随着全球石油资源不断减少以及温室气体的不断积累,利用微生物固定二氧化碳来生产化学品,对人类可持续发展以及改善人类生活质量具有重要的意义。大肠杆菌在工业上应用广泛,合成了很多的大宗化学品。丙烯酸和丙酸是重要的平台化合物,由于应用非常广泛而备受重视。在本研究中,我们在大肠杆菌中构建了来自勤奋金属球菌DSM 5348的部分3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环,固定二氧化碳来生产丙烯酸和丙酸。我们首次在大肠杆菌中异源表达了来自勤奋金属球菌3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环的丙二酰辅酶A还原酶、丙二酸半醛还原酶、3-羟基丙酰辅酶A合成酶和3-羟基丙酰辅酶A脱水酶,在摇瓶培养条件下,积累的丙烯酸达到了3.04±0.23 mg/L,进一步过表达来自大肠杆菌的琥珀酰辅酶A合成酶,丙烯酸产量达到了3.85±0.15mg/L。当敲除乙酸合成途径后,丙烯酸产量提高到3.99±0.09 mg/L。在3L补料分批发酵条件下,构建的大肠杆菌菌株产生的丙烯酸产量达到13.28±0.12 mg/L。接着,我们首次在大肠杆菌中异源表达了来自勤奋金属球菌3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环的丙二酰辅酶A还原酶、丙二酸半醛还原酶、3-羟基丙酰辅酶A合成酶、3-羟基丙酰辅酶A脱水酶和丙烯酰辅酶A还原酶,在摇瓶培养条件下,积累的丙酸达到了143.48±9.20 mg/L,进一步过表达来自大肠杆菌的琥珀酰辅酶A合成酶,丙酸产量达到了312.41±24.41 mg/L。13C标记实验表明固定的二氧化碳15.1%来自空气,84.9%来自菌体的糖代谢过程。当敲除乙酸合成途径后,丙酸产量提高到335.46±15.28。在3L补料分批发酵条件下,构建的大肠杆菌菌体产生的丙酸产量达到1.43±0.03 g/L。中等链长聚羟基脂肪酸酯是一种高级生物材料,在生物医学上具有重要的用途。改造微生物生产中等链长聚羟基脂肪酸酯是当前研究的热点,用微生物直接生产得到中等链长聚羟基脂肪酸酯均聚物具有重要的意义。目前生产中等链长聚羟基脂肪酸酯均聚物的方法主要是利用脂肪酸为碳源来合成对应链长的聚羟基脂肪酸酯均聚物,这种生产方法不但成本高且不利于菌体细胞的生长。为了降低成本,有必要利用廉价的原料来生产中等链长聚羟基脂肪酸酯均聚物。本研究另一工作为改造大肠杆菌脂肪酸代谢途径,利用葡萄糖来生产中等链长聚羟基脂肪酸酯均聚物。我们在大肠杆菌中异源表达来自樟树的硫脂酶,得到碳14链长的3-羟基脂肪酸,大肠杆菌体内的脂酰辅酶A合成酶和恶臭假单胞菌的脂肪酸辅酶A连接酶均能够在大肠杆菌体内催化碳14链长的3-羟基脂肪酸形成碳14链长的3-羟基脂酰辅酶A,恶臭假单胞菌的聚羟基脂肪酸酯聚合酶PhaC1和PhaC2均能够在大肠杆菌体内将碳14链长的3-羟基脂酰辅酶A聚合形成聚羟基脂肪酸酯均聚物。共表达樟树的硫脂酶、恶臭假单胞菌的脂肪酸辅酶A连接酶和聚羟基脂肪酸酯聚合酶PhaC2的大肠杆菌菌株积累的聚羟基脂肪酸酯均聚物产量最高,达到8.95±0.34 mg/L。