[發明專利]生物合成異戊二醇的菌株及方法

在審

• 申請號: 202010186932.5
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111349644A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 張熾堅;何廷剛;艾勇;陳林;馬成偉;曾安平
• 申請（專利權）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: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉穎

本發明涉及生物合成領域，特別涉及生物合成異戊二醇的菌株及方法。本發明以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。

技術領域

本發明涉及生物合成領域，特別涉及生物合成異戊二醇的菌株及方法。

背景技術

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，在護膚應用中還可以起到保濕和潤膚的作用。它也被用于修復受損頭發的護發產品中。

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

發明內容

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

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發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用。

羧酸還原酶(CARs)能夠將多種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化為目標醇。研究結果表明，從乙酰輔酶A出發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3HIV的方法。此外，研究發現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物，因此，KIC的生產可以通過使用工程微生物發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。這使得可再生的碳水化合物原料(如葡萄糖)生產IPDO成為可能。

本發明還提供了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用。

本發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用。

本發明還提供了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用。

本發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用。