[发明专利]一种高效联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的多菌混合转化体系及建立方法

说明书

本发明提供了一种高效联产3‑羟基丙酸和1,3丙二醇的多菌混合转化体系及建立方法，属于生物工程技术领域；在本发明中，采用多菌混合转化体系来代谢甘油，并对该体系进行优化，通过引入高效代谢3‑羟基丙醛的基因工程菌，快速代谢罗伊氏乳杆菌生成的毒性中间代谢产物3‑羟基丙醛，从而最大限度地将甘油转化成最终产物3‑羟基丙酸和1,3‑丙二醇。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种高效联产3-羟基丙酸和1,3丙二醇的多菌混合转化体系及建立方法。

背景技术

3-羟基丙酸和1,3-丙二醇是工业上两种重要的平台化合物，作为生物可降解性聚合物的前体物质和食品添加剂广泛使用。3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的生产有化学合成法和生物法两种。化学法多以不可再生资源作为原料，其生产过程能耗大，产物副产物多难以分离纯化，生产过程产生不可估量的环境污染。生物法合成3-羟基丙酸和/或1,3-丙二醇多以葡萄糖和甘油作为底物，其中以甘油作为底物生产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇步骤简单，研究充分，原料廉价，且能解决甘油过剩的问题。

目前，由于生物合成3-羟基丙酸的过程需要消耗辅酶NAD⁺产生NADH，1,3-丙二醇的生产恰恰相反，将NADH转变为NAD⁺，只能将3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的生产分开进行，否则会造成微生物体内辅酶的不平衡，影响反应持续进行，导致最终产量低。

罗伊氏乳杆菌具有强大的甘油代谢潜力，但其代谢甘油生产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的过程中会产生具有细胞和酶毒性的3-羟基丙醛，且3-羟基丙醛的产生速率远大于1,3-丙二醇。3-羟基丙醛的快速积累对细胞和酶系造成毒害，反应也随之停止。只有解除罗伊氏乳杆菌转化甘油过程中间代谢物3-羟基丙醛抑制问题，才能提升3-羟基丙酸和1,3-丙二醇最终产量。因此，亟需设计出一种多菌混合转化体系来提升3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的产量。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种高效联产3-羟基丙酸和1,3丙二醇的多菌混合转化体系及建立方法。本发明中，采用多菌混合转化体系来代谢甘油，并对该体系进行优化，通过引入高效代谢3-羟基丙醛的基因工程菌，快速代谢罗伊氏乳杆菌生成的毒性中间代谢产物3-羟基丙醛。运用此策略成功解除毒性中间代谢产物3-羟基丙醛的积累，使得反应持续进行，最大限度地将甘油转化成最终产物3-羟基丙酸和1,3-丙二醇。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

本发明首先提供了一种高效联产3-羟基丙酸和1,3丙二醇的多菌混合转化体系，该体系中包括罗伊氏乳杆菌和基因工程大肠杆菌；以质量分数计，所述体系中，罗伊氏乳杆菌25%-75%，基因工程大肠杆菌25%-75%。

进一步的，所述基因工程大肠杆菌为琥珀酸半醛脱氢酶工程大肠杆菌E. coliBL21/pANY-GabD4（简称E.coli GabD4）、1,3-丙二醇氧化还原酶工程大肠杆菌E. coliBL21/pANY-PduQ（简称E. coli PduQ）以及联合表达琥珀酸半醛脱氢酶和1,3-丙二醇氧化还原酶的工程大肠杆菌E. coli BL21/pANY-GabD4-PduQ（简称E. coli GabD4-PduQ）中的一种或多种。

进一步的，所述体系中菌体总浓度为10-30 g/L细胞干重。

进一步的，以质量分数计，所述体系为50%罗伊氏乳杆菌和50%联合表达琥珀酸半醛脱氢酶和1,3-丙二醇氧化还原酶的工程大肠杆菌，其中菌体总浓度为20 g/L细胞干重。

本发明还提供了上述高效联产3-羟基丙酸和1,3丙二醇的多菌混合转化体系的构建方法，具体包括如下步骤：

（1）静息细胞的制备：