[发明专利]一株利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌

说明书

本发明公开了一株利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌。本发明提供的利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌具体为大肠埃希氏菌(Escherichia coli)NZ‑G304，其在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC No.20414。本发明对于从乙酸到酰基CoA为原料生产大宗化学品，利用葡萄糖作为还原力的供给，用于工业生产乙醇酸具有重要意义。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，特别涉及一株利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌。

背景技术

乙醇酸(glycolate,glycolic acid)又称为羟基乙酸(hydroxyacetic acid)、甘醇酸，分子式为C₂H₄O₃，含有一个羟基和一个羧基，兼有醇和酸的双重性质。在化学清洗，生物降解，日用化工，纺织工业等行业得到了普遍的应用。

尽管化学法是合成乙醇酸的常用方法，但化学法对环境的污染严重，过程中使用氰化物等危险品降低了生产过程的安全性。目前发展的生物法(微生物酶催化法和全生物合成法)合成乙醇酸，其生产过程安全，且对环境友好，是大宗化学品发展的趋势。He等成功地从土壤中分离出一种新产腈水解酶的产碱杆菌(Alcaligenes.sp.ECU0401)。经过优化培养条件和反应条件后，乙醇腈可以通过生长细胞、静置细胞和固定化细胞有效地水解为乙醇酸，经过29次循环转化，乙醇酸的产量为1042g/g CDW(He et al.,2018,AppliedBiochem Biotech 136(5):1428-1440)。一种土壤分离红酵母菌3Pr-126，在优化pH、溶氧等条件后，能产生乙醇酸105g/L。以上这两种使用的是微生物酶催化法，都需要额外添加乙醇腈或丙二醇，相对成本较高，不能满足工业生产的需求。

全生物合成法，利用的是乙醛酸循环途径，通过乙醛酸途径产生的乙醛酸，在乙醛酸还原酶的作用下生成乙醇酸。以乙醇和木糖为底物，利用乙醛酸途径，改造后的酵母菌株分批发酵75h能产6.7g/L乙醇酸(Koivistoinen et al.,2013,Microbial CellFactories,12,82)，最大生产速率为0.1g/gCDW/h；以五碳糖(木糖、L-阿拉伯糖)为底物，利用乙醛酸途径，改造后的菌株GA-10，分批发酵产40g/L，木糖产乙醇酸转化率为0.63g/g(Brian Pereira et al.,2015,Metabolic Engineering,34(6):80-87)；以葡萄糖为底物，利用乙醛酸途径，改造后的大肠杆菌，5L分批发酵，产65.5g/L乙醇酸，糖酸转化率为0.79g/g(Deng et al.,2018,Metabolic Engineering,46,28-34)。

中国科学院天津工业生物技术研究所张学礼团队构建得到利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌NZ-Gly303，将该菌株进行5L发酵，发酵70h，乙醇酸产量达到73.3g/L，生产速率达到1.04g/L/h，乙酸到乙醛酸的转化率为1.08g/g，葡萄糖到乙醛酸的转化率为2.58g/g(参见“Yong Yu,et al.Construction of a carbon-conservingpathway for glycolate production by synergetic utilization of acetate andglucose in Escherichia coli.Metabolic Engineering 61(2020)152–159”)。如果要更好的应用于工业生产，其糖酸转化率和产量都需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一株利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌及其应用。

第一方面，本发明要求保护一株利用葡萄糖和乙酸双碳源生产乙醇酸的大肠杆菌工程菌。