[发明专利]一种重组谷氨酸棒杆菌与应用

说明书

技术领域

本发明涉及重组微生物，具体地说，涉及一种可将发酵糖直接转化为乙二醇的重组谷氨酸棒杆菌与应用。

背景技术

乙二醇是一种重要的化工原料，可作为溶剂、防冻剂以及合成聚酯的原料等，其最主要的用途是作为合成的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的单体。PET是合成树脂、纤维、塑料瓶的重要原料，每年的市场需求量超过2000万吨。

目前，乙二醇的生产方法主要是通过以石油资源为基础的化学法生产，特别是以乙烯为原料合成环氧乙烷，再水合制成乙二醇。由于石油资源的不断枯竭，开发可利用可再生原料特别是价格低廉的生物质原料如木质纤维素为原料一步法生产乙二醇的生物法技术路线具有重要的意义。

目前文献报到的生物基乙二醇的技术路线主要是通过发酵法和化学法相结合的方式实现的。首先以可发酵糖为底物利用微生物如酿酒酵母发酵生产生物乙醇。进一步将生物乙醇通过化学法脱水获得乙烯。乙烯再通过化学法生产乙二醇。这一技术路线步骤冗长，副产物多，经济效益差。

自然界不存在天然的微生物可以直接发酵葡萄糖生产乙二醇。目前，仅有的文献报道通过改造大肠杆菌实现利用木糖生产乙二醇的方法(ApplMicrobiolBiotechnol(2013)97:3409–3417)。其代谢途径包括：木糖在木糖脱氢酶的作用下生成木糖酸，木糖在木糖酸脱水酶的作用下生成2-酮-3-脱氧-木糖酸。后者在2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶的催化下裂解生成乙醇醛和丙酮酸。乙醇醛可以在醇脱氢酶的作用下生产乙二醇。然而这一代谢途径，乙二醇对木糖的最高理论转化率仅为0.41g/g，极大限制了其经济可行性。同时，利用这一代谢途径无法将葡萄糖等重要可发酵糖转变为乙二醇。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可将发酵糖直接转化为乙二醇的重组谷氨酸棒杆菌与应用。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种重组谷氨酸棒杆菌，其是以谷氨酸棒杆菌作为出发菌，引入以下外源基因构建得到的重组菌：

1)催化丝氨酸转化为羟基丙酮酸的基因；

2)催化羟基丙酮酸转化为乙醇醛的基因；

3)催化乙醇醛转化为乙二醇的基因。

上述基因的引入，能够使得重组谷氨酸棒杆菌通过表达外源基因具备相应的催化性能，从而独立的完成图1所示的乙二醇代谢途径。

进一步优选，所述重组谷氨酸棒杆菌还上调了谷氨酸棒杆菌丝氨酸合成的基因。使得重组谷氨酸棒杆菌通过过表达所述基因，高效地合成丝氨酸，提高丝氨酸的产量，从而为丝氨酸-乙二醇的代谢途径提供更多的原料，提高乙二醇的产量。

进一步优选，所述重组谷氨酸棒杆菌还敲除了使谷氨酸棒杆菌丝氨酸降解的基因。目的在于敲除能够使丝氨酸降解的基因，保证微生物内丝氨酸的含量，从而为丝氨酸-乙二醇的代谢途径提供更多的原料，提高乙二醇的产量。

作为优选，所述催化丝氨酸转化为羟基丙酮酸的基因为氨基酸脱氢酶基因或者氨基酸转氨酶基因。更为优选，所述催化丝氨酸转化为羟基丙酮酸的基因为氨基酸转氨酶基因。

例如，所述氨基酸脱氢酶基因包括来自Streptomycescinnamonensis的缬氨酸脱氢酶基因vdh(序列如SEQIDNo.10所示)、来自Thermoactinomycesintermedius的苯丙氨酸脱氢酶基因pdh(序列如SEQIDNo.11所示)，来自Geobacillusstearothermophilus的亮氨酸脱氢酶基因ldh(序列如SEQIDNo.12所示)。

例如，所述氨基酸转氨酶基因包括来自Arabidopsisthaliana的丙氨酸转氨酶基因agt(序列如SEQIDNo.7所示)、来自Thermotogamaritima的丙氨酸转氨酶基因agt(序列如SEQIDNo.8所示)、来自Rattusnorvegicus的丙氨酸转氨酶基因agt(序列如SEQIDNo.9所示)。

作为优选，所述催化羟基丙酮酸转化为乙醇醛的基因为2-酮酸脱羧酶基因。