[發(fā)明專利]一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構(gòu)建及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310047390.7
• 申請(qǐng)日: 2023-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN115975900A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志;肖運(yùn)柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳中科欣揚(yáng)生物科技有限公司
• 主分類號(hào): C12N1/21
• 分類號(hào): C12N1/21;C12N15/70;C12N15/54;C12N15/61;C12P19/44;C12R1/19
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 趙巧娜

本發(fā)明公開了一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構(gòu)建及其應(yīng)用，屬于基因工程領(lǐng)域。本發(fā)明以大腸桿菌BL21(DE3)為工程菌株，過表達(dá)大腸桿菌2個(gè)參與UDP?葡萄糖合成的關(guān)鍵酶，即葡萄糖?6?磷酸變位酶和UDP?葡萄糖焦磷酸化酶，提高細(xì)胞內(nèi)源性UDP?葡萄糖水平，有效提高了全細(xì)胞催化合成姜黃素葡萄糖苷的合成效率；同時(shí)過表達(dá)了Catharanthus?roseus來源的UDP?葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶CaUGT2；該基因工程菌能夠高效合成姜黃素單葡萄糖苷及姜黃素雙葡萄糖苷，可以有效解決姜黃素的溶解性問題，提高姜黃素生物體吸收率及生物學(xué)利用度，拓展其在醫(yī)藥品、化妝品及食品的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構(gòu)建及其應(yīng)用，屬于基因工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

姜黃素是從姜科、天南星科中的一些植物的根莖中提取的一種二酮類化合物，化學(xué)式為C₂₁H₂₀O₆。其中，姜黃中約含姜黃素3％～6％，是植物界很稀少的具有二酮結(jié)構(gòu)的色素。姜黃素為橙黃色結(jié)晶粉末，味稍苦，不溶于水，在食品生產(chǎn)中主要用于腸類制品、罐頭、醬鹵制品等產(chǎn)品的著色。姜黃素最早是在1870年從姜黃中首次分離出來一種低相對(duì)分子質(zhì)量多酚類化合物，1910年闡明了其雙阿魏酰甲烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，隨后有關(guān)其生理、藥理作用的研究便取得了明顯的進(jìn)展。姜黃素具有抗炎、抗氧化、調(diào)脂、抗病毒、抗感染、抗腫瘤、抗凝、抗肝纖維化、抗動(dòng)脈粥樣硬化等廣泛的藥理活性，且毒性低、不良反應(yīng)小。姜黃素目前是世界上銷量最大的天然食用色素之一，是世界衛(wèi)生組織和美國食品藥品管理局以及多國準(zhǔn)許使用的食品添加劑。姜黃素不僅是一種非甾體類抗炎藥物，而且對(duì)疾病具有廣泛的預(yù)防特性。鑒于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)人體眾多疾病的發(fā)生與自由基形成、炎癥反應(yīng)的參與有關(guān)，姜黃素抗氧化活性和抗炎作用已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。但由于黃素較差的水溶性，導(dǎo)致其生物體吸收率和生物學(xué)利用度極差，從而在醫(yī)藥品、化妝品及食品等領(lǐng)域的開發(fā)受限。雖然市面上已有一定的解決辦法，即通過乳化劑調(diào)配來增加它的水溶性，但這并不是真正意義上的溶于水。為了解決姜黃素應(yīng)用受限的問題，目前，有很多學(xué)者通過開發(fā)姜黃素各種衍生物來提高它的水溶性、生物體吸收率和生物學(xué)利用度。

據(jù)報(bào)道，提高酮類化合物的溶解性，主要依靠糖苷化修飾，而糖苷化修飾研究最多的是葡萄糖苷化反應(yīng)。使用化學(xué)方法進(jìn)行葡萄糖苷化修飾步驟復(fù)雜，收率低，副產(chǎn)物多，難以進(jìn)行規(guī)模化放大和生產(chǎn)，不具生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值。微生物酶法進(jìn)行葡萄糖苷化修飾，反應(yīng)條件溫和，無需進(jìn)行保護(hù)和脫保護(hù)反應(yīng)，立體和區(qū)域選擇性高，可以定向高效地對(duì)酮類化合物進(jìn)行葡萄糖苷化。不過，由于酶促反應(yīng)需要添加活化的糖基供體UDP-葡萄糖，而此前體較為昂貴，難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的放大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種UDP-葡萄糖合成途徑及姜黃素葡萄糖苷合成基因工程菌，從而提高細(xì)胞內(nèi)源性UDP-葡萄糖水平，提高姜黃素溶解性，從而增大其利用范圍。

大腸桿菌作為模式菌株，具有生長快、易培養(yǎng)、遺傳背景清晰、易于進(jìn)行遺傳改造等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以高表達(dá)UDP-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行葡萄糖苷化修飾，是進(jìn)行微生物全細(xì)胞催化進(jìn)行葡萄糖苷化修飾的絕佳選擇。本發(fā)明以大腸桿菌BL21(DE3)為工程菌株，過表達(dá)大腸桿菌2個(gè)參與UDP-葡萄糖合成的關(guān)鍵酶，即葡萄糖-6-磷酸變位酶(phosphoglucomutase，Pgm)和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UTP-glucose-1-phosphate?uridylyltransferase，GalU)，提高細(xì)胞內(nèi)源性UDP-葡萄糖水平，有效提高了全細(xì)胞催化合成姜黃素葡萄糖苷的合成效率。

本發(fā)明提供了一種基因工程菌，所述基因工程菌過表達(dá)了大腸桿菌來源的葡萄糖-6-磷酸變位酶Pgm和大腸桿菌來源的UDP-葡萄糖焦磷酸化酶GalU，同時(shí)過表達(dá)了Catharanthus?roseus來源的UDP-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶CaUGT2。