[发明专利]一种发酵生产1,2-丁二醇的方法、重组微生物及其应用

说明书

本发明涉及基因工程和生物发酵技术领域，具体公开了一种发酵生产1,2‑丁二醇的方法、重组微生物及其应用。本发明提供了一种重组微生物，所述重组微生物与出发菌株相比，表达羧酸还原酶CAR，以及表达醇脱氢酶yqhD，所述出发菌株能够生产苏氨酸并将苏氨酸转化为2‑羟基丁酸；所述羧酸还原酶CAR的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，所述醇脱氢酶yqhD的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。本发明的重组微生物在摇瓶或者发酵罐中可以葡萄糖等有机碳源为底物进行发酵培养，可获得光学纯的L‑1,2‑丁二醇或者D‑1,2‑丁二醇，提供了一条生物法合成1,2‑丁二醇的新途径。

技术领域

本发明涉及基因工程和生物发酵技术领域，具体地说，涉及一种发酵生产1,2-丁二醇的方法、重组微生物及其应用。

背景技术

1,2-丁二醇是一种重要的化工原料，因其具有低粘度、低凝固点两个重要特点，被广泛用于制造低粘度树脂及性能良好的聚酯多元醇，也被用作聚酯类增塑剂。另外，它还可用作生产化妆品、农药、医药、其他精细化学品的原料，随着聚酯行业的不断发展，市场对于1,2-BDO的需求不断增大。目前，1,2-丁二醇的主要生产方法是通过环氧丁烷水合，但该方法污染大、成本高、工艺复杂，主要以不可再生的化石资源为原料，且生产出来的产品都是外消旋体无法直接用作农药和医药的中间体，因此急需开发一种可利用再生资源绿色生产具有光学纯的1,2-丁二醇的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产成本低、利用重组微生物直接将可发酵有机原料转化成光学纯1,2-丁二醇的新方法，及该重组微生物与应用。

本发明的技术方案如下：

一种重组微生物，所述重组微生物与出发菌株相比，表达羧酸还原酶CAR，以及表达醇脱氢酶yqhD，所述出发菌株能够生产苏氨酸并将苏氨酸转化为2-羟基丁酸；所述羧酸还原酶CAR的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，所述醇脱氢酶yqhD的氨基酸序列如SEQ IDNO.4所示。

1,2-丁二醇是一种非天然代谢物，自然界没有任何生物可以直接合成1,2-丁二醇，也无文献报道其可能的生物合成途径。本发明创造性地设计了一条人工的1,2-丁二醇生物合成途径并筛选获得了可以催化所设计的人工途径的酶，通过在微生物中重组该人工生物合成途径，使得所构建的重组微生物能够利用葡萄糖等廉价碳源生产光学纯的L-1，2-丁二醇或D-1，2-丁二醇，具有重要的工业应用价值。

优选，所述重组微生物与出发菌株相比，还表达羧酸还原酶CAR的激活酶sfp，所述激活酶sfp的核苷酸序列如 SEQ ID NO.11所示。

本发明中通过以下方式使所述出发菌株能够将苏氨酸转化为2-羟基丁酸：

表达苏氨酸脱水酶ilvA，以及表达L-乳酸脱氢酶L-ldh或D-乳酸脱氢酶D-ldh；

所述苏氨酸脱水酶ilvA的氨基酸序列如SEQ ID NO.5所示，所述L-乳酸脱氢酶L-ldh的氨基酸序列如SEQ ID NO.2 所示，所述D-乳酸脱氢酶D-ldh的氨基酸序列如SEQ IDNO.3所示。

本发明中，所述出发菌株为大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、枯草芽孢杆菌或酿酒酵母。

优选，所述羧酸还原酶CAR的核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示，所述醇脱氢酶yqhD的核苷酸序列如SEQ ID NO.9 所示。所述苏氨酸脱水酶ilvA的核苷酸序列如SEQ ID NO.10所示，所述L-乳酸脱氢酶L-ldh的核苷酸序列如SEQ ID NO.7所示，所述D-乳酸脱氢酶D-ldh的核苷酸序列如SEQ ID NO.8所示。

本发明还提供一种上述重组微生物的如下任一种应用：

(1)在发酵生产1,2-丁二醇中的应用；

(2)在用于生产1,2-丁二醇的微生物遗传育种中的应用；