[發明專利]一種促進微生物細胞轉運葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的方法及其在生物基產品發酵中的應用

有效

• 申請號: 201510081668.8
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104844698B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 田朝光;李金根;蔡鵬麗;王邦;許晶;馬延和
• 申請（專利權）人: 中國科學院天津工業生物技術研究所
• 主分類號: C07K14/37
• 分類號: C07K14/37;C07K14/38;C07K14/39;C12N15/31;C12N15/81;C12N15/80;C12P7/06
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 崔佳佳;馬莉華

本發明公開了一種促進微生物細胞轉運葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的方法及其在生物基產品發酵中的應用。本發明提供的五種轉運蛋白具有轉運葡萄糖，木糖或阿拉伯糖的能力。本發明促進微生物細胞轉運的方法是將轉運蛋白導入微生物菌株中，得到的重組微生物菌株獲得或提高葡萄糖、木糖、阿拉伯糖轉運能力，進而能夠利用葡萄糖、木糖、阿拉伯糖生產燃料乙醇等生物基發酵產品。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，促進微生物細胞轉運葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的方法。主要涉及轉運蛋白(GLT-1，XYT-1，XAT-1，LAT-1和MtLAT-1)和編碼基因以及在導入微生物菌株后使其獲得或提高葡萄糖、木糖或阿拉伯糖轉運能力及其在微生物發酵生產生物基產品中的應用。

背景技術

生物質是地球上數量最大的可再生資源，同時也是分布最為廣泛的碳水化合物。面臨能源危機及資源短缺，利用可再生的生物質生產生物能源為人類可持續發展提供了希望。生物質主要由纖維素，半纖維素及木質素構成，其降解物主要包括葡萄糖，木糖，阿拉伯糖等單糖及部分寡糖。

為提高對生物質降解物的利用率，研究者對多種微生物進行了代謝工程改造。其中工程釀酒酵母具有易培養，產率高，對代謝抑制物及乙醇具有較高的耐受性以及研究背景清楚，遺傳操作簡單的特點，成為了利用生物質降解物進行乙醇發酵的主要菌株。但是由于很多發酵工業重要微生物如釀酒酵母不能利用木糖及阿拉伯糖，使其有效的利用生物質降解物進行生物基化學品(乙醇、丁醇等)發酵生產受到了限制。隨后，雖然研究者的不斷努力，將真菌或細菌的代謝途徑經過遺傳改造的導入構建工程菌株(如工程釀酒酵母)，使其能夠的以木糖及阿拉伯糖等為碳源進行乙醇等生物基化學品發酵，但仍然存在著諸多的問題，例如，細胞內氧化還原代謝不平衡，戊糖代謝緩慢，缺乏有效的戊糖轉運蛋白等等。此外，碳源阻遏效應存在于幾乎所有的微生物，使工程菌株(如工程釀酒酵母)在利用生物質降解物的混合糖進行發酵的過程中，不能同時利用全糖中的各種成分而導致發酵時間的延長，發酵效率的降低。在利用混合糖進行發酵時，當葡萄糖用盡時，其發酵液中的乙醇含量已達到較高的濃度，將會極大的降低戊糖的發酵率。近期有研究表明，葡萄糖的阻遏效應主要發生在糖轉運，因此，為了提高釀酒酵母對全糖的利用率，尋找木糖或阿拉伯糖轉運蛋白成了研究的熱點。

在五碳糖轉運蛋白方面，過去的研究多集中在利用己糖轉運蛋白等底物廣譜性轉運蛋白來轉運五碳糖，而對于特異性五碳糖轉運蛋白(Pentose Specific Transporter)的研究才剛剛起步。2011年，美國伊利諾伊大學趙慧民教授實驗室分別從粗糙脈孢菌和畢赤酵母中鑒定了兩個木糖特異轉運蛋白(An25和Xyp29)(Du et al.2010.Discovery andcharacterization of novel d-xylose-specific transporters from Neurosporacrassa and Pichia stipitis.Mol Biosyst,6(11):2150-2156)。作為半纖維素的主要成分之一，阿拉伯糖的利用對木質纖維素徹底轉化利用至關重要，國際上關于阿拉伯糖轉運蛋白研究逐漸開始涉及，2011年，芬蘭VTT科學家Richard實驗室從Ambrosiozymemonospora酵母中克隆兩個阿拉伯糖特異性轉運轉運(LAT1，LAT2)，但該阿拉伯糖轉運蛋白親和力不高(Verho et al.2011.Cloning of two genes(LAT1,2)encoding specific L-arabinose transporters of the L-arabinose fermenting yeast Ambrosiozymamonospora.Appl Biochem Biotechnol,164(5):604-611.)，尋找親和力更高的阿拉伯糖轉運蛋白是研究阿拉伯糖轉化利用的核心問題之一。