[發明專利]提高氧化葡萄糖酸桿菌1,3-二羥基丙酮產量和生產強度的方法

在審

• 申請號: 202211208240.1
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN116121159A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 曾偉主;周景文;單小玉;劉立;李江華;陳堅;堵國成
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12P7/26;C12R1/01
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 仇鈺瑩

本發明公開了提高氧化葡萄糖酸桿菌1,3?二羥基丙酮產量和生產強度的方法，屬于發酵工程技術領域。本發明通過在氧化葡萄糖酸桿菌中敲除對1,3?二羥基丙酮代謝通量有潛在影響的脫氫酶基因，增強其底物甘油轉化成1,3?二羥基丙酮的效率，從而來提高1,3?二羥基丙酮的產量和生產強度。與對照菌株G.oxydansWSH?003相比，重組菌株G.oxydans?WSH?1、G.oxydans?WSH?2、G.oxydans?WSH?3、G.oxydans?WSH?4、G.oxydans?WSH?5、G.oxydans?WSH?6、G.oxydans?WSH?7和G.oxydans?WSH?8的1,3?二羥基丙酮產量、轉化率和生產強度均顯著得到提升。

本申請是申請日為2021年4月25日，申請號為202110445471.3的分案申請。

技術領域

本發明涉及提高氧化葡萄糖酸桿菌1,3-二羥基丙酮產量和生產強度的方法，屬于發酵工程技術領域。

背景技術

1,3-二羥基丙酮(Dihydroxyacetone,DHA)是最簡單的三碳酮糖，外觀白色或乳白色粉末狀結晶，具有甜涼味，易吸濕并分解。1,3-二羥基丙酮能在皮膚上形成薄膜防止水分蒸發，而且1,3-二羥基丙酮還可以與皮膚表層的角質層細胞發生席夫堿反應，從而會使皮膚表層顏色變成棕色，這個可以與曬太陽達到類似的效果，因此，在化妝品中可以被用作防曬劑。根據這種功效還可以減少因過度的紫外線照射可能帶來的皮膚性疾病，例如白斑和白癜風等皮膚性疾病。

1,3-二羥基丙酮生產方法主要有化學合成法和微生物合成法?；瘜W法合成法的特點主要是難以在生產條件與原來成本之間找到一個合適的平衡點，因為當生產條件相對簡單時原料成本要求高，當原料成本低時生產條件卻要求高，而且在合成過程中還需要貴重金屬參與。該方法生產1,3-二羥基丙酮存在很多弊端主要包括產物純度低、副產物多、環境污染嚴重及產物分離純化成本高，因此采用化學法生成1,3-二羥基丙酮越來越受到限制。相較而言，微生物合成法由于其反應條件溫和、專一性強和底物利用率高，而在工業中被主要采用。此外，微生物發酵工藝對環境污染小、產品相對易于分離純化而且生產成本也較低。從技術的經濟性和環境的友好性來看，微生物發酵法可以很好的避開化學合成方法存在的弊端，相對來說更具發展潛力；而且1,3-二羥基丙酮在工業生產的過程中可以以氧化葡萄酸桿菌為宿主，通過微生物發酵法轉化甘油生產1,3-二羥基丙酮，該方法操作流工藝簡單、易于操作控制、成本低而且生產周期短，因此該方法成為了目前國內外生產1,3-二羥基丙酮的主要手段。

氧化葡萄酸桿菌中存在很多種多元醇脫氫酶，一般這些脫氫酶也會被稱為甘油脫氫酶。該類酶可以氧化具有Bertrand-Hudson構象的糖醇，如甘油、山梨醇、葡萄糖酸等。在這些酶大多是乙醇、山梨醇和甘油脫氫酶，它們的輔基大多是吡咯并喹啉(Pyrroloquinolinequinone，PQQ)。其中甘油是具有這種構象的最簡單分子，而且目前以甘油為底物生產1,3-二羥基丙酮是國內外研究的熱點之一。但是目前，以甘油為底物生產1,3-二羥基丙酮的產量還較低，無法適應目前的工業化生產。

發明內容

針對目前1,3-二羥基丙酮產量的較低、還無法滿足工業化生產的問題，本發明為了進一步提高氧化葡萄酸桿菌生產1,3-二羥基丙酮的能力，通過敲除與其代謝通量有潛在關系的脫氫酶基因，構建得到一系列重組菌，從而獲得了結果發現重組菌株的1,3-二羥基丙酮的產量、轉化率及生產強度均比對照高。為了解決上述問題，本發明提供一種通過敲除影響1,3-二羥基丙酮代謝通量的脫氫酶基因，從而增強1,3-二羥基丙酮發酵的生產強度和轉化率的方法。

本發明的第一個目的是提供生產1,3-二羥基丙酮的基因工程菌，所述基因工程菌是敲除氧化葡萄糖酸桿菌中的脫氫酶基因，所述脫氫酶基因包括編碼L-艾杜糖酸-5-脫氫酶I5D、NAD依賴型木糖醇脫氫酶NAD-dependent?XD2、乙醇脫氫酶AD4、醛酮脫氫酶ASD、異檸檬酸脫氫酶ID、NAD(P)H脫氫酶NADH-D2、鋅依賴型乙醇脫氫酶Zinc-dependent?AD和/或葡萄糖酸脫氫酶G2D的基因。