[发明专利]一种基于嗜盐菌高效生产3-羟基丙酸(3HP)及其衍生物的方法

说明书

本发明通过转录组学方法首次解析了盐单胞菌的3‑羟基丙酸(3HP)降解途径，发现了3‑羟基丙酸降解基因dddA和dddC，并获得了不能降解3HP的重组盐单胞菌TDΔdddA。在此基础上，进一步利用来源于盐单胞菌内源的负责3HP生产的代谢的醇脱氢酶基因AdhP和醛脱氢酶基因AldD_TD，通过合成生物学手段调控该代谢途径的表达水平，筛选得到3HP高产重组盐单胞菌，产量和生产力分别为0.93g/g1,3‑丙二醇(PDO)和2.4g/L/h，这是迄今为止报道的最高3HP产量和生产力。

技术领域

本发明涉及微生物代谢工程和发酵工程领域。更具体地说，本发明通过在嗜盐菌里构建3-羟基丙酸(3HP)及其衍生物的合成途径，解析并删除3-羟基丙酸降解途径，增强目标产物的代谢流，调节细胞的氧化还原平衡，从而实现利用抗染菌嗜盐菌生产3-羟基丙酸及其衍生物(聚合物)的目的。

背景技术

3-羟基丙酸(3-hydroxypropionic acid，3HP)是一种重要的平台化合物，位列美国能源部列举的12种最具价值的平台化合物之一(Wang,Y.,et al.,Biosynthesis ofplatform chemical 3-hydroxypropionic acid(3HP)directly from CO₂ incyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803.Metabolic engineering,2016.34:p.60-70.)。3-羟基丙酸(3HP)是一种用于合成C3基化学品的平台化学品，包括丙烯酸、丙二酸、丙烯酰胺、丙烯腈(ACN)和聚-3-羟基丙酸(P3HP)基聚合物。聚3-羟基丙酸(P3HP)是PHA家族中具有高强度机械性能的材料之一，P3HP是由3-羟基丙酸一种单体构成的均聚物，没有支链，属于短链PHA，其优秀的性能主要表现为较高的杨氏模量和断裂延伸率，聚3-羟基丙酸的杨氏模量最低可达到300MPa，断裂延伸率可达到600％，拉伸强度也在27MPa左右，既不像聚3-羟基丁酸(PHB)那么脆，又不像中长链PHA那样柔软，聚3-羟基丙酸的机械性能已完全可以和目前的石油基材料相比，而且聚3-羟基丙酸具有生物相容性和生物可降解性，大大拓宽了其应用价值。

化学法合成3HP的效率不高，并且污染环境，添加的结构类似物前体价格昂贵，不适用于工业化生产。生物合成主要通过在微生物中异源表达代谢途径的方式，与化学合成相比，生物合成的优势在于：1)特异性高；2)对底物纯度要求低；3)更加环境友好，不需高温高压(Della Pina,C.,E.Falletta,and M.Rossi,A green approach to chemicalbuilding blocks.The case of 3-hydroxypropanoic acid.Green chemistry,2011.13(7):p.1624-1632.)。所以在微生物中利用廉价碳源高效生产3HP是本发明要解决的主要科学问题。

目前据报道已经构建了从葡萄糖、甘油或CO₂等生物可再生资源中生产3HP的合成途径。但是由于需要操纵和调节多个基因，导致基于丙二酰辅酶A或β-丙氨酸的3HP合成途径的复杂性以及3HP生物合成效率较低。3HP的生物合成集中在以甘油为原料上。由甘油生产3HP要经过两步：1)甘油脱水酶DhaB将甘油转化为3-羟基丙醛(3-hydroxypropionaldehyde,3HPA)，此过程以辅酶B12为辅因子；2)醛基脱氢酶AldH消耗1分子NAD⁺，将3HPA催化为3HP(Yazdani,S.S.and R.Gonzalez,Anaerobic fermentation ofglycerol:a path to economic viability for the biofuels industry.Currentopinion in biotechnology,2007.18(3):p.213-219.)。