[发明专利]联产1,3-丙二醇和1,3-丁二醇的重组菌及其应用

说明书

本发明提供一种联产1,3‑丙二醇和1,3‑丁二醇的重组菌及其应用。所述重组菌是将phaA、phaB、bld和yqhD基因通过质粒导入克雷伯氏菌(Klebsiella)中或通过基因工程手段整合到克雷伯氏菌染色体上而成。利用本发明提供的克雷伯氏菌工程菌，同时实现两种高附加值的二元醇(1,3‑丙二醇和1,3‑丁二醇)的生产，且两种二元醇相对于底物甘油的得率超过0.6g/g，远远大于单独生产1,3‑丙二醇或1,3‑丁二醇过程的收率。目标产物分离过程更加简化，从而极大提高整个生产过程的经济效益。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体地说，涉及一种联产1,3-丙二醇和1,3-丁二醇的重组菌及其应用。

背景技术

1,3-丙二醇是一种重要的二元醇，主要用作单体与对苯二甲酸聚合生产新型的聚酯材料聚对苯二甲酸丙二醇脂(PTT)。1,3-丙二醇可以通过微生物发酵的方法，利用天然的微生物如克雷伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等将甘油转化成1,3-丙二醇。由于克雷伯氏肺炎杆菌具有甘油代谢速率快、1,3-丙二醇产量高，能够耐受高浓度甘油和1,3-丙二醇，且发酵过程能在有氧条件下进行等特点，目前已被广泛应用于1,3-丙二醇的工业生产。

目前利用克雷伯氏肺炎杆菌生产1,3-丙二醇主要存在的问题是发酵过程产生大量的副产物，如2,3-丁二醇，乳酸，丁二酸，乙醇，乙酸等，不但极大降低了1,3-丙二醇的得率同时使得后提取过程变的十分的复杂，极大增加了发酵及后提取过程的成本。因此，提高1,3-丙二醇的得率同时降低副产物的产量，对于降低1,3-丙二醇生产成本具有极其重要的意义。

1,3-丁二醇是另外一种具有重要工业应用价值的二元醇，其可以被用作化妆品的溶剂，同时可以用作单体来合成聚酯、聚氨酯及生物增塑剂。同时光学纯的1,3-丁二醇可以用作医药中间体来合成许多药物。但化学法合成的1,3-丁二醇都是外消旋体，无法直接用作医药中间体。因此，利用生物法生产光学纯1,3-丁二醇具有重要应用价值。

目前还没有任何报道能够直接利用微生物同时合成1,3-丙二醇和1,3-丁二醇。

发明内容

本发明的目的是提供一种联产1,3-丙二醇和1,3-丁二醇的重组菌及其应用。

本发明构思如下：通过在克雷伯氏菌(如克雷伯氏肺炎杆菌)中引入1,3-丁二醇的生物合成途径，实现了在同一发酵过程同时生产两种具有重要工业价值的二元醇，使得两种二元醇相对于底物甘油的得率超过0.6g/g，远远大于单独生产1,3-丙二醇或1,3-丁二醇过程的收率。同时由于1,3-丁二醇与2,3-丁二醇竞争代谢底物且二者的分离十分困难，本发明通过阻断2,3-丁二醇的合成途径，完全消除了2,3-丁二醇的合成。本发明进一步通过敲除ldhA基因，adhE基因，mdh基因，消除了乳酸、乙醇、丁二酸的合成，使得重组克雷伯氏肺炎杆菌主要合成1,3-丙二醇和1,3-丁二醇两种产物，极大简化了后续提取的过程。

为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供一种联产1,3-丙二醇和1,3-丁二醇的重组菌，所述重组菌是将phaA、phaB、bld和yqhD基因通过质粒导入克雷伯氏菌(Klebsiella)中或通过基因工程手段整合到克雷伯氏菌染色体上而成。

其中，所述phaA基因为乙酰CoA酰基转移酶基因，来源于Cupriavidus necator，其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：

(a)由SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

(b)SEQ ID NO:3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。

所述phaB基因为3-氧酰基-(酰基载体蛋白)还原酶基因，来源于Cupriavidusnecator，其为编码如下蛋白质(c)或(d)的基因：

(c)由SEQ ID NO:4所示的氨基酸序列组成的蛋白质；