[發(fā)明專利]生物合成異戊二醇的菌株及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010186932.5
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111349644A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張熾堅;何廷剛;艾勇;陳林;馬成偉;曾安平
• 申請（專利權(quán)）人: 花安堂生物科技集團有限公司
• 主分類號: C12N15/70
• 分類號: C12N15/70;C12N15/53;C12N1/21;C12P7/18;C12R1/19
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉穎

本發(fā)明涉及生物合成領(lǐng)域，特別涉及生物合成異戊二醇的菌株及方法。本發(fā)明以3?羥基異戊酸(3HIV)作為前體制備異戊二醇的生物合成途徑，該途徑依次通過CAR和醛酮還原酶對3HIV進行酶生物催化從而制備IPDO。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物合成領(lǐng)域，特別涉及生物合成異戊二醇的菌株及方法。

背景技術(shù)

異戊二醇(3-甲基-1，3-丁二醇，IPDO)是一種無色無味的液體，與水完全混合。異戊二醇除了具有安全性和與其他成分的高度相容性外，在護膚應(yīng)用中還可以起到保濕和潤膚的作用。它也被用于修復(fù)受損頭發(fā)的護發(fā)產(chǎn)品中。

到目前為止，化學(xué)合成仍被用于生產(chǎn)異戊二醇，然而該方法依賴于化石資源，且對環(huán)境不友好。因此，開發(fā)利用可再生碳水化合物原料生產(chǎn)IPDO的綠色生物合成工藝具有越來越大的工業(yè)價值。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種新的IPDO生物合成途徑,利用單一微生物將可發(fā)酵碳源生物轉(zhuǎn)化為異戊二醇(IPDO)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了羧酸還原酶(CAR)和醛還原酶(特別是釀酒酵母中的NADPH依賴的甲基乙二醛還原酶GRE2或大腸桿菌中的乙醇脫氫酶YqhD)的過表達在生物合成異戊二醇中的應(yīng)用。

羧酸還原酶(CARs)能夠?qū)⒍喾N羧酸催化還原為醛類，這些醛類很容易通過醛酮還原酶還原轉(zhuǎn)化為目標(biāo)醇。研究結(jié)果表明，從乙酰輔酶A出發(fā)通過部分的甲羥戊酸途徑生物合成3HIV的可能性以及用丙酮和乙酰輔酶A通過生物催化生產(chǎn)3HIV的方法。此外，研究發(fā)現(xiàn)α-酮異已酸(KIC)可以在4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶(HPD)的催化下一步酶解生成3HIV(圖1)。KIC是亮氨酸途徑的中間產(chǎn)物，因此，KIC的生產(chǎn)可以通過使用工程微生物發(fā)酵方法或使用表達特定氨基酸脫氨酶(aad)的全細胞催化亮氨酸脫氨來實現(xiàn)。這使得可再生的碳水化合物原料(如葡萄糖)生產(chǎn)IPDO成為可能。

本發(fā)明還提供了α-酮異己酸雙加氧酶(也稱為4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶，HPD)、羧酸還原酶(CAR)和醛還原酶(特別是釀酒酵母中的NADPH依賴的甲基乙二醛還原酶GRE2或大腸桿菌中的乙醇脫氫酶YqhD)的過表達在生物合成異戊二醇中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了氨基酸脫氨酶(aad)、α-酮異己酸雙加氧酶(也稱為4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶，HPD)、羧酸還原酶(CAR)和醛還原酶(特別是釀酒酵母中的NADPH依賴的甲基乙二醛還原酶GRE2或大腸桿菌中的乙醇脫氫酶YqhD)的過表達在生物合成異戊二醇中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了α-酮異己酸雙加氧酶(也稱為4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶，HPD)、羧酸還原酶(CAR)和醛還原酶(特別是釀酒酵母中的NADPH依賴的甲基乙二醛還原酶GRE2或大腸桿菌中的乙醇脫氫酶YqhD)的過表達以及alsS(編碼丙酮酸合成酶)、ilvC、ilvD、leuA、leuB、leuC、leuD的過表達在生物合成異戊二醇中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了生物合成異戊二醇的菌株，其羧酸還原酶和醛還原酶過表達。

本發(fā)明還提供了生物合成異戊二醇的菌株，其α-酮異己酸雙加氧酶、羧酸還原酶和醛還原酶過表達。

本發(fā)明還提供了生物合成異戊二醇的菌株，其氨基酸脫氨酶、α-酮異己酸雙加氧酶、羧酸還原酶和醛還原酶過表達。

本發(fā)明還提供了生物合成異戊二醇的菌株，其α-酮異己酸雙加氧酶、羧酸還原酶和醛還原酶的過表達以及alsS(編碼丙酮酸合成酶)、ilvC、ilvD、leuA、leuB、leuC、leuD的過表達在生物合成異戊二醇中的應(yīng)用。