[发明专利]能够仅使用二氧化碳和甲酸生长的重组微生物及使用所述重组微生物产生有用物质的方法

说明书

公开了一种通过引入和改善由二氧化碳和甲酸合成丙酮酸的代谢途径以提高丙酮酸的合成效率以及进行另外的遗传操作而能够仅使用二氧化碳和甲酸生长的重组微生物，以及使用所述重组微生物产生有用物质的方法。有利地，所述重组微生物能够以明显提高的速率合成一种C3有机化合物丙酮酸，并且特别地，即使在仅含有二氧化碳和甲酸作为碳源而没有葡萄糖供应的培养基中也生长良好，并且由此能够以经济有效的方式来合成丙酮酸和合成使用丙酮酸作为中间产物的多种高附加值化合物。

技术领域

本发明涉及能够仅使用二氧化碳和甲酸生长的重组微生物以及使用所述重组微生物产生有用物质的方法。更具体地，本发明涉及通过引入和增强由二氧化碳和甲酸合成丙酮酸的代谢途径以改善丙酮酸的合成效率以及进行另外的遗传操作而能够仅使用二氧化碳和甲酸生长的重组微生物，以及使用所述重组微生物产生有用物质的方法。

背景技术

为了建立减少温室气体排放(温室气体排放是快速气候变化的主要原因)的措施，正在积极研究合成具有较高碳数的液体或固体有机物质，而不是由一个碳组成的气态化合物(诸如二氧化碳，这是温室气体的主要组分)。由一个碳组成的化合物(C1化合物)的转化研究大致可以分为化学方法和生物方法。其中，化学方法使用基于金属催化剂和非金属催化剂的电化学反应来进行。通过此类反应，二氧化碳转化为非气态的碳化合物(诸如甲醇或甲酸)，并且相关研究的例子包括使用碳纳米管催化剂进行转化(Kumar等人,Nat.Comm.2819,2013)、使用铁催化剂进行转化(Christopher等人,Angew.Chem.Int.Ed.49:50,9777-9780,2010)、使用合金催化剂进行转化(Studt等人,Nat.Chem.,6,320-324,2014)等。使用这些化学方法进行转化有相对较快的优点，但是局限性在于通过C1化合物转化工艺获得的产物是单个碳的物质(诸如甲酸和甲醇)，而不是含有多个碳原子的有用化合物。

关于生物转化方法，正在开展研究，目的是将气态的C1化合物转化为非气态的化合物以及将C1化合物转化为由几个碳原子组成的有用化合物。在前一种情况下，已经对自然界中存在的代谢途径的使用及其改进(PCT/US2008/083056)、新代谢途径的设计(Schwander等人,Science,354:6314,900-904,2016)等进行了研究。后一种情况的例子包括使用甲醇同化微生物产生有用化合物(US 2003/0124687 A1)、从甲酸产生具有三个碳原子的化合物(US 2013/0196359 A1)等。然而，此研究的局限性在于，由于其效率低下难以在体内条件下鉴定所述研究的效果，并且所述研究的功能是否与活生物体内的代谢途径相兼容还没有得到证实。

因此，为了克服上述生物C1化合物转化工艺的局限性，从而开发高效的C1化合物转化工艺的研究正在工业上不断进行。具体地，在C1化合物中，甲酸的优点在于它对生物体的毒性比其他C1化合物要相对较小，并且就反应机制而言，与其他C1化合物相比有利于同化(合成代谢)反应，并且可以通过化学方法从二氧化碳容易快速地合成。然而，甲基杆菌属(Methylobacterium)(一种有代表性的甲酸同化细菌)的基因组信息仅在2009年发现过，也就是说，应用甲酸的基础研究只是最近才进行的。目前，正在对将C1碳源转化为有用化学物质的在理论上证明的方法进行验证。最近研究报道了大肠杆菌(E.coli)仅使用二氧化碳和甲酸进行生长(Gleizer,S.等人Cell 179,1255-1263,2019、Kim,S.等人Nat.Chem.Biol.1-8,2020)。然而，存在的局限性在于细胞生长水平非常低。