【摘 要】
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作为一种有前景的技术,微生物CO2固定有望缓解全球变暖并可持续地将CO2转化为燃料或其他化学品。辅因子NADH和NADPH是微生物固定CO2并合成化合物中必不可少的还原力。如何操纵细胞的氧化还原平衡并增加细胞内NAD（P）H的可用性成为了微生物CO2固定需要解决的难题之一。本研究使用体外电合成技术和体内表达酶促途径的结合策略,以化能自养微生物罗尔斯通氏菌为底盘细胞,设计了一个增强NAD（P）H再生
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作为一种有前景的技术,微生物CO2固定有望缓解全球变暖并可持续地将CO2转化为燃料或其他化学品。辅因子NADH和NADPH是微生物固定CO2并合成化合物中必不可少的还原力。如何操纵细胞的氧化还原平衡并增加细胞内NAD（P）H的可用性成为了微生物CO2固定需要解决的难题之一。本研究使用体外电合成技术和体内表达酶促途径的结合策略,以化能自养微生物罗尔斯通氏菌为底盘细胞,设计了一个增强NAD（P）H再生的微生物电合成系统。在该体系中,胞外电子载体中性红传递阴极电子进入胞内再生NAD（P）H;并在罗尔斯通氏菌中异源表达NADPH再生相关的酶,包含NAD激酶、转氢酶和亚磷酸脱氢酶。最终构建的电合成体系实现了罗尔斯通氏菌在仅供给电能和CO2的条件下维持正常生长并合成聚羟基丁酸酯。本研究首先对微生物电合成体系进行了条件优化和表征。优化后的条件是阴极电势-0.8 V（vs.Ag/Ag Cl）,中性红浓度0.1 m M下,罗尔斯通氏菌内聚羟基丁酸酯的最高产量达到了421.54±8.43 mg/g DCW。然后对电子载体和细胞活性进行了表征,证明了该电合成体系对细胞生长和代谢没有产生影响。进一步地,在罗尔斯通氏菌中表达了不同的NADPH再生酶,并比较了它们对电合成条件下胞内NADPH再生和聚羟基丁酸酯合成的影响。同时利用组合优化策略,发现大肠杆菌NAD激酶Yfj B和转氢酶Pnt AB组合表达的效果优于单独表达Yfj B或Pnt AB,其工程菌株的聚羟基丁酸酯积累量达到了本研究的最高产量,为488.66±6.12 mg/g DCW,比对照组的平均产量提高了约18.0%。本研究提供了一种生物电化学技术与合成生物学方法相结合的策略来增加细胞内NAD（P）H的可用性,从而增强了碳固定和所需产物的合成。
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