[發(fā)明專利]生產(chǎn)高純度手性meso-2,3-丁二醇的枯草芽孢桿菌菌株及構(gòu)建及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310348096.6
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103451141A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳濤;付晶;王智文;趙學(xué)明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12P7/18;C12R1/125
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 陸藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域，具體地涉及一種生產(chǎn)高純度手性丁二醇的枯草芽孢桿菌菌株及構(gòu)建及應(yīng)用。

背景技術(shù)

2,3-丁二醇(2,3-Butanediol)分子中含有2個(gè)手性碳原子，存在3種旋光異構(gòu)體，分別為D-(-)-2,3-丁二醇、L-(+)-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇。作為一種重要的化工原料和液體燃料，2,3-丁二醇廣泛應(yīng)用于化工、食品等領(lǐng)域。2,3-丁二醇的燃燒值為27.2kJ/g，與甲醇(22.1kJ/g)和乙醇(29.0kJ/g)相當(dāng)，它具有較高的辛烷值，是一種潛在價(jià)值很高的燃料添加劑。2,3-丁二醇及其衍生物還有眾多潛在的應(yīng)用，如生產(chǎn)油墨、香水、熏劑、氨綸、增濕劑、軟化劑、塑化劑以及藥物載體等。2,3-丁二醇可轉(zhuǎn)化為1，3-丁二烯而用于合成橡膠的生產(chǎn)，其衍生的化學(xué)品也可用于塑料及溶劑的生產(chǎn)。脫水產(chǎn)物2-丁酮（燃燒熱略高于乙醇）是一種重要的燃料添加劑和有機(jī)溶劑。脫氫產(chǎn)物雙乙酰和3-羥基丁酮可作為風(fēng)味物質(zhì)和防腐劑用于食品和香料行業(yè)。特別提到的是，手性2,3-丁二醇在不對稱合成方面有著巨大的潛在優(yōu)勢，同時(shí)可以用于高附加值的藥物中間體和液晶材料等精細(xì)化學(xué)品。Meso-2,3-丁二醇雖然目前市場需求不大，但附加值比僅用作燃料的2,3-丁二醇的混合物附加值高很多，有著潛在的發(fā)展空間。

與傳統(tǒng)化學(xué)合成法相比，2,3-丁二醇的微生物發(fā)酵法對環(huán)境友好，工藝簡單，技術(shù)上較為成熟，符合綠色化工的要求。但值得注意的是，目前2,3-丁二醇的高產(chǎn)菌種大都是病原菌，如肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella?pneumoniae）、產(chǎn)酸克雷伯氏菌（Klebsiella?oxytoca）、產(chǎn)氣腸桿菌（Enterobacter?aerogenes）、粘質(zhì)沙雷氏菌（Serratia?marcescens）、以及陰溝腸桿菌溶解亞種（Enterobacter?cloacae?subsp.dissolvens）等微生物，而大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的安全性原則在很大程度上限制了這些生產(chǎn)菌株的應(yīng)用，因此迫切需要開發(fā)出2,3-丁二醇的產(chǎn)量、得率、生產(chǎn)效率以及光學(xué)純度高并且安全可靠的代謝工程菌株。另外很多生產(chǎn)菌種生產(chǎn)的是兩種2,3-丁二醇旋光異構(gòu)體的混合物，這也為后續(xù)高純度異構(gòu)體的分離帶來了困難。利用代謝工程或合成生物學(xué)方法對模式菌株的代謝途徑進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和合理改造是一種較好的策略，雖然有人對大腸桿菌（Escherichia?coli）生產(chǎn)手性2,3-丁二醇的研究已經(jīng)較為深入，但2,3-丁二醇的得率、產(chǎn)量、產(chǎn)率等方面并不理想。

枯草芽孢桿菌作為生產(chǎn)菌株具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：1.它是一種安全的非病原微生物（ClassI，Generally?Regard?As?Safe）。2.枯草芽孢桿菌對木糖、阿拉伯糖、甘油等底物的利用能力較強(qiáng)，很適合以半纖維素和纖維素水解液或重要工業(yè)副產(chǎn)物甘油為原料進(jìn)行化學(xué)品的生產(chǎn)，有利于降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。3.作為革蘭氏陽性菌，它對酸、醇類、高溫、高濃度糖及高濃度鹽的耐受性要強(qiáng)于革蘭氏陰性菌。4.作為一種重要的模式菌株，對其生理生化特性及遺傳背景已經(jīng)有了比較深入的了解，相關(guān)的分子生物學(xué)方法和基因操作技術(shù)都比較成熟，有利于通過代謝工程及合成生物學(xué)的合理設(shè)計(jì)來改進(jìn)菌種。

經(jīng)檢索，目前未見有使用代謝工程改造枯草芽孢桿菌并利用其生產(chǎn)手性meso-2,3-丁二醇的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能高效率地生產(chǎn)高純度手性meso-2,3-丁二醇的枯草芽孢桿菌菌株。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)高純度手性meso-2,3-丁二醇的枯草芽孢桿菌菌株的構(gòu)建方法。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)高純度手性meso-2,3-丁二醇的枯草芽孢桿菌菌株的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：