[發(fā)明專利]利用電能固定CO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210446934.2
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114561416B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏霖;譚揚;周明新;王可汗
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳中科翎碳生物科技有限公司
• 主分類號: C12N15/74
• 分類號: C12N15/74;C12N15/53;C12N15/54;C12N15/60;C12N1/21;C12P7/04;C12R1/01
• 代理公司: 北京博智杰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11929
• 代理人: 尹春雷

本發(fā)明提供了一種利用合成生物技術(shù)設(shè)計構(gòu)建高效利用電能固定CO₂并合成異丙醇的工程菌的方法與應(yīng)用。所述設(shè)計構(gòu)建工程菌的方法是以能利用電能和CO₂的電活性微生物Geobacter sulfurreducens ACL為底盤，在該底盤菌株中通過質(zhì)粒方式高效表達異檸檬酸脫氫酶與異丙醇合成途徑相關(guān)酶，經(jīng)實驗驗證利用該方法所構(gòu)建的菌株能高效利用電能與CO₂合成異丙醇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合成生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種設(shè)計構(gòu)建高效利用電能固定CO₂及合成異丙醇工程菌的構(gòu)建方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

微生物電催化過程通過電活性微生物與外界環(huán)境進行雙向電子與能量交換，以實現(xiàn)環(huán)境、能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。生物電合成(Microbial electrosynthesis，MES)可直接利用電能驅(qū)動微生物還原固定CO₂，合成多碳化合物，為可再生新能源轉(zhuǎn)化、精細化學(xué)品制備和生態(tài)環(huán)境保護提供新機遇。但是，現(xiàn)有已知的微生物與電極間的胞外電子傳遞(Extracellular electron transfer，EET)速率較低，尚難以達到工業(yè)化要求；產(chǎn)生的有機化合物主要以C1和C2化合物為主，品位較低，商業(yè)價值不高。依賴于現(xiàn)代分子生物學(xué)和現(xiàn)代合成生物技術(shù)的生物工程，比如優(yōu)化微生物胞外電子傳遞鏈和構(gòu)建高附加值化合物的合成代謝途徑，可提供解決上述兩個主要問題的方案。

目前G. sulfurreducens和Shewanella oneidensis作為模式電活性微生物研究最為廣泛。相比電活性微生物S. oneidensis, G. sulfurreducens具有更高的胞外電子傳遞效率，其最大輸出功率比S. oneidensis高約一個數(shù)量級。相關(guān)研究在G. sulfurreducens中表達了Chlorobiumlimicola檸檬酸裂合酶基因，構(gòu)建了G. sulfurreducens ACL（Toshiyuku Ueki, Kelly P.Nevin, Trevor L. Woodard, et al.2018）工程菌株，申請人通過研究發(fā)現(xiàn)該菌株能直接利用電能且以CO2為唯一碳源支持生長，且形成高效利用電能的厚實生物被膜。為開展微生物電能利用分子機制以及電合成研究提供了較為理想的底盤生物，是本發(fā)明高效利用電能固定二氧化碳并通過微生物電合成方式轉(zhuǎn)化為異丙醇的核心手段。

目前基于微生物電合成方法合成C1-C2的醇類化合物主要包含甲醇與乙醇。乙醇的能量密度低、吸濕性高，且具有腐蝕性，不利于長期儲存和大量添加，因而無法作為理想的燃油替代燃料。相比之下，碳原子數(shù)大于2的異丙醇，同時兼?zhèn)洳晃鼭衽c腐蝕性低的特性，可以與汽油以任意比例混合，因而被認為是具巨大前景的燃油替代品。目前異丙醇的需求量每年以7%的速度穩(wěn)定增長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是利用合成生物技術(shù)，通過利用G. sulfurreducensACL底盤生物，設(shè)計構(gòu)建了高效利用電能固定CO₂，并首次通過微生物電合成的方法合成有極高燃油替代價值的異丙醇的工程菌株及采用該工程菌進行微生物電合成異丙醇的方法，通過優(yōu)化微生物還原性三羧酸循環(huán)途徑關(guān)鍵步驟，提高胞外攝取電子速率與CO₂固定效率，并構(gòu)建高附加值化學(xué)品異丙醇的合成代謝途徑。

基于此，本發(fā)明提供一種利用合成生物技術(shù)設(shè)計構(gòu)建高效利用電能固定CO₂的工程菌的方法，其包括：以電合成菌株G.sulfurreducensACL為底盤過表達異檸檬酸脫氫酶，獲得工程菌。