[發明專利]一株邊緣假單胞菌及其在制備2,5-呋喃二甲酸中的應用

有效

• 申請號: 201911338634.7
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110904014B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 鄭兆娟;譚黃虹;周鳳;歐陽嘉;鄒麗花;徐茜茜
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P17/04;C12R1/38
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明公開了一株邊緣假單胞菌及其在制備2,5?呋喃二甲酸中的應用，所述的邊緣假單胞菌，其分類命名為邊緣假單胞菌(Pseudomonas marginalis)，菌株名為19Z，已保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏日期為2019年11月28日，保藏編號為CCTCC NO:M 2019984。本發明的優勢在于：(1)研究首次采用多細胞序列催化，一鍋兩步合成FDCA。(2)本發明的合成方法能顯著提高FDCA的產量、得率和產率，只需通過簡單的細胞培養和序列催化，即可實現HMF至FDCA的高效轉化；且不需要昂貴的輔因子，過程簡單可控，具有很好的實用性，易于工業化。

技術領域

本發明涉及生物催化轉化領域，具體涉及一株邊緣假單胞菌及其在制備2,5-呋喃二甲酸中的應用。

背景技術

隨著化石資源的日益匱乏及全球變暖的加劇，生物基能源和平臺化合物的開發利用在全球范圍內引起重視。生物質是一種來源豐富，價格低廉的可再生碳源，實現其高值化利用是未來生物質發展的重要方向。5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，HMF) 是一種重要的生物基平臺化合物，可由淀粉、纖維素等生物質經水解、脫水等反應制得。 HMF生物氧化的下游產物眾多，其中，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)因具有替代石油基大宗化學品對苯二甲酸的潛力，受到研究者的格外關注。

FDCA是一種生物基芳香族單體，可用于合成高性能聚酯、聚酰胺和環氧樹脂，被美國能源部確定為12種最具潛力的生物基平臺化合物之一，也被視為“沉睡中的巨人”。目前，FDCA主要通過化學催化5-HMF制備，例如，Pasini等以分子氧為氧化劑，在 Au-Cu/TiO₂的共同催化下，HMF實現了高效選擇性氧化，生成了99％的FDCA(Green Chemistry,2011,13:2091)。盡管化學法合成FDCA取得了一定的進展，但化學法通常以重金屬為催化劑，價格昂貴，反應條件苛刻，環境不友好，違背了綠色化工的發展策略。此外，部分化學催化劑選擇性不理想，容易導致活性羥基或醛基的過度氧化，從而產生大量副產物，影響后續目標產物分離純化。

生物催化合成FDCA反應條件溫和、選擇性高、工藝簡單、綠色環保。但該領域還處于起步階段。Dijkman等報道了一種來源于Methylovorus sp.MP688的HMF氧化酶，該酶能夠催化HMF氧化，室溫下反應24h，HMF(5mM)可完全轉化，FDCA產率達 95％。Carro等耦合芳基醇氧化酶和非特異性的血紅素氧化酶一鍋兩步將HMF(3mM) 轉化為FDCA，但該耦合反應效率較低，反應需較長時間(120h)才能獲得高FDCA 產率(91％)。目前還沒有利用微生物細胞作為催化劑多細胞序列催化合成FDCA的報道。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一株邊緣假單胞菌及利用邊緣假單胞菌多細胞序列催化合成2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的方法，以簡化生產工藝，提高FDCA的產量、得率和產率。

發明思路：圖1顯示了5-羥甲基糠醛合成2,5-呋喃二甲酸的路徑，其中，若HMF 轉化為HMFCA，其最后不能轉化為FDCA。因為目前沒有什么好的生物催化劑可以使得HMFCA快速轉化為FFCA以及FDCA。而，本發明中所篩選得到的菌株可以特異性氧化醛基(包括HMF至HMFCA、DFF至FFCA、FFCA至FDCA)，不可以氧化羥甲基(包括HMF至DFF、HMFCA至FFCA)。在本申請中，第一步，通過培養基中添加鎢酸鹽，使其喪失HMF至HMFCA的氧化能力，同時遺傳修飾使其具備HMF至DFF 的能力；第二步，野生菌實現DFF至FDCA。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一株邊緣假單胞菌，其分類命名為邊緣假單胞菌(Pseudomonas marginalis)，菌株名為19Z，已保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏日期為2019年11月28日，保藏編號為CCTCC NO:M 2019984，保藏地址：中國武漢武漢大學。