[发明专利]一株基因重组菌及在手性纯乙偶姻和2,3-丁二醇生产中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株基因重组菌及其应用，具体的说，涉及一株重组的能将2R，3R-2，3-丁二醇脱氢酶(2R，3R-BDH)基因(ydjL)和NADH氧化酶(NOX)基因(nox)共表达的大肠杆菌，并以应用此工程菌高效转化内消旋2，3-丁二醇(meso-BD)生产S-乙偶姻(S-AC)，2R，3R-2，3-丁二醇(2R，3R-BD)生产R-乙偶姻(R-AC)的方法及拆分2，3-丁二醇(2，3-BD)混合物生产2S，3S-2，3-丁二醇(2S，3S-BD)的方法。

背景技术

乙偶姻(Acetoin，AC)通常为淡黄色液体或晶体，有两种同分异构体(R-AC和S-AC)，天然地存在于葡萄酒、蜂蜜、可可、黄油、咖啡、草莓和虹醋栗等物质中。国家标准GB2760-86规定其为允许使用的食品香料，FEMA安全号为2008。AC在食品、香料以及化妆品等行业也有着非常重要的用途【Opdyke 1979】。AC还是化学合成中的重要原材料。例如，手性纯的AC可用于合成一种新的有光学活性的α-羟基酮类衍生物，还能合成液晶材料，如手性的近晶材料和向列材料【Saito et al.1992】。

2，3-丁二醇(2，3-BD)在常温下是一种无色无味透明的液体，有三种同分异构体：meso-BD、2R，3R-BD和2S，3S-BD。2，3-BD广泛应用于化工、食品、燃料以及航空航天等各个领域【Syu 2001】。具有光学活性的2，3-BD(2R，3R-BD和2S，3S-BD)除了以上用途外，由于具有低冰点(-60℃)，可用作防冻剂；另外，由于具有手性碳原子，其在不对称合成中也有重要用途。

1998年，英国Witwatersrand大学的Martin Studer等应用经过10，11-二氢金鸡纳(HCD)改性的铂作为催化剂选择性的加氢还原双乙酰(diacetyl，DA)【Studer et al.1998】。产品对映体过量值为85％～90％，但反应产率只有30％。英国Hull大学的Slipszenko等也开展了采用铂催化剂选择性的催化加氢还原DA的研究【Slipszenko et al.1998】，其产率为85％，R-AC的对映体过量值ee达70％。催化加氢为非均相反应，其反应是在高压下进行，设备要求高，而且反应所用催化剂是价格昂贵的重金属，对于催化剂的制备、改性以及中毒、再生等系列问题尚未解决，目前尚处于实验室研究阶段，还不能工业化。

1992年，美国的Hummel等应用微生物菌体中的酶作为生物催化剂进行还原反应【Hummel et al.1992】。该方法是先培养乳酸杆菌或酵母菌以获得双乙酰还原酶(diacetyl reductase，DAR；此酶也称BDH)，并在pH值为5、温度为70℃的条件下，应用该还原酶及辅酶NADPH催化DA还原为AC，其产率最高达100％。这种利用还原酶进行还原反应的优势十分明显，可以获得高选择性、高产率的产品。这一方法虽可获得高选择性、高产率的产品，但关键步骤是要能够培养出反应所需的DAR，并且DA对于菌体的毒性非常高，采用细胞转化法不可行；纯酶过程又非常烦琐复杂，且辅酶NADPH的再生问题较难解决；DAR能够继续将产生的AC还原为2，3-BD，使得手性AC的得率非常低【Xiao and Xu 2007】。