[發明專利]一種用于合成甘油葡糖苷的工程菌和應用

在審

• 申請號: 201310598111.2
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104651287A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 呂雪峰;杜偉;談曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N15/74;C12P19/44;C12R1/01
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術領域

本發明涉及微生物合成高附加值化學品領域，具體而言是一種用于合成甘油葡糖苷的工程菌和應用。?

背景技術

甘油葡糖苷，一類甘油分子與葡萄糖分子以糖苷鍵結合的物質，根據葡萄糖分子的構型、結合甘油分子的位置以及甘油分子的構型分為多種。其中，自然界存在最多的，作為天然滲透壓抵抗分子的是2-O-(α-D-gluco-pyranosyl)-sn-glycerol(以下簡稱GG)，即集胞藻PCC6803在鹽脅迫下合成的主要分子，也被稱為“兼容性分子(compatible?solutes)”。現有研究表明，GG具有如下用途：（1）GG可以通過與細胞胞內大分子的相互作用來維持大分子的穩定構象，是一種大分子的穩定劑，可用于蛋白等大分子的長期保存，或大分子蛋白的凍干保護劑(Sawangwan,T.,Goedl,C.,Nidetzky,B.,2010.Glucosylglycerol?and?glucosylglycerate?as?enzyme?stabilizers.Biotechnol.J.5,187-191.)。（2）GG具有保濕功能，也可以激活表皮細胞抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶等的表達，可以作為一種化妝品添加劑使用，消除活性氧自由基，抗衰老（US20110207681A1）。（3）日本著名的白鹿清酒公司，由于其發酵酒產品中含有GG，所以對其生理藥理作用進行了深入研究，并申請了相應專利，具體包括，GG可以降低血糖水平，有助于輔助治療肥胖或糖尿病（JP2004-331576）；促進骨膠原和透明質酸的生成（JP2004-331579）；抑制脂肪細胞內中性脂的累積（JP2004-331580）；作為潔面的一種成分，潔面后可消除緊繃感（JP2004-331583）；可作為食品，飲料添加劑（JP2007-262023）；可作為藥物添加劑，治療過敏性皮炎（JP2009-161564）。?

目前合成GG的方法主要包括化學合成法、微生物合成法、酶催化合成法。化學合成方面，由于GG存在多種光學異構體，獲得所需2-O-(α-D-gluco-pyranosyl)-sn-glycerol產率較低，且需要多步純化；微生物合成方面，Martin?Hagemann?et?al雖然曾經報道了利用Stenotrophomonas?rhizophilastrain?DSM14405合成GG并分泌至胞外，但最高產量僅約為29mg?L^-1(Roder?et?al.,2005)；酶催化合成方面，日本白鹿清酒公司曾經報道了利用麥芽糖和甘油作為底物，利用α-葡糖苷酶合成GG，其清酒中GG的最高含量可達0.5%(Takenaka?and?Uchiyama,2000)。2008年，Bernd?Nidetzky等報道了利用蔗糖和甘油作為底物，通過蔗糖磷酸化酶（sucrose?phosphorylase）催化合成GG。其中，90%以上的蔗糖可以被轉化為GG，后期通過吸附層析等純化，GG的純度可達98%，純化回收率約為70%(Goedl?et?al.,2008)（US2009031872A1）。?

藍細菌作為新一代光合微生物系統正受到越來越多的關注（Angermayr,S.A.等人,2009）。在2009年中，國內外幾個研究小組相繼在利用藍細菌生產生物燃料及生物基化學品方面取得突破：中國石油大學的傅鵬程教授將來源于運動發酵單胞菌（Zymomonas?mobilis）的丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶基因在集胞藻PCC6803中共表達，實現了太陽能到生物乙醇的轉化（產量為5.2mmol/OD₇₃₀/L/d）（Dexter?J.和Fu,P.,2009）；美國加州大學伯克利分校Anastasios?Melis教授的研究小組通過在集胞藻PCC6803中外源表達山葛（Pueraria?montana）的異戊二烯合成酶基因，實現了在藍細菌中生產異戊二烯（產量為50mg/g/d）（Lindberg,P.等人,?2009）；加州大學洛杉磯分校James?C?Liao教授也發表了他們最新的研究成果：通過基因工程手段實現了在聚球藻PCC7942中高效生產異丁醛（最高產量為6,230μg/L/h）（Atsumi,S.等人,2009），這項成果發表在Nature?Biotechnology雜志上。2010年3月29日，PNAS雜志報道了美國亞歷桑那州立大學的一項最新的研究成果，即在集胞藻PCC6803中生產和分泌游離脂肪酸（Liu,X.等人,2010）。?