[发明专利]导入异源代谢途径的产1-丙醇微生物及使用所述微生物生产1-丙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及导入1-丙醇代谢途径的产1-丙醇微生物及使用所述微生物有效生产1-丙醇的方法，更确切的说，本发明涉及导入1-丙醇代谢途径和抑制其副产物乳酸生产的微生物，以及使其高效生产1-丙醇的方法。

背景技术

1-丙醇在医药工业中常用于生产丙磺舒(Probenecid)，红霉素(Erythrocin)，丙基戊酸钠(Sodium valproate)，2,5－吡啶二甲酸二丙酯(2,5-Pyridinedicarboxylic acid dipropyl phthalate)等药物，由于其具有淡淡的香味，也可用于制造洗发水，润肤乳，和指甲油等化妆品和护肤品，1-丙醇还可用作植物油天然橡胶和树脂，某些合成树脂，聚乙烯缩丁醛，乙基纤维素等的溶剂，在工业上，还常在苯胺印刷术中用于制造油墨的溶剂。工业上主要用来合成乙酸丙酯(Propyl acetate)，正丙胺(Propylamine)等化工产品的原料，也可用于生产醋酸纤维，或者作为增塑剂，金属脱垢剂使用。1-丙醇还可以在喷气燃料中用来控制胶凝体生成，某些特定情况下可以用来代替沸点较低的乙醇作为反应溶剂。

由于1-丙醇的广泛用途及高价值，1-丙醇的生产得到了广泛的关注，目前，研究的热点集中在化学合成法上。在石油化学工业上，1-丙醇主要是以乙烯(Ethene)为原料，经过一氧化碳和氢气合成反应产生丙醛(Propionaldehyde)，然后再由丙醛加氢制得。所用催化剂有：钴或铑的羰基化合物，骨架催化剂(如镍、铜)，钌络合物等，这些催化剂中，在工业上最常使用骨架催化剂，但是在液相加氢反应中，大多采用镍系催化剂进行催化反应，而气相加氢反应中，大多使用了铜系催化剂。此外，1-丙醇也可利用低级烷烃的氧化液生产，在工业生产中，利用马铃薯或者谷物发酵生产乙醇时，1-丙醇也是常见的副产物。由于化学合成法合成1-丙醇必须使用高温，高压及贵重金属催化剂，且副产物较多，给下游分离纯化带来困难，合成成本较高，限制了化学合成法的发展。所以人们已经积极开始研究生物法来生产1-丙醇。

自然界中很多微生物可以合成1-丙醇，如克雷伯氏菌属(Klebsiella)和梭状芽胞杆菌属(Clostridium)等，这些细菌利用碳源的种类各不相同，并且这些菌生产1-丙醇时产生较多的副产物，如：乙醇(Ethanol)，乳酸(Lactate)，醋酸(Acetate)，甲酸(Formate)等，这些底物均能在不同程度上抑制细菌的生长与目的产物的产生，并且这些菌株并不是成熟的模式生物，有些有一定的致病性，存在遗传背景不清楚，基因操作方法不成熟等问题。大肠杆菌具有生物量较大，发酵周期短，生物背景明确，并且产生较少或者不产乙醇，丁酸等副产物，因此，我们使用了模式生物大肠杆菌作为生产菌株，引入人工合成途径，达到利用葡萄糖生产1-丙醇的目的。

2008年，Atsumi等人在大肠杆菌中构建了利用葡萄糖生产1-丙醇的代谢途径，该途径依赖于酮酸的代谢途径，引入了两个中间代谢产物的关键酶来生产1-丙醇，经过一系列代谢网络的优化，1-丙醇的最终达到产量1g/L。另外一种1-丙醇代谢途径是通过1,2-丙二醇在二元醇脱水酶(Diol dehydratase)的作用下生产1-丙醛，再由乙醇脱氢酶(Primary alcohol dehydrogenase)催化脱氢转化为目的产物，Rachit等人在大肠杆菌中构建了这一合成途径，最终得到的约0.8g/L的1-丙醇(见图1)。这两种方法，都经过大肠杆菌中的碳代谢流量较少的代谢途径，导致了下游产物无法大量合成，限制了目的产物产量。