CN105264081A - 通过生产蚁酸(甲酸)储存气态氢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储存气态氢的方法，其包括在氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)的存在下，通过使气态氢接触二氧化碳来生产蚁酸(甲酸)，由此储存所述气态氢的步骤。HDCR和/或其复合物优选来源于伍氏醋酸杆菌。

Description

通过生产蚁酸(甲酸)储存气态氢的方法
本发明涉及储存气态氢的方法，其包括以下步骤：在氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)的存在下，通过使气态氢接触二氧化碳来生产蚁酸(甲酸)，由此储存所述气态氢。HDCR和/或其复合物优选来源于伍氏醋酸杆菌。
发明背景
氢是一种有前景的化石燃料替代品。通过与氧的反应，氢在热机中爆炸性地释放能量或在燃料电池中平稳地释放能量，生成水为唯一的副产物。氢含量丰富且不论国界广泛分布于世界各地。以将氢的生产和最终使用灵活地联系在一起的高能量密度形式来储存氢是氢能经济中的关键要素。
Boddien等(CO2-“Neutral”HydrogenStorageBasedonBicarbonatesandFormates.Angew.Chem.Int.Ed.,201150:6411–6414)描述了原位生成的钌催化剂，该催化剂促进碳酸氢盐和碳酸盐以及CO2和碱的选择性加氢反应，得到甲酸，并且还促进甲酸回到碳酸氢盐的选择性脱氢反应。这两类反应可以是偶联的，形成可逆的储氢系统。
KR2004/0009875描述了使用二氧化碳制备甲酸的电化学方法，从而在进行二氧化碳还原的同时将二氧化碳转化为有用的有机物质。该方法包括二氧化碳的电化学还原反应，所述电化学还原反应使用甲酸脱氢酶或产生甲酸脱氢酶的厌氧菌，以及在-400至-600mV的电位发生可逆氧化/还原反应的电子载体，其中所述电子载体的浓度为5至15mM；所述厌氧菌选自热醋酸梭菌(Clostridiumthermoaceticum)、热自养梭菌(Clostridiumthermoauthotrophicum)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、凯伍产醋菌(Acetogeniumkivui)、醋酸梭菌(Clostridiumaceticum)、扬氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)、产粘真杆菌(Eubacteriumlimosum)或其混合物；所述电子载体选自甲基紫精、N,N,-二乙基-4,4-联吡啶、N,N-二异丙基-4,4-联吡啶、4,4-联吡啶或其混合物；还原温度为20至70℃；且还原pH值为6.0至7.0。
WO2011/087380描述了在含CO和/或H2的气态底物的微生物发酵中提高碳捕获效率的方法；所述方法包括在发酵过程中施加电势。该方法进一步涉及在含CO和/或H2的气态底物的微生物发酵中提高碳捕获效率来生产醇和/或酸。
可以使用催化过程将主要由CO和/或CO与氢气(H2)组成的气体转化为各种燃料和化学品。也可以使用微生物将这些气体转化为燃料和化学品。虽然这些生物过程一般比化学反应慢，但是相比催化过程仍具有多种优势，包括更高的特异性、更高的产率、更低的能耗和更强的抗中毒性。
1903年首次发现微生物以CO作为唯一碳源生长的能力。这在后来被确认为是使用乙酰辅酶A(乙酰CoA)自养生长的生化途径(也被称为Wood-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的特性。已表明包括一氧化碳营养生物、光合生物、产甲烷生物和产醋酸生物的大量厌氧生物能将CO代谢为各种终产物，即CO2、H2、甲烷、正丁醇、醋酸和乙醇。虽然使用CO作为唯一的碳源，所有这类生物产生至少两种这些终产物。以氢作为还原剂厌氧固定CO2的Wood-Ljungdahl途径被认为是世界上首个维持生命途径的候选途径，因为该途径将二氧化碳的固定与经由化学渗透机理的ATP合成结合在一起。
Schuchmann等(Abacterialelectron-bifurcatinghydrogenase.JBiolChem.2012Sep7；287(37):31165-71)描述了来自伍氏醋酸杆菌的多聚[FeFe]-氢酶，其包含催化基于氢的铁氧化还原蛋白的还原反应的四个亚基(HydABCD)。显然，伍氏醋酸杆菌的多聚氢酶是可溶的能量转化氢酶，该多聚氢酶利用电子分叉，通过使吸能的铁氧化还原蛋白还原与放能的NAD+还原偶联来驱动所述铁氧化还原蛋白的还原反应。
Schiel-Bengelsdorf和Dürre(Pathwayengineeringandsyntheticbiologyusingacetogens,FEBSLetters,2012,586,15,2191)描述了由CO2或CO合成乙酰CoA的产醋酸厌氧菌。它们的自养代谢模式为大量可获得底物与减少温室气体的结合使用在生物技术上提供了机会。几个公司已建设了将废气转化为乙醇的试验厂和示范厂，乙醇是重要的生物燃料和多种产醋酸菌的天然产物。DNA重组法现已敞开构建产醋酸菌的大门，合成诸如丙酮和丁醇的重要的工业大宗化学品和生物燃料。因此，可获得不再与营养原料竞争的新型微生物生产平台。
WO2011/028137描述了将含有CO和任选的H2，或者含有CO2和H2的气态底物发酵为一种或多种产物的生物反应器系统，所述产物包括酸和/或醇。
US7,803,589描述了包含基因修饰的大肠杆菌(Escherichiacoli)微生物，其中所述基因修饰包括用编码蛋白的外源细菌核酸分子来转化所述微生物，所述蛋白为钴胺酰胺类咕啉/铁硫蛋白、甲基转移酶、一氧化碳脱氢酶、乙酰CoA合成酶、乙酰CoA合成酶二硫化物还原酶和氢化酶，由此，所述蛋白的表达提高了从CO2、CO、H2、或其组合物生产乙酰CoA的效率。
Poehlein等(AnancientpathwaycombiningcarbondioxidefixationwiththegenerationandutilizationofasodiumiongradientforATPsynthesis.PLoSOne.2012；7(3):e33439.doi:10.1371/journal.pone.0033439)描述了从二氧化碳和氢分子合成醋酸，被认为是世界上的首个碳同化途径。所述合成将二氧化碳在乙酰CoA中的固定与通过提供细胞膜能量的ATP生产结合在一起。该途径如何与净合成ATP结合一直是个谜。厌氧产醋酸的细菌—伍氏醋酸杆菌利用该途径的古老形式而无需细胞色素和醌类。该途径通过钠驱动的铁氧化还原酶：NAD氧化还原酶(Rnf)在细胞膜间形成了钠离子电势。伍氏醋酸杆菌的基因组序列解开了这个迷：其揭示了Rnf作为唯一的离子驱动酶与所述途径结合，并阐明了设计为产生还原的铁氧化还原蛋白且凭借电子分叉的可溶酶克服能垒的代谢。
如上文所提到的，氢是讨论最多的未来能源之一。生产氢的方法众所周知，但氢气的储存和运输却是尚未解决的问题。因此，本发明的目的是提供新型有效的方法以便为氢的储存提供新的方式，尤其是直接从气相储存氢。研究了以下本发明的描述和实施例，其他的目的和优点对于技术人员来说将会是显而易见的。
根据本文的第一个方面，通过提供储存气态氢的方法来实现本发明的目的，该方法包括以下步骤：在氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)的存在下，通过使气态氢接触二氧化碳来生产蚁酸(甲酸)，由此储存所述气态氢。
本发明基于意外发现，即发现了HDCR酶，且优选其各自的酶复合物，可通过反应H2+CO2→HCOOH将气态H2+CO2直接转化为甲酸。该生物系统在正常的压力和温度下运行，例如环境压力和环境温度，优选在标准环境温度和环境压力下运行，或在约20℃至约40℃的温度和正常压力下运行。相比已知的化学催化剂，所述方法还具有高转化率。另外，优选无需提供额外的能量。
因为该反应在热力学平衡附近发生，在逆反应中，氢易于从甲酸中释放。
与待转化的H2相比，CO2可以以气态和/或固态的形式提供于所述方法中。本发明的方法中优选的是CO2以碳酸氢盐(HCO3 -)的形式提供(见图3)。
根据本发明优选的方法，其中该方法不涉及电化学还原，尤其是二氧化碳的电化学还原。无需提供电能，尤其是绝不对所涉及的生物反应器提供电势。
根据本发明优选的方法，其中所述HDCR选自细菌酶，例如伍氏醋酸杆菌的FdhF1(登录号YP_005268500,SEQIDNo.1)或FdhF2(登录号YP_005268502,SEQIDNo.2)。也可优选在氨基酸水平上与FdhF1和/或FdhF2酶至少65％，更优选至少70％，更优选至少80％，最优选至少90％相同的甲酸脱氢酶。优选的实例选自艰难梭菌(Clostridiumdifficile)630的甲酸脱氢酶-H(登录号YP_001089834.2)、艰难梭菌CD196的甲酸脱氢酶h(登录号YP_003216147.1)、梭菌属种(Clostridiumsp.)DL-VIII的甲酸脱氢酶(登录号WP_009172363.1)、Clostridiumarbusti的甲酸脱氢酶(登录号WP_010238540.1)、Clostridiumragsdalei的甲酸脱氢酶(登录号gb|AEI90724.1)、多粘类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)E681的甲酸脱氢酶H(登录号YP_003871035.1)、艰难梭菌630的甲酸脱氢酶-H(登录号YP_001089834.2)、艰难梭菌CD196的甲酸脱氢酶h(登录号YP_003216147.1)、TreponemaprimitiaZAS-2的甲酸脱氢酶H(登录号ADJ19611.1)、ClostridiumcarboxidivoransP7的甲酸脱氢酶H(登录号ADO12080.1)、以及Clostridiumragsdalei的甲酸脱氢酶I(登录号gb|AEI90722.1)、及其混合物。所有这些蛋白应被理解为本文所述的伍氏醋酸杆菌蛋白的“同系物”。
根据本发明进一步优选的方法，其中所述HDCR是酶复合物的一部分，例如，甲酸脱氢酶辅助蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的FdhD；电子传递蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的HycB1或HycB2；以及隐含[FeFe]-氢酶特有活性位点的亚基，例如伍氏醋酸杆菌的HydA2。也可优选的甲酸脱氢酶辅助蛋白和/或电子传递蛋白和/或[FeFe]-氢酶蛋白是在氨基酸水平上与所述HydA2、FdhD、HycB1和/或HycB2酶至少65％，更优选至少70％，更优选至少80％，最优选至少90％相同且显示出电子传递活性、甲酸脱氢酶辅助蛋白活性或[FeFe]-氢酶活性。另外，这些蛋白应被理解为本文所述的伍氏醋酸杆菌蛋白的“同系物”。
根据本发明特别优选的方法，其中所述HDCR为包含FdhF1/2、HycB1/2/3和HydA2的酶复合物的一部分。因此，FdhF将CO2还原成甲酸，电子由H2-氧化的亚基HydA2提供。更优选的HDCR是由FdhF1/FdhF2、HycB1/HycB2、HydA2和HycB3亚基组成的蛋白复合物。最优选的HDCR选自以下复合物中的一种：含有FdhF1、HycB1、HydA2和HycB3的复合物，或者含有FdhF2、HycB2、HydA2和HycB3的复合物。
根据本发明进一步优选的方法，其中所述方法还包括对进一步代谢甲酸的细胞代谢的抑制，例如Na耗尽，如使用钠离子载体的Na耗尽。当细胞的代谢被抑制(和/或受损)时，所产生的甲酸不能再进一步反应并有利地产生最终产物。对于能量代谢的抑制，可使用技术人员已知的所有物质，实例选自所有ATP酶抑制剂，例如DCCD(二环己基碳二亚胺)；重金属，例如银离子、铜离子等；所有膜电位解偶联剂，例如，诸如TCS(3,3’,4’,5-四氯水杨酰苯胺)的质子载体、诸如缬氨霉素的K-离子载体；作为钴依赖反应抑制剂的碘代丙烷；减缓ATP合成的磷酸饥饿；以及破坏细胞膜完整性的活性剂(tensides)或物质。重要的是阻断能量代谢的酶和/或步骤，因为这会导致中间产物的累积。由于HDCR独立于能量代谢且不需要外来的电子载体或能量，形成甲酸的过程可持续进行。这种现象一定能在全细胞中的反应以及体外反应中应用。发明人还意外地发现，如果Na耗尽，乙酰CoA的合成可以在甲酸处停止。然后该系统(例如细菌)几乎只产生甲酸，可用于储存氢。可以使用无钠的缓冲液和/或介质，和/或使用钠离子载体来实现耗尽，所述钠离子载体例如，莫能菌素、短杆菌肽A、或可商购的ETH2120(N,N,N’,N’-四环己基-1,2-苯二氧基二乙酰胺，SelectophoreTM)等。
本发明的另一个方面中，本发明由此基于意外发现通过例如Na耗尽(例如使用钠离子载体)来抑制进一步代谢甲酸的细胞代谢可被有利地用于生产甲酸。在该实施方案中，所述Na耗尽基于有效地阻断甲酸产生下游产物而导致甲酸的累积。本发明由此进一步涉及生产蚁酸(甲酸)的方法，该方法包括：在抑制进一步代谢甲酸的细胞代谢的条件下，在氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)存在时接触二氧化碳，所述抑制细胞代谢的条件例如：在Na耗尽的条件下、在-300至-600mV的电位(例如，使用电极)的条件下和/或在存在电子载体的条件下。所述电子载体的浓度可以为5至15mM，电子载体可选自甲基紫精、N,N,-二乙基-4,4-联吡啶、N,N-二异丙基-4,4-联吡啶、4,4-联吡啶或其混合物。优选地，所述HDCR选自细菌酶，例如伍氏醋酸杆菌的FdhF1或FdhF2。更优选地，HDCR是由FdhF1/FdhF2、HycB1/HycB2、HydA2和HycB3亚基中的至少一种组成的蛋白复合物。最优选地，HDCR选自以下复合物中的一种：含有FdhF1、HycB1、HydA2和HycB3的复合物，或者含有FdhF2、HycB2、HydA2和HycB3的复合物。进一步优选地，所述方法在标准的环境温度和环境压力下进行，或在约20℃至约40℃和常压下进行。本方法其他优选实施方案是本文所述与本发明第一方面类似的实施方案。
本发明的另一个方面则涉及根据本发明的方法，进一步包括用CO脱氢酶和铁氧化还原蛋白将一氧化碳转化为二氧化碳的步骤，所述CO脱氢酶例如细菌CO脱氢酶，所述细菌CO脱氢酶例如伍氏醋酸杆菌的AcsA。还可优选的CO脱氢酶是在氨基酸水平上与AcsA酶至少65％相同，更优选为至少70％相同，更优选为至少80％相同，最优选为至少90％相同且显示出CO脱氢酶活性。所有的这些蛋白应理解成本文描述的伍氏醋酸杆菌蛋白的“同系物”。
在本发明的此方面中，还意外地发现了所述酶，即氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)也可以利用一氧化碳(通过铁氧化还原蛋白)作为CO2-还原成甲酸的电子供体。因此，这使合成气能够有利地用于本方法(例如，作为原料)。当然，也可以使用上文描述的“直接”应用CO2的复合物和酶在该条件下实施本发明的此方面。此外，本发明方法的此方面也可以用于从气相中去除CO，因此可以建立净化受CO污染(被CO污染)的气体的方法。
因此，本发明的另一个方面涉及净化受CO污染或被CO污染的气体的方法，其包括使用所述受CO污染或被CO污染的气体作为底物，实施根据上述发明的方法。优选地，所述受CO污染或被CO污染的气体为合成气。
在根据本发明的方法中，纯化的(或部分纯化的)酶和细菌细胞均可以使用。因此，根据本发明的方法可以在体外、体内和/或在培养物中实施，例如在咪唑缓冲液中(参见下文)。
本发明最优选的方法是在生物反应器中以连续操作或以间歇式的操作实施。其各自的方法和装置为技术人员所熟知且已被描述(例如，Demler和Weuster-Botz；ReactionengineeringanalysisofhydrogenotrophicproductionofaceticacidbyAcetobacteriumwoodii.BiotechnolBioeng.2011Feb；108(2):470-4)。
因此，本发明的另一个方面涉及包含基因修饰的重组细菌生物，其中所述基因修饰包括用编码蛋白的外源细菌核酸分子来转化所述微生物，所述蛋白包括本文描述的伍氏醋酸杆菌的FdhF1和/或FdhF2、FdhD、HycB1和/或HycB2、HydA2，以及任选的HycB3或AcsA，或者其同系物，由此，所述蛋白的表达提高了从CO2和/或CO和H2生产甲酸的效率。更优选地，所述核酸编码HDCR亚基FdhF1/FdhF2、HycB1/HycB2、HydA2和HycB3中的至少一种。最优选地，所述核酸编码蛋白FdhF1、HycB1、HydA2和HycB3，或蛋白FdhF2、HycB2、HydA2和HycB3。
根据本发明进一步优选的方法进一步包括氢酶成熟基因的(重组)表达以及甲酸脱氢酶的辅因子生物合成(例如，KuchenreutherJM,Grady-SmithCS,BinghamAS,GeorgeSJ,CramerSP等(2010)High-YieldExpressionofHeterologous[FeFe]HydrogenasesinEscherichiacoli.PLoSONE5(11):e15491.doi:10.1371/journal.pone.0015491所述)。
优选的是本发明的重组细菌生物在本文描述的本发明的方法中的应用。
本发明的另一个方面涉及氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)在本文描述的本发明的方法中的应用，所述HDCR例如细菌酶，例如伍氏醋酸杆菌的FdhF1或FdhF2或其同系物。优选的应用是，其中所述HDCR是酶复合物的一部分，所述酶复合物具有例如，甲酸脱氢酶辅助蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的FdhD；电子传递蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的HycB1或HycB2；以及隐含[FeFe]-氢酶特有活性位点的亚基，例如伍氏醋酸杆菌的HydA2；或它们的同系物。根据本发明进一步优选的应用，其中所述复合物进一步包含CO脱氢酶和铁氧化还原蛋白或它们的同系物，所述CO脱氢酶例如细菌CO脱氢酶，所述细菌CO脱氢酶例如伍氏醋酸杆菌的AcsA。更优选的HDCR是由FdhF1/FdhF2、HycB1/HycB2、HydA2和HycB3中的至少一种亚基组成的蛋白复合物。最优选的HDCR选自以下复合物中的一种：含有FdhF1、HycB1、HydA2和HycB3的复合物或含有FdhF2、HycB2、HydA2和HycB3的复合物。
下文中的附图、序列和实施例仅用于说明本发明，而不应解释为将本发明的范围限制在实施例描述的本发明的特定实施方案中。就本发明而言，文中引用的所有参考文献被整体并入本文。
图1示出使用全细胞催化进行的甲酸生产。使用0.8×105PaH2和0.2×105PaCO2的气相来孵育伍氏醋酸杆菌的细胞悬浮液(1mg/ml)(A)。加入Na+离子载体ETH2120(30μM)得到了多达8mM的甲酸生产，而醋酸的生产停止(B)。
图2示出使用HCO3 -或CO2作为底物的甲酸生产。使用0.8×105PaH2和0.2×105PaCO2的气相，或者1×105PaH2与300mMKHCO3来孵育伍氏醋酸杆菌的细胞悬浮液(1mg/ml)。
图3示出甲酸最终浓度与初始HCO3 -的关系。用递增量的初始HCO3 -和1×105PaH2的气相来孵育伍氏醋酸杆菌的细胞悬浮液(1mg/ml)。
SEQIDNO.1至8分别示出伍氏醋酸杆菌的酶FdhF1、HycB1、FdhF2、HycB2、FdhD、HycB3、HydA2和AcsA的氨基酸序列。
实施例
分离的HCDR的测量
为纯化HCDR，于30℃的厌氧条件下，在20L的烧瓶中使用20mM的果糖使伍氏醋酸杆菌(DSM1030)生长到～2.5的OD600。所有用于制备细胞提取物和用于纯化的缓冲液均含有2mMDTE和4μM刃天青。在严格厌氧的条件下，于室温在充满100％N2和2-5％H2的厌氧培养室中进行所有纯化步骤。按照先前的描述(Schuchmann等，JBiolChem.2012Sep7；287(37):31165-71)来制备无细胞提取物。在130000g下离心40分钟来去除细胞膜。一部分含有约1600mg蛋白质的细胞质碎片的上清液用于进一步的纯化。将硫酸铵(0.4M)加入细胞质碎片中。将该样品的一半装载到用缓冲液A(25mMTris/HCl、20mMMgSO4、0.4M(NH4)2SO4、20％甘油，pH7.5)平衡的苯基-琼脂糖高效柱上(1.6cm×10cm)。使用120ml(NH4)2SO4从0.4M至0M的线性梯度，在约0.33M(NH4)2SO4处洗脱甲基紫精依赖的活性甲酸脱氢酶。在单独的操作中，用所述样品的另一半重复该步骤，以获得更多的蛋白质，否则大量的活性洗脱物会留在流经的柱中。将两次操作合并的部分用缓冲液C(25mMTris/HCl、20mMMgSO4、20％甘油，pH7.5)稀释至低于10mS/cm的电导率，并将其施加至用缓冲液C平衡的Q-琼脂糖高效柱(2.6cm×5cm)上。用160mlNaCl从150mM至500mM的线性梯度来洗脱蛋白质。在约360mMNaCl处洗脱甲酸脱氢酶。将合并的部分在100-kDa的VIASPIN管中通过超滤来浓缩并施加于用缓冲液C平衡的Superose610/300GL预装柱上，以0.5ml/min的流速洗脱。活性甲酸脱氢酶作为单峰被洗脱。在4℃下储存合并的部分。
在30℃下，在用橡胶塞密封的1.8ml厌氧比色皿中用缓冲液1(100mMHEPES/NaOH、2mMDTE，pH7.0)对HCDR的活性进行测量，所述比色皿含有1ml缓冲液以及0.8×105PaH2和0.2×105CO2的气相。在试验中使用博伊丁假丝酵母的甲酸脱氢酶与2mMNAD以及随后产生的NADH来测量甲酸的生产。
对于铁氧化还原蛋白作为电子载体的测量，从巴氏梭菌中纯化铁氧化还原蛋白。对于铁氧化还原蛋白的还原，将伍氏醋酸杆菌的CO脱氢酶纯化，并且在这些试验中，将比色皿的气相更换为100％的CO(1.1×105Pa)。
全细胞
对于全细胞的试验，发明人使用伍氏醋酸杆菌的细胞悬浮液将H2和CO2转化为甲酸。伍氏醋酸杆菌的能量代谢是严格钠离子依赖的，且ATP合酶使用Na+作为结合离子。因此，通过减除缓冲液中的钠离子或通过加入钠离子载体(在本研究中，发明人使用了离子载体ETH2120)，有可能特异性地阻断所述能量代谢。悬浮在含20mMNaCl的咪唑缓冲液(50mM咪唑、20mMMgSO4、20mMKCl、4mMDTE，pH7.0)中的细胞将H2+CO2转化为醋酸，从0.8×105PaH2和0.2×105CO2的气相中仅产生少量的甲酸。通过加入ETH2120(30μM)，几乎完全终止了醋酸产生，且甲酸以2μmol/min×mg细胞蛋白的初始速率生产(图1)。与从纯化的酶得到的结果相符，当缺乏氢且电子供体为CO时也观察到了甲酸产生，但相比氢作为电子供体时速率更慢。
图1中的结果表明该试验中产生了最大量约8mM的甲酸。发明人接着测试了甲酸最终浓度是否与初始气压成正比。0.5至2×105Pa的H2+CO2中，甲酸最终浓度并未增加。因为发明人在实验过程中观测到pH值下降，发明人检测了较低的pH值是否是限制因素。将缓冲液浓度从50mM增加至200mM得到了约14±3mM的甲酸最终浓度。如果用KHCO3代替CO2，效果会更加明显。相比由CO2产生甲酸，使用碱性HCO3 -时整个过程几乎是pH值中性的。伍氏醋酸杆菌基因组编码碳酸脱水酶使得CO2与HCO3 -相互快速转化。图2示出了从初始300mM的KHCO3(1×105PaH2)产生甲酸，与CO2作为底物相比较。使用KHCO3最终产生了高达184±5mM的甲酸。
图3示出了甲酸最终浓度与HCO3 -初始浓度的关系。直到300mM的HCO3 -，甲酸最终浓度随着底物浓度的增加而增加。而且该甲酸最终浓度与该反应的理论热力学极限相符合，表明CO2/HCO3 -的羧化反应不受其他细胞过程影响。在1×105PaH2下，热力学平衡约为[HCO3 -]＝[HCOOH]，即等摩尔浓度的底物与产物。HCO3 -的浓度大于300mM时不再有此关系，且生产的甲酸的最终量在约300mM处终止。

Claims (15)

1.储存气态氢的方法，其包括以下步骤：在氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)存在下，通过使气态氢接触二氧化碳来生产蚁酸(甲酸)，并由此储存所述气态氢。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述HDCR选自细菌酶，例如，伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)的FdhF1或FdhF2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述HDCR是酶复合物的一部分，所述酶复合物具有例如，甲酸脱氢酶辅助蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的FdhD；电子传递蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的HycB1或HycB2；以及隐含[FeFe]-氢酶特有活性位点的亚基，例如伍氏醋酸杆菌的HydA2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法在标准环境温度和环境压力下进行，或在约20℃至约40℃和常压下进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括对进一步代谢甲酸的细胞代谢的抑制，例如Na耗尽，如使用钠离子载体的Na耗尽。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其还包括用CO脱氢酶和铁氧化还原蛋白将一氧化碳转化为二氧化碳的步骤，所述CO脱氢酶例如细菌CO脱氢酶，所述细菌CO脱氢酶例如伍氏醋酸杆菌的AcsA。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述方法在体外、体内和/或在培养物中进行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其还包括从所产生的蚁酸中释放氢。
9.净化受CO污染或被CO污染的气体的方法，其包括使用所述受CO污染或被CO污染的气体作为底物，实施权利要求5至7中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述受CO污染或被CO污染的气体为合成气。
11.包含基因修饰的重组细菌生物，其中所述基因修饰包括用编码蛋白的外源细菌核酸分子来转化所述微生物，所述蛋白为伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)的FdhF1和/或FdhF2、FdhD、HycB1和/或HycB2、和HydA2、HycB3、和任选的AcsA，或者其同系物，由此所述蛋白的表达提高了从CO2和/或CO和H2生产甲酸的效率。
12.权利要求11所述的重组细菌生物在权利要求1至10中任一项所述的方法中的应用。
13.氢依赖二氧化碳还原酶(HDCR)在权利要求1至10中任一项所述的方法中的应用，所述HDCR例如细菌酶，所述细菌酶例如伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)的FdhF1或FdhF2，或其同系物。
14.根据权利要求13所述的应用，其中所述HDCR是酶复合物的一部分，所述酶复合物具有例如，甲酸脱氢酶辅助蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的FdhD；电子传递蛋白，例如伍氏醋酸杆菌的HycB1或HycB2；以及隐含[FeFe]-氢酶特有活性位点的亚基，例如伍氏醋酸杆菌的HydA2；或其同系物。
15.根据权利要求14所述的应用，其中所述复合物还包含CO脱氢酶和铁氧化还原蛋白或它们的同系物，所述CO脱氢酶例如细菌CO脱氢酶，所述细菌CO脱氢酶例如伍氏醋酸杆菌的AcsA。
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