[发明专利]一种利用重组微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法

说明书

本发明提供了一种利用重组微生物发酵生产1,3‑丙二醇的方法。本发明首先提供一种重组微生物，该微生物能够过表达乙酰辅酶A羧化酶基因accBC和accDA、表达丙二酰辅酶A合成酶基因mcr、表达3‑羟基丙酰辅酶A合成酶基因pcs、3‑羟基丙酰辅酶A还原酶基因pduP和1,3‑丙二醇还原酶基因yqhD。将该重组微生物在摇瓶或者发酵罐中以葡萄糖为底物进行发酵培养获得1,3‑丙二醇。本发明的重组微生物在发酵过程中可以利用廉价的葡萄糖，蔗糖，糖蜜，木糖等为原料且无需添加昂贵的辅酶B12，因此可以显著降低生产成本，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于基因工程和生物发酵技术领域，具体地说，本发明涉及无需添加辅酶维生素B12、通过单一重组微生物将可发酵糖高效生物转化为1,3-丙二醇的方法。

背景技术

1，3-丙二醇是一种重要的化工原料，可作为有机溶剂应用于油墨、印染、涂料、润滑剂、抗冻剂等行业，其最主要的用途是作为聚酯和聚氨酯合成的单体，特别是与对苯二甲酸聚合生成聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)。PTT与PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)相比具有更优良的性能，例如更好的耐污染性、韧性和回弹性以及抗紫外性能等，此外还具有耐磨、吸水性低、低静电等优点。因此PTT被认为是PET的升级产品，具有广阔的市场前景。

目前，1，3-丙二醇的生产方法主要包括化学法和生物法。化学法通常是以环氧丙烷或者丙烯为原料通过复杂的催化过程合成1，3-丙二醇。化学合成法的缺点是副产物多，选择性差，操作条件需高温高压，设备投资巨大，原料为不可再生资源。因此，化学法生产1，3-丙二醇的工艺技术路线目前基本已经淘汰。

生物法生产1，3-丙二醇目前主要包含两条技术路线：一、以甘油为原料利用天然微生物生产1，3-丙二醇；二、以葡萄糖为原料利用重组微生物生产1，3-丙二醇。具体介绍如下。

一种是以甘油为原料利用天然微生物生产1，3-丙二醇，如克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)、丁酸梭状芽胞杆菌(Clostridium butyricum)及弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii)可以在厌氧或者微氧的条件下将甘油转化为1，3-丙二醇。这个工艺路线的主要缺点是：1、常用的1,3-丙二醇生产菌株克雷伯氏肺炎杆菌为条件致病菌，其生产过程中生物安全性需要严格控制；2、大量副产物如乙酸、乳酸，丁二酸，2，3-丁二醇的合成，使得整个后提取过程变得十分复杂；3、甘油价格受到市场的波动较大。

现有技术中还有一种是以葡萄糖为原料利用重组微生物生产1，3-丙二醇的方法，如杜邦公司通过在大肠杆菌中外源表达来自酿酒酵母的甘油合成途径(甘油3-磷酸脱氢酶及甘油3-磷酸甘油脂酶)和来自克雷伯氏肺炎杆菌的甘油脱水酶及其激活因子并利用大肠杆菌自身的NADPH依赖的醇脱氢酶YqhD，实现了从葡萄糖到1，3-丙二醇的一步转化(CN200380104657.2)。这一工艺路线的缺点是甘油脱水酶是一种需要辅酶B12为辅因子的酶，而大肠杆菌无法合成辅酶B12，因此在发酵过程中需要添加昂贵的辅酶B12，极大提高了1,3-丙二醇的生产成本，不利于产业化规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产成本低、无需添加昂贵的辅酶B12、利用重组微生物直接将可发酵糖转化成1,3-丙二醇的新方法。

本发明首先提供一种重组微生物，该重组微生物能够过表达：

(1)乙酰辅酶A羧化酶基因accBC和accDA；

(2)丙二酰辅酶A合成酶基因mcr；

(3)3-羟基丙酰辅酶A合成酶基因pcs；

(4)3-羟基丙酰辅酶A还原酶基因pduP；

(5)1,3-丙二醇还原酶基因yqhD。