[發明專利]產L-乳酸的重組菌株及其構建方法和發酵產L-乳酸的方法及應用

有效

• 申請號: 202010463397.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111500517B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 佟毅;李義;張媛;陳博;王小艷;安泰
• 申請（專利權）人: 吉林中糧生化有限公司;中糧營養健康研究院有限公司;中糧生物科技股份有限公司
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N9/04;C12N15/53;C12P7/56;C12P7/62;C12R1/225
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明涉及基因工程領域和微生物發酵領域，公開了一種產L?乳酸的重組菌株及其構建方法和發酵產L?乳酸的方法及應用，該重組菌株由出發菌株經遺傳改造獲得，相比于出發菌株，所述重組菌株的D?乳酸脫氫酶的活性減弱或失活且L?乳酸脫氫酶的活性增強；構建方法包括對出發菌株進行遺傳改造以使出發菌株的D?乳酸脫氫酶的活性減弱或失活并使出發菌株的L?乳酸脫氫酶的活性增強；發酵產L?乳酸方法包括將上述重組菌株接種前述的方法構建重組菌株，并將得到的重組菌株接種至產酸發酵培養基中進行發酵；采用該方法顯著提高了發酵效果、以及L?乳酸產率和和產物L?乳酸的光學純度。

技術領域

本發明涉及基因工程領域和微生物發酵領域，具體涉及一種產L-乳酸的重組菌株及其構建方法和發酵產L-乳酸的方法及應用。

背景技術

聚乳酸(Polylactic acid，PLA)是一種由乳酸單體縮聚而成的可生物降解的高分子聚合物，主要是以微生物的發酵產物L-乳酸作為單體通過聚合反應而獲得。PLA其原料為可再生的生物資源，因此是理想的綠色高分子材料，并且被產業界一致認定為新型“生物基材料”。此外，由PLA制成的產品的光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌、阻燃和抗紫外的特性，并具有較高的光澤度和加工性能；PLA還具有無毒、無刺激性和良好的生物相容性等特點。因此，PLA具有廣闊的市場前景，用途十分廣泛。目前聚乳酸主要用于服裝、建筑、農業、林業、造紙和醫療衛生等多個領域中。

聚乳酸主要包括聚L-乳酸(PLLA)、聚D-乳酸(PDLA)和聚DL-乳酸(PDLLA)三種。由于人和許多哺乳動物只能代謝L-乳酸，因此L-乳酸被專門用于食品、醫藥、獸藥和飼料工業，作為生產原料或產品添加劑。更具體而言，以光學純度大于98％的L-乳酸為原料聚合而成的聚乳酸材料，更引起人們的重視，對工農業生產和人民的生活均具有更重要的意義。迄今為止，L-乳酸主要通過化學合成法和微生物發酵法獲得?；瘜W合成法存在環境污染、成本昂貴、技術復雜、光學純度較低等棘手問題，難以滿足實際應用要求。相比之下，微生物發酵法利用葡萄糖等可再生資源為原料生產L-乳酸，具有生產成本低、產物光學純度和安全性高、生產條件溫和、污染小等優點，因此，目前全世界的L-乳酸工業生產絕大部分都是通過微生物發酵法進行的。大多數乳酸菌均是同時生產L-乳酸和D-乳酸，但L-乳酸的產率和光學純度難以滿足實際需求。

目前，在通過微生物發酵法大規模工業生產L-乳酸時，可選擇的菌株仍然十分有限，已知的L-乳酸發酵生產中常采用的生產菌株有凝結芽孢桿菌(Bacillus coagulans)、干酪乳桿菌菌株(Lactobacillus casei)和鼠李糖乳桿菌菌株(Lactobacillusrhamnosus)等。因此需要進一步選育高產菌株，不斷發掘新菌種，以期實現產量增加、純度提高、成本降低、效益提高等目標。對于乳酸發酵菌株的篩選和改造，主要聚焦于如下三個方面：高產菌株的獲得；耐環境脅迫菌株的選育；以及轉基因工程菌株的構建。

其中，增強乳酸發酵菌株對環境脅迫的抵抗能力是提高乳酸發酵能力的重要手段之一。已有研究表明，通過提高乳酸乳桿菌菌株(Lactobacillus lactis)的耐高糖濃度和耐高乳酸鈣濃度的能力，可以提高其乳酸產量和產物光學純度；通過提高鼠李糖乳桿菌菌株的耐酸和耐糖能力，可以提高其乳酸產量和生物量。就此而言，在乳酸發酵工業中，耐高溫菌株可以帶來極大的優勢，例如，利用耐高溫菌株可以達到縮短生產周期、減少發酵生產中控溫所需的能耗、節約冷卻用水以及減少雜菌污染的可能性等有益效果。另一方面，采用基因工程手段對高產菌株進行改造以進一步提高其產酸效率或產物光學純度等性能，從而獲得符合期望的有用菌株也是本領域始終在追求的目標。

因此，對于能夠以高產率和高光學純度生產L-乳酸的耐高溫重組L-乳酸生產菌株而言，目前還存在極大的改善空間。

發明內容