[发明专利]用于产生1,2-丙二醇的代谢工程改造的微生物

说明书

本发明涉及经代谢工程改造的微生物及其用于制备1，2-丙二醇的用途。

1，2-丙二醇或丙二醇，一种C3二醇，是广泛使用的化学品。它是用于航 空器的不饱和聚酯树脂、液体洗涤剂、冷却剂、抗冻和除冰流体的组分。自 从1993-1994年以来，丙二醇作为乙烯衍生物的替代物已经越来越多地被使 用，所述乙烯衍生物被认为比丙烯衍生物毒性更强。

目前使用消耗大量水的环氧丙烷水合工艺通过化学手段产生1，2-丙二醇。 环氧丙烷可以由两种方法中的任一种产生，一种使用表氯醇(epichlorhydrin)， 另一种使用氢过氧化物。两条途径都使用高毒性物质。此外，氢过氧化物途 径产生副产物如叔丁醇和1-苯基乙醇。为使丙烯生产成为有利可图的，必须 使用这些副产物。化学途径通常产生消旋的1，2-丙二醇，而两种立体异构体 (R)1，2-丙二醇和(S)1，2-丙二醇中每种对于某些应用是感兴趣的。

用于产生1，2-丙二醇的化学方法的缺点使生物合成成为具有吸引力的替 代方法。已表征了两种途径用于通过微生物由糖天然产生1，2-丙二醇。

在第一个途径中，将6-脱氧糖(例如L-鼠李糖或L-岩藻糖)裂解成磷酸二 羟基丙酮和(S)-乳醛，其能进一步还原至(S)-1，2-丙二醇(Badia等，1985)。此途 径在大肠杆菌中有功能，但是因为脱氧己糖的高成本，不能得到经济上可行 的工艺。

第二个途径是通过糖酵解途径，然后是丙酮醛途径来代谢普通糖(例如葡 萄糖或木糖)。将磷酸二羟基丙酮转化成丙酮醛，后者可以还原成乳醛或丙酮 醇。然后这两个化合物可以进行第二次还原反应，得到1，2-丙二醇。此途径 由(R)-1，2-丙二醇的天然生产菌使用，如楔形梭菌(Clostridium sphenoides)和热 解糖热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter thermosaccharolyticum)。已经使用楔形 梭菌产生1，2-丙二醇，在磷酸盐受限条件下效价(titer)为1.58g/l(Tran Din和 Gottschalk，1985)。也已经研究热解糖热厌氧杆菌用于产生1，2-丙二醇 (Cameron和Cooney，1986，Sanchez-Rivera等，1987)。获得的最佳性能是9g/l 的效价和0.2g/g由葡萄糖的得率。然而，用这些生物获得的性能的改进可能 由于缺少可用的遗传工具而受到限制。

现有技术

Cameron等(1998)研究了大肠杆菌作为平台用于将糖转化为1，2-丙二醇的 代谢工程的用途。他们的理论分析显示实际产物得率的上限(考虑质量平衡和 生长所需能量的产生)取决于培养条件而显著不同。在厌氧条件下，将产生乙 酸(acetate)作为副产物，以循环还原辅因子，而最佳得率限制在1摩尔1，2-丙 二醇每摩尔葡萄糖(0.42g/g)。在需氧条件下，使用氧作为终端电子受体通过 呼吸链确保辅因子的循环，并且可能在没有副产物产生的情况下产生1，2-丙 二醇。在这些条件下，得率能到达最高1.42mol/mol(0.6g/g)。考虑1，2-丙二 醇的最大效价量，Cameron等讨论了其对于产物和副产物毒性的依赖性。1，2- 丙二醇的毒性显著低于1，3-丙二醇，而且大肠杆菌在100g/l 1，2-丙二醇时表 现出0.5h^-1的残余生长速率。对生长的抑制更可能是由于副产物乙酸，已知 其高度抑制生长。开发以高效价和得率产生1，2-丙二醇的厌氧工艺将解决乙 酸问题。已经提出了将乙酸转化成抑制性较低而且容易原位去除的丙酮(WO 2005/073364)。