[發(fā)明專利]微生物發(fā)酵法高效制備2-氨基-1,3-丙二醇

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811296012.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109321610B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雁;羅玉常
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P13/00
• 分類號(hào): C12P13/00;C07K19/00;C12N1/21;C12R1/19
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 肖艷;徐迅

本發(fā)明提供了一種高效制備2?氨基?1,3?丙二醇的微生物發(fā)酵法。具體地，本發(fā)明設(shè)計(jì)和構(gòu)建了2?氨基?1,3?丙二醇的人工生物合成途徑，并成功構(gòu)建了生物合成2?氨基?1,3?丙二醇的重組基因工程菌株。本發(fā)明利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)首次獲得具有磷酸二羥基丙酮氨基轉(zhuǎn)移酶單一活性的融合工程蛋白。經(jīng)代謝途徑系統(tǒng)優(yōu)化，首次獲得了生物合成途徑明確且運(yùn)行高效穩(wěn)定的人工生物合成途徑，建立了利用簡單碳源一步發(fā)酵高效穩(wěn)定合成2?氨基?1,3?丙二醇的重組工程菌株和發(fā)酵工藝過程，為大規(guī)模生物發(fā)酵法高效制備2?氨基?1,3?丙二醇奠定了催化元件、合成途徑和菌株系統(tǒng)等的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物技術(shù)工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種構(gòu)建重組工程菌株LYC-5的方法及其應(yīng)用于化合物2-氨基-1,3-丙二醇的生物制造。

背景技術(shù)

2-氨基-1,3-丙二醇是一種重要的化工原料。在醫(yī)藥化工領(lǐng)域中，2-氨基-1,3-丙二醇是化學(xué)合成新一代非離子型造影劑碘帕醇(iopamidol)、二型糖尿病治療藥物伏格列波糖、多發(fā)性硬化治療藥物芬戈莫德以及抗生素氯霉素等藥物的重要前體。

目前，2-氨基-1,3-丙二醇的生產(chǎn)主要依賴化學(xué)合成反應(yīng)工藝。迄今為止，在化學(xué)法合成2-氨基-1,3-丙二醇的研究領(lǐng)域已取得一些進(jìn)展。例如，美國專利(4448999)利用2-硝基-1,3-丙二醇鈉鹽作為原料，在甲醇溶液中進(jìn)行催化氫化反應(yīng)合成絲氨醇；美國專利(5922917)公開了以1,3-二羥丙酮肟作為原料，以銠鋁催化劑進(jìn)行催化氫化合成2-氨基-1,3-丙二醇；美國專利(4978793)公開了以硝基甲烷作為原料，轉(zhuǎn)化為中間體5-硝基-1,3-二氧六環(huán)，再進(jìn)一步反應(yīng)生成產(chǎn)物2-氨基-1,3-丙二醇；中國專利CN1948272A公開了以鈀/碳作為催化劑，利用水合肼將原料2-硝基-1,3-丙二醇鈉鹽在常壓下還原制備2-氨基-1,3-丙二醇；中國專利CN103508905A公布了以硝基甲烷和多聚甲醛為原料，氫氣為還原劑，鈀/碳為催化劑制備絲氨醇的合成路線；中國專利CN102731324A公布了以5-硝基-2,2-二甲基-1,3-二氧六烷為原料，水合肼為還原劑還原底物，再經(jīng)酸水解去掉保護(hù)基團(tuán)而獲得最終產(chǎn)物2-氨基-1,3-丙二醇。

前述系列化學(xué)合成工藝雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于2-氨基-1,3-丙二醇的生產(chǎn)，但是存在如下缺點(diǎn)。上述2-氨基-1,3-丙二醇的化學(xué)合成方法所用的底物大多數(shù)都是來源于化石原料，而且具有爆炸性，故合成反應(yīng)過程具有一定的危險(xiǎn)性；化學(xué)合成反應(yīng)需要用到昂貴的金屬催化劑，反應(yīng)體系中的鈉鹽易覆蓋在催化劑表面進(jìn)而使催化劑失活，最終導(dǎo)致2-氨基-1,3-丙二醇的收率低和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，產(chǎn)品純度不理想。

化石原料是不可再生資源，為了減少對(duì)化石原料的依賴和對(duì)環(huán)境的污染和壓力，迫切需要改變現(xiàn)有的生產(chǎn)方式。近年來隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，構(gòu)建微生物細(xì)胞工廠利用可再生資源作為原料實(shí)現(xiàn)高附加值化合物的微生物制造是一個(gè)有效的替代途徑，以減少化學(xué)品制造業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境和資源的依賴。

然而，迄今為止，利用生物法制備重要化學(xué)中間體2-氨基-1,3-丙二醇的報(bào)道較少。鑒于上述存在的諸多問題，目前2-氨基-1,3-丙二醇的生物法制備仍然面對(duì)巨大的挑戰(zhàn)，極大地限制了其工業(yè)化應(yīng)用。

因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種穩(wěn)定環(huán)保高效的2-氨基-1,3-丙二醇生物制備法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種穩(wěn)定高產(chǎn)2-氨基-1,3-丙二醇的生物制法，即設(shè)計(jì)構(gòu)建2-氨基-1,3-丙二醇的人工生物合成途徑，綜合利用合成生物學(xué)和代謝工程技術(shù)構(gòu)建高效合成2-氨基-1,3-丙二醇的重組微生物細(xì)胞工廠，實(shí)現(xiàn)利用簡單碳源穩(wěn)定高效合成和制備2-氨基-1,3-丙二醇。

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種生產(chǎn)2-氨基-1,3-丙二醇的方法，包括步驟：

(a)在適合發(fā)酵的條件下，培養(yǎng)工程菌，從而產(chǎn)生2-氨基-1,3-丙二醇；

(b)任選地從發(fā)酵產(chǎn)物中分離2-氨基-1,3-丙二醇；