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从甘油途径生物法合成P3HP和1,3-PDO

杨鹏  
【摘要】:石油基材料的产生给人类的生活带来了极大的便利,但随着人类对石油基材料的需求越来越大,其无法被环境降解的缺点也带来了严重的环境问题,同时,随着全球石油储量的下降,寻找一种能替代现行塑料性能,又不造成白色污染的塑料替代品——可降解塑料成为当前的研究热点。聚3-羟基丙酸(P3HP)作为PHA家族中的一员,因其具有特殊的物理、化学性能而成为当前可降解塑料研究中的热点。本文利用基因重组技术,在大肠杆菌中构建了一套以甘油为底物合成P3HP的代谢途径,通过发酵生产成功的获得了P3HP。主要结果如下:(1)以甘油为底物合成P3HP。甘油脱水酶是控制甘油分解和产生P3HP的关键性限速酶,对P3HP的转化速率起着至关重要的作用。本文对甘油途径进行了改进,通过在大肠杆菌中引入肺炎克雷伯氏菌的甘油脱水酶基因dhaB123及其辅助因子基因gdrAB代替丁酸梭菌的甘油脱水酶,使得整个代谢反应过程可以在有氧的条件下进行。单因素优化得到最适培养条件,最终得到了1.54 g/L的P3HP,占细胞干重的50%。(2)以甘油为底物发酵生产P3HP和1,3-丙二醇。以甘油为底物生物合成3-HP的代谢途径中,存在还原力不平衡的问题,限制了P3HP的产量。本文在P3HP的合成途径中引入1,3-PDO的合成,以平衡细菌体内还原力。通过自杀性载体系统介导的同源重组技术,将甘油脱水酶及其激活因子的合成基因整合到大肠杆菌基因组中,能够有效的降低质粒的丢失率,保持质粒稳定性。经过发酵条件优化后,最终构建的工程菌可以获得2.7 g/L的P3HP和2.4 g/L的1,3-PDO,相比此前研究中1.54 g/L的P3HP摇瓶产量,此代谢途径P3HP产量有了近两倍的提高,且同时能够获得1,3-PDO。


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