[发明专利]蜡样芽孢杆菌HBU-AI编码合成PHA的基因序列及其应用

说明书

本发明公开了一种蜡样芽孢杆菌HBU‑AI编码合成PHA的基因序列，PHA基因的基因簇上游位置为phaP基因，编码转录调控因子为phaQ基因，编码调控蛋白的phaR基因，编码NADPH依赖型乙酰乙酰辅酶A还原酶基因phaB，关键酶基因phaC。蜡样芽孢杆菌HBU‑AI编码合成PHA的基因序列的应用为用于构建由葡萄糖高效合成PHA的工程大肠杆菌。本发明所用的原料成本低，能高效合成PHA、实现PHA规模化，推动生物塑料替代石油基塑料。

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，更具体涉及一种蜡样芽孢杆菌HBU-AI编码合成PHA的基因序列及其应用。

背景技术

“塑料”是一种非大自然生产的聚合物材料，已被广泛应用到人们的生活中，例如包装材料、汽车部件、生物医学装置、电子部件等。目前，石油化工类塑料年产量约为3亿吨，随着经济的发展，国内外对其需求量还在不断增加。石油化工类塑料在提供各种便利的同时，也造成了严重的环境问题，如不可降解的全碳骨干塑料组成的白色垃圾和石化塑料燃烧导致的大气中二氧化碳和毒素水平升高等。为了减少石化塑料的污染，各个国家都开始寻找一种能够代替石油化工类塑料的可持续发展的材料。

聚羟基脂肪酸酯(PHA)被认为是目前最有前途的生物可降解塑料之一。PHA是广泛存在于微生物体内，是响应环境和营养胁迫条件下产生的一种天然的生物高分子材料，其在生物体内的生理功能首先是作为碳源和能量的储存物质。PHA具有类似于传统的石油化工类塑料的诸多性质，如热可塑性和热可加工性，同时PHA还具有一些特殊的材料学特性，如：非线性光学活性、压电性、气体阻隔性等。更重要的是，PHA作为一种生物基材料，具有完全的生物降解性和良好的生物相容性，废弃后可被自然界存在的微生物完全降解为二氧化碳、水(有氧条件)或碳(乏氧条件)。聚合形成PHA的单体非常多样化，最常见的单体是3-羟基丁酸酯(3HB)、3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯(3HB-co-3HV)和4-羟基丁酸酯(4HB)等。不同的单体不同的组合能形成多种PHA，其中包括由单一单体聚合而成的均聚物和有两种或两种以上单体形成的共聚物。聚合形成PHA种类的多样性也就决定了其性能的多样化。因此，PHA被普遍认为是替代传统塑料的可再生材料，在包装、医药、农业及工业领域中有广泛的应用前景。

PHA生物材料的发展取决于其核心技术的成功开发，快速生长、高效合成PHA的微生物菌种的获得是关键。尽管目前已经报道了很多微生物可以合成PHA，但是仅有几种微生物能够以高浓度和高产率来合成PHA，如罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)，广泛产碱菌(Alcaligenes latus)，嗜油假单胞菌(Pseudomonas oleovorans)，恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)，还有几种甲烷菌和重组大肠杆菌。其中，大肠杆菌是最常见，研究的最透彻的一种模式菌种，其生长速度快；因此，在大肠杆菌中构建产PHA的代谢途径是很有前景的一个研究方向。通过代谢工程和基因工程改造技术将新的PHA合成途径引入到大肠杆菌中，从而能在降低成本的同时，更加高效地生产不同单体组成的PHA。

生产成本仍然是限制PHA产业化的一个重要因素，因此使用便宜的原料来发酵生产PHA对降低其生产成本有重要的意义。葡萄糖是最为常见和便宜的工业原料，若能高效利用葡萄糖通过大肠杆菌的代谢合成PHA，是实现PHA规模化、低成本生产的技术关键，是推动生物塑料替代石油基塑料的必要条件。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种蜡样芽孢杆菌HBU-AI编码合成PHA的基因序列及其应用，以解决合成PHA成本高、无法实现产业化的问题，以降低合成PHA的成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种蜡样芽孢杆菌HBU-AI编码合成PHA的基因序列，PHA基因的基因簇上游位置为phaP基因，编码转录调控因子为phaQ基因，编码调控蛋白的phaR基因，编码NADPH依赖型乙酰乙酰辅酶A还原酶基因phaB，关键酶基因phaC。