[发明专利]2,3‑丁二醇的生成能力得到增强的重组微生物及利用其的2,3‑丁二醇的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及2,3-丁二醇的生成能力得到增强的重组微生物及利用其的2,3-丁二醇的生产方法。

背景技术

作为具有4个碳和2个羟基(-OH)的醇的一种(CH₃CHOHCHOHCH₃)的2,3-丁二醇，可化学性地催化转化为作为合成橡胶制备工序的原料物质的1，3-丁二烯(1，3-Butadiene)和用于燃料添加剂及溶剂的甲基乙基甲酮(Methyl ethyl ketone，MEK)。(Ji et al.,Biotechnol.Adv.,29:351,2011)).并且，2,3-丁二醇与汽油(Gasoline)相混合可适用于辛烷值增进剂(octane booster)，是在产业上极其重要的中间体(Celinska et al.,Biotechnol.Adv.,27:715,2009)。

2,3-丁二醇可通过化学合成工序和微生物发酵工序进行生产。然而，通过上述工序的2,3-丁二醇的生产成本非常高，因此还未实现商业规模的2,3-丁二醇的生产。另一方面，近来，与通过微生物发酵工序的2,3-丁二醇生产技术的飞跃发展一同，随着化石燃料物质的价格的急剧上涨和国际性的对环境污染的限制，对于通过微生物发酵的生物基2,3-丁二醇的生产的关心和研究开发的重要性逐渐增大。

基于生物的2,3-丁二醇的生产方法通过保留2,3-丁二醇生产能力的微生物的发酵，来将可再生的生物原料物质(Biomass)转换为2,3-丁二醇。通过克雷伯氏菌(Klebsiella)、肠杆菌(Enterobacter)、芽孢杆菌(Bacillus)、沙雷氏菌(Serratia)种(Species)等不同种类的微生物生产2,3-丁二醇(Maddox IS,Biotechnol.,6:269,1996)。尤其，肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae)、产酸克雷伯氏菌(K.oxytoca)、多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)生产相对多量的2,3-丁二醇，尤其，肺炎克雷伯氏菌与产酸克雷伯氏菌具有如下优点：培养容易，生长速度快，可从包含来源于木质类5碳糖的不同种类的生物原料物质生产2,3-丁二醇(Ji et al.,Biotechnol.Adv.,29:351,2011；Chandel et al.,Sustainable Biotechnol.,63,2010；Jansen et al.,Biotechnol.Bioeng.,26:362,1984；Jansen et al.,Adv.Biochem.Eng.,27:85,1983)。

大致分为发酵工序最优化(温度、pH、溶解氧等)、微生物开发(微生物挖掘、生理学特性把握、突变、基因操作等)领域来进行通过微生物发酵工序的基于生物的2,3-丁二醇的生产研究。在发酵工序最优化方面，查明了可有效地生产2,3-丁二醇的温度、pH、溶解氧浓度等多种条件(Ji et al.,Bioresour.Technol.,100:3410,2009；Nakashimada et al.,J.Biosci.Bioeng.,90:661,2000；Nakashimada et al.,Biotechnol.Lett.,20:1133,1998)。但是，在上述条件下的通过微生物发酵工序的2,3-丁二醇生产仍然存在由于生产率(Productivity)及收率(Yield)低，因而难以直接适用于商业工序的问题。并且，还存在如下问题：在发酵中生成与2,3-丁二醇一同包含乳酸的有机酸(Organic acids)和包含乙醇的乙醇(Alcohols)等的多种副产物。副产物的生成不仅降低与生物原料物质相关的2,3-丁二醇的收率，并且从培养液回收2,3-丁二醇过程中需要莫大的分离及纯化费用。

因此，主要想减少副产物的方向进行与2,3-丁二醇生产相关的微生物开发研究。代表性地，Ji等使作为物理/化学性突变方法的一种的紫外线(UV)露出于野生型产酸克雷伯氏菌菌株，来成功于对作为副产物的有机酸的生成进行一部分抑制(Ji et al.、Biotechnol.Lett.、30：731、2008)。除此之外，通过将离子束(Ion beam)方式适用于肺炎克雷伯氏菌菌株，来使生物质的消耗速度增加，从而还试图提高2,3-丁二醇的生产(Ma et al.,Appl.Microbiol.Biotechnol.,82:49,2009)。但是，上述开发的菌株在2,3-丁二醇生产率、最终浓度(Concentration)及收率方面仍然存在难以直接适用于商业工序的问题。