[发明专利]一种枯草芽孢杆菌及用于发酵生产D-核糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种枯草芽孢杆菌及用该菌发酵生产D-核糖的方法。 

背景技术

D-核糖是一种极重要的戊醛糖，是生物体内遗传物质核酸的重要组成成分，也是生物体合成部分氨基酸、碱基等的重要中间代谢物，具有重要的生理功能。 

D-核糖最先被用于半合成法生产维生素B₂。随着D-核糖工业的发展及其应用研究的深入开展，其在食品工业和医药工业等方面的前景也逐渐被认识到，D-核糖可以作为生产原料合成核苷酸类风味增强剂，如5’-IMP、5’-GMP等；在医药工业上，其作为合成抗病毒、抗癌药物的原料药的研究和应用也越来越广泛。同时D-核糖作为存在于所有细胞中的天然成份，与腺苷酸的形成和ATP的再生有着密切的关系，是生命代谢最基本的能量来源之一，在心脏和骨骼肌代谢中起关键作用，能够促进局部组织缺血、缺氧的恢复，在治疗心肌局部缺血、防治因运动引起的肌肉酸痛和抗疲劳方面也具有良好作用。总之，D-核糖具有非常广阔的应用前景。 

从十九世纪末人类鉴定出D-核糖以来，D-核糖的生产方法主要经历了酶法水解RNA、以其他糖或有机酸为原料化学合成和利用微生物发酵生产三类。其中，酶法水解RNA分离D-核糖的方法过程繁杂、制造成本高、收率低，不适宜进行大规模生产；化学合成法生产过程中因会用到汞电极点解的工艺过程，易造成严重的环境污染。进入上世纪七十年代，人们开始以代谢控制发酵理论为指导，利用微生物营养缺陷型菌株进行发酵法生产D-核糖的研究。Sasajima在1971年的研究中发现了枯草芽孢杆菌转酮酶缺陷型菌株在以12.5%葡萄糖为碳源时经过6天发酵，最终发酵液中D-核糖的积累量为35g/L；1976年用改良后的枯草芽孢杆菌和短小芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株进行好氧发酵，D-核糖的积累量达到72.3g/L。1988年Kishimoto等用短小芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株，在添加芳香族氨基酸的培养基中，D-核糖的产量达92.1 g/L。1997年Wulf用短小芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株生产D-核糖，其产率为45 g/L。1997年江苏微生物研究所邓崇亮等选育的枯草芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株以葡萄糖为底物进行好氧发酵，D-核糖产量高达92 g/L。 

经过上述研究者们的研究发现枯草芽孢杆菌和短小芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株能大量积累D-核糖。另外，通过研究D-核糖生物合成及其相关代谢途径可知，要使微生物大量积累D-核糖除了阻断其下游代谢途径的进行，还应当增加D-核糖前体物的合成，即增加葡萄糖脱氢酶的活力。葡萄糖脱氢酶是该生物合成途径的调节酶，不可逆反应，其活力的大小决定了D-核糖产量高低。在芽孢杆菌中，葡萄糖脱氢酶与芽孢的形成有关，在芽孢形成过程中被诱导产生。然而芽孢的形成会改变微生物体内酶的种类和数量，影响其正常代谢活动，不利于D-核糖的积累。从枯草芽孢杆菌中分离得到的D-核糖高产菌株，葡萄糖脱氢酶的合成不受抑制，能够独立存在于营养体细胞中，Sasajima的研究也印证这一点，他对D-核糖生产菌株进行反复诱变，在维持转酮酶缺失的情况下，选育出一株葡萄糖脱氢酶活力高和芽孢生成能力丧失的突变株，D-核糖产量达70 g/L。 

上述的国内外报道中，通过选育枯草芽孢杆菌或短小芽孢杆菌转酮酶缺陷突变株进行D-核糖发酵，在D-核糖的产量上达到一个较高的水平，但是还存在残糖高、发酵液杂质多的缺点，不利于D-核糖的后续提取；发酵过程易生成芽孢，影响D-核糖的产量；发酵周期长，一般大于70小时。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种丧失芽孢生成能力、稳定高产D-核糖的枯草芽孢杆菌，及该菌种发酵生产D-核糖的方法，以克服现有技术残糖高、易产生芽孢、发酵周期长的缺陷。 

本发明所提供的菌株为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）BAV20120416，是以购自北京北纳创联生物技术研究院的一株可少量积累D-核糖的菌株ATCC21360为出发菌株，采用常规诱变方法，对ATCC21360进行紫外线、亚硝基胍等物理、化学诱变剂处理，经过多次反复诱变筛选培育出来的，能使最终发酵液残糖降为0、其他杂质少，发酵过程不易产生芽孢，发酵周期短，且能稳定进行D-核糖工业化生产的菌株。 

本发明所述枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）BAV20120416菌株，已于2012年4月16日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏号为：CGMCC NO.6013，保藏地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号 中国科学院微生物研究所。