体的功能性材料越来越受到人们的青睐。

丙烯酸工业生产主要采用丙烯氧化法。丙烯先与氧气反应生成丙烯醛，丙烯醛再去氧作用生成丙烯酸，转化率较高。尽管该法存在诸多优点，但是原料依赖于传统化石能源，污染重、耗能高、不可持续。目前也有利用半生物合成法或生物全合成法来合成丙烯酸，例如利用大肠杆菌或酿酒酵母等发酵来生物合成丙烯酸的方法，虽然这些生物合成法解决了产量低和部分环境污染等问题，但由于生产过程中的原料、设备及水电等成本太高，无法实现大规模生产。