一、项目简介

本发明属于合成生物学与微生物制造领域，具体涉及一种通过代谢工程改造食气梭菌（如永达尔梭菌 Clostridium ljungdahlii），使其能够高效利用一碳气体（如CO、CO₂）合成高价值化学品3-羟基丁酸（3-HB） 的方法。

3-羟基丁酸是一种重要的平台化合物，可作为生产生物可降解塑料、医药中间体及高价值化学品的前体。传统的3-HB生产主要依赖石化路线或光合微生物，存在成本高、效率低等问题。食气梭菌是一类能够直接利用工业废气（如合成气）作为碳源和能源的厌氧细菌，具有实现碳减排和绿色合成的潜力。然而，天然菌株合成3-HB的能力有限。

本发明的核心在于提供了一种高效的遗传操作体系。通过转座子介导的染色体整合技术（如使用mariner转座子Himar1C9），将3-HB生物合成途径的关键基因（如编码3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶的基因 hbd2，GenBank: CLJU_c37300）以基因簇的形式稳定整合到食气梭菌染色体的特定非编码区（如CLJU_c05590和CLJU_c05600基因之间），并采用强启动子（如P1339）驱动表达。该方法避免了使用不稳定的质粒载体，显著提高了工程菌的遗传稳定性和产物合成能力。通过上述方法构建的工程菌株（如3HB-02），在分批发酵和连续气体发酵中，3-HB产量分别达到3.0 g/L和10.3 g/L，展示了优异的工业化应用前景。

二、专利摘要

本发明公开了一种构建食气梭菌工程菌的方法，包括下述步骤：制备目标产物的生物合成途径中所需基因即途径基因，形成途径基因簇；将途径基因簇嵌入mariner转座子的转座酶识别位点内部，构成途径基因表达框；选取永达尔梭菌中常用的组成型强启动子用于驱动转座酶表达，将途径基因表达框装载于质粒的多克隆位点，并在其复制子上游插入诱导阻遏元件，得到转座质粒；将转座质粒转化入食气梭菌，得到食气梭菌工程菌。通过上述方法构建的工程菌发酵表达3‑羟基丁酸的产量高达3g/L。

三、专利状态

本技术已递交中国专利申请，申请号：202311277850.1，实质审查中；持有人项目编号：SIPPE23-33。

四、持有单位

中国科学院分子植物科学卓越创新中心。

五、合作方式

转让、许可或合作研发。

六、联系方式

张雯，wzhang@cemps.ac.cn，021-54924138。