[发明专利]一株生物催化合成(R)-1,3-丁二醇的贝莱斯芽孢杆菌菌株及其应用

说明书

本发明提供了一株生物催化合成(R)‑1,3‑丁二醇的贝莱斯芽孢杆菌菌株及其应用，属于生物催化技术领域。生物催化合成(R)‑1,3‑丁二醇的贝莱斯芽孢杆菌菌株SWGC31011，Bacillus velezensis，保藏编号为CGMCC No.13354。所述菌株是一种能够以4‑羟基‑2‑丁酮为底物催化合成(R)‑1,3‑丁二醇的新菌株，该菌株能够表达产生羰基还原酶，通过该菌株能够实现(R)‑1,3‑丁二醇高纯度的制备，其转化率95％，光学纯度达到100％。使用本发明的菌株进行不对称还原工艺，反应条件温和，节能环保，同时显著提高(R)‑1,3‑丁二醇的经济效益，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于生物催化技术领域，具体涉及一株生物催化合成(R)-1,3-丁二醇的贝莱斯芽孢杆菌菌株及其应用。

背景技术

(R)-1,3-丁二醇(1,3-BDO)，是一种无色、无味、低毒的粘稠液体，其结构如下所示，其熔点较高，为207.5℃，在常压下蒸馏容易被空气氧化，常在减压下进行蒸馏。(R)-1,3-丁二醇无臭味，略有苦味，吸水性较强。(R)-1,3-丁二醇是一种重要的手性合成中间物，被广泛地用于碳青霉烯类抗生素母核氮杂环丁酮、香料、信息激素和杀虫剂等物质的合成，具体如图1所示。在这些化合物中，碳青霉烯类药物、青霉烯类药物和青霉素都同属于β-内酰胺类抗生素，而青霉素的滥用导致许多抗药性菌株产生，但碳青霉烯类药物能够有效地缓解这些抗药性菌株引起的症状，碳青霉烯类药物在国内被广泛的应用，因此，开发绿色、高效的(R)-1,3-丁二醇合成技术成为国内外重要研究的目的。

目前，(R)-1,3-丁二醇主要是采用化学合成方法获得，化学合成法是以L-苏氨酸为起始原料，其反应过程经过亚硝化脱氨、甲酯化、氢解脱钙和还原等步骤，得到粗品，再重结晶而得到纯品，其工艺原料成本非常高，毒害较大，反应步骤多、反应过程复杂、副反应多且易造成环境污染，(R)-1,3-丁二醇的收率仅仅为64％，化学抽提不仅效率低，而且大量有机溶剂的使用也造成安全上的隐患和环境的污染。另一种化学合成的方法是以钌基催化剂催化4-羟基-2-丁酮不对称加氢还原技术合成(R)-1,3-丁二醇，该方法其收率达到99％以上，但催化剂制备成本高，无法实现工业化规模生产。而生物催化法以其环境友好、反应条件温和、对底物专一等优点逐渐成为了(R)-1,3-丁二醇制备最具前景的研究方向。

国内外关于生物催化方法合成(R)-1,3-丁二醇的相关报道很少。1993年，Eguchi等利用固定化SP382脂肪酶重复催化双酰基化反应拆分(R,S)-1,3-丁二醇工艺制备(R)-1,3-丁二醇，其光学纯度达98％以上，但其收率较低(Tamotsu Eguchi,KenichiMochida.Lipase-catalyzed diacylation of1,3-butanediol[J].Biotechnol.Lett.,1993,15(9):955-960.)。AkinobuMatsuyama等多次报道了利用不同酵母催化合成(R)-1,3-丁二醇，其中在1993年他们报道了利用乳酸克鲁维酵母Kluvermyces lactis IFO 1267不对称还原前手性4-羟基-2-丁酮制备(R)-1,3-丁二醇，其得率达到99％，光学纯度达到93％；同样在2001年报道了利用近平滑假丝酵母Candiaparapsilosis IFO 1396拆分外消旋体制备(R)-1,3-丁二醇，其光学纯度达到94％，得率达到48％，但这两种反应的立体选择性较低，很难满足药物的合成需求((1)A Matsuyama，H Yamamoto，N Kawada，YKobayashi.Industrialproduction of(R)-1,3-