[發明專利]一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構建及其應用

在審

• 申請號: 202310047390.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN115975900A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 李志;肖運柱
• 申請（專利權）人: 深圳中科欣揚生物科技有限公司
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N15/70;C12N15/54;C12N15/61;C12P19/44;C12R1/19
• 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: 趙巧娜

本發明公開了一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構建及其應用，屬于基因工程領域。本發明以大腸桿菌BL21(DE3)為工程菌株，過表達大腸桿菌2個參與UDP?葡萄糖合成的關鍵酶，即葡萄糖?6?磷酸變位酶和UDP?葡萄糖焦磷酸化酶，提高細胞內源性UDP?葡萄糖水平，有效提高了全細胞催化合成姜黃素葡萄糖苷的合成效率；同時過表達了Catharanthus?roseus來源的UDP?葡萄糖基轉移酶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利用度，拓展其在醫藥品、化妝品及食品的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種合成姜黃素葡萄糖苷的基因工程菌構建及其應用，屬于基因工程領域。

背景技術

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構的色素。姜黃素為橙黃色結晶粉末，味稍苦，不溶于水，在食品生產中主要用于腸類制品、罐頭、醬鹵制品等產品的著色。姜黃素最早是在1870年從姜黃中首次分離出來一種低相對分子質量多酚類化合物，1910年闡明了其雙阿魏酰甲烷的化學結構，隨后有關其生理、藥理作用的研究便取得了明顯的進展。姜黃素具有抗炎、抗氧化、調脂、抗病毒、抗感染、抗腫瘤、抗凝、抗肝纖維化、抗動脈粥樣硬化等廣泛的藥理活性，且毒性低、不良反應小。姜黃素目前是世界上銷量最大的天然食用色素之一，是世界衛生組織和美國食品藥品管理局以及多國準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，而且對疾病具有廣泛的預防特性。鑒于現代醫學研究發現人體眾多疾病的發生與自由基形成、炎癥反應的參與有關，姜黃素抗氧化活性和抗炎作用已引起國內外學者的廣泛關注。但由于黃素較差的水溶性，導致其生物體吸收率和生物學利用度極差，從而在醫藥品、化妝品及食品等領域的開發受限。雖然市面上已有一定的解決辦法，即通過乳化劑調配來增加它的水溶性，但這并不是真正意義上的溶于水。為了解決姜黃素應用受限的問題，目前，有很多學者通過開發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利用度。

據報道，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。使用化學方法進行葡萄糖苷化修飾步驟復雜，收率低，副產物多，難以進行規模化放大和生產，不具生產實用價值。微生物酶法進行葡萄糖苷化修飾，反應條件溫和，無需進行保護和脫保護反應，立體和區域選擇性高，可以定向高效地對酮類化合物進行葡萄糖苷化。不過，由于酶促反應需要添加活化的糖基供體UDP-葡萄糖，而此前體較為昂貴，難以實現反應的放大。

發明內容

本發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，從而提高細胞內源性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、遺傳背景清晰、易于進行遺傳改造等優點，同時還可以高表達UDP-葡萄糖轉移酶進行葡萄糖苷化修飾，是進行微生物全細胞催化進行葡萄糖苷化修飾的絕佳選擇。本發明以大腸桿菌BL21(DE3)為工程菌株，過表達大腸桿菌2個參與UDP-葡萄糖合成的關鍵酶，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)，提高細胞內源性UDP-葡萄糖水平，有效提高了全細胞催化合成姜黃素葡萄糖苷的合成效率。

本發明提供了一種基因工程菌，所述基因工程菌過表達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，同時過表達了Catharanthus?roseus來源的UDP-葡萄糖基轉移酶CaUGT2。