[发明专利]一种利用蓝藻合成根皮素的方法

说明书

本本发明提供一种以“光合细菌”—蓝藻为底盘生物来合成根皮素的技术方法，主要步骤是在蓝藻细胞里外源表达4香豆酸‑辅酶A连接酶（4 coumarate Coenzyme A Ligase，4CL）和查尔酮合成酶（Chalcone synthase，CHS）这两个根皮素合成关键酶，以对羟基苯丙酸（或称根皮酸）为底物来催化生成根皮素，4CL催化一分子对羟基苯丙酸生成对羟基苯丙酰辅酶A，然后CHS催化3个分子的丙二酰辅酶A（malonyl coA）与一分子对羟基苯丙酰辅酶A合成一分子根皮素。本方法通过一种可以进行光合作用的微生物来生产根皮素，从而创造了一种原料便宜、设备简单、环境污染低、产量高的根皮素生物合成途径，符合绿色化生产的方向。

技术领域

本发明属于根皮素的合成技术领域，尤其涉及到一种利用蓝藻来生产根皮素的方法。

背景技术

蓝藻(Cyanobacteria)是一类通过光合作用获取能量的细菌，又名蓝绿藻、蓝绿菌或蓝细菌，其形态结构简单，无固定细胞核，体内含有的藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白加上叶绿体蛋白使之呈现出蓝绿色。蓝藻是地球上最早出现的藻类，是最简单、最原始的单细胞生物，在漫长的进化过程中，蓝藻把地球变成氧化型地球，并被内吞成植物的叶绿体，可以认为蓝藻是最简单的光合作用单位。

由于蓝藻独特的能进行光合作用的生理特性，许多科学家将蓝藻看作一种“生物光反应器”，通过它将空气中的二氧化碳和水变成人类需要的化工产品和一些高价值的天然产物。对蓝藻进行基因改造来生物合成这些产品具有许多优势：（1）目前许多常见蓝藻的基因组，如聚球藻、集胞藻、鱼腥藻等，都已经被测序完毕，同时由于蓝藻的基因组小、结构简单，科学家已经发明了一套针对蓝藻细胞的成熟、易操作的基因编辑体系；（2）相对于高等动植物，蓝藻具有微生物生长快速的特点，适于进行产品的大规模生产操作；（3）蓝藻的适应能力很强，能在很多恶劣环境中生存，同时蓝藻需要的生存条件非常简单，甚至只需阳光和水分就能存活，因此在大规模培养时不仅能大幅度节省原料成本，而且不需要占用耕地资源，避免了和生产食物粮食等竞争土地资源的冲突。（4）蓝藻通过光合作用吸收空气中的二氧化碳并产生氧气排放到空中，因此大规模培养蓝藻能有效地缓解人类不断使用化石原料等造成的“温室效应”，起到一定的环保作用。所以使用蓝藻作为合成生物学中的底盘生物，具有广大的前景和巨大的价值。

根皮素英文名称：Phloretin；分子式：C₁₅H₁₄O₅；化学名称：3-(4-羟基苯基)-1-(2、4、6-三羟基苯基)-1-丙酮；CAS：60-82-2；分子量：274.28；物理性质：易溶于甲醇、乙醇和丙酮，微溶于氯仿、难溶于水、石油醚和苯。

根皮素是国外新近研究开发出来的一种新型天然皮肤美白剂，主要分布于苹果、梨等多汁水果的果皮及根皮。根皮素能抑制皮脂腺的过度分泌，用于治疗分泌旺盛型粉刺；能抑制黑色素细胞活性，对各种皮肤色斑有作用。与同类天然成分熊果苷和曲酸相比，同等浓度的根皮素对酪氨酸酶的抑制作用要好于它们，并且当其与熊果苷和/或曲酸进行复配时，能大大提高产品对酪氨酸酶的抑制率，使抑制率达到100%。据最新研究发现其还有抗炎、免疫抑制，心血管保护等作用。全球每年用量不少于20吨，需求每年以20%速率增加，具有较大市场需求。

目前，市场上根皮素的生产主要是通过化工合成，有的以根皮苷粗品为原料，经过简单纯化根皮苷，再在强路易斯酸和金属催化拖糖元和结晶重结晶得到根皮素。还有的以柚皮苷为原料，兰尼镍为催化剂，在氢氧化钠溶液中，催化氢化10小时合成柚皮苷二氢查耳酮，然后在85℃-95℃下的盐酸溶液中，柚皮苷二氢查耳酮水解2小时得到根皮素。这些化工法合成根皮素存在效率低、化学废液的排放、严重污染环境等问题。现在也有开发一些利用大肠杆菌或酿酒酵母等发酵来生物合成根皮素的方法，虽然这些生物合成法解决了产量低和部分环境污染等问题，但由于生产过程中的原料、设备及水电等成本太高，无法实现大规模生产。

发明内容