[发明专利]一种高效转化木糖生产乙二醇的重组菌及其应用

说明书

本发明公开了一种高效转化木糖生产乙二醇的重组菌及其应用，属于基因工程技术领域。本发明所提供的重组菌是过表达木糖脱氢酶基因，木糖酸内酯酶基因，木糖酸脱水酶基因，3‑脱氧‑D‑甘油戊酮糖酸醛缩酶基因和乙醇醛脱氢酶基因。本发明的重组菌中构建了以木糖为原料，从头合成乙二醇的代谢途径。同时，本发明还提供了该重组菌的构建方法以及应用方法。本发明以E.coli宿主菌，实现了以木糖为底物，在大肠杆菌这种模式菌株中首次利用本发明途径合成得到乙二醇，为乙二醇的生产提供了新的技术方法。

技术领域

本发明涉及一种高效转化木糖生产乙二醇的重组菌及其应用，属于基因工程技术领域。

背景技术

有机酸是目前市场需要非常大的一类化合物，每年生产的有机酸约数百万吨，应用于食品、医药、化妆品、化工等众多领域。同时有机酸也是利用代谢改造微生物合成的一类重要的生物基产品。乙二醇是一种最简单的α-羟基酸，在众多领域中都有重要的使用价值，例如在化妆品行业：乙二醇可以有效保护皮肤的柔韧性，提高皮肤的抗病性；乙二醇复合金属离子后能够作为一种去污清洁剂；乙二醇的单聚体或者与其他有机酸的多聚体可以作为性能良好的塑料，具有广泛的工业应用价值。

目前乙二醇的化学合成法主要通过高温高压条件下甲醛羧化形成，生物法主要通过转化乙醇醛成乙二醇。化学合成的条件严苛，耗能大，污染严重，而生物法合成由于污染小、原料可再生等优势越来越受到重视。目前微生物法利用的碳源主要是植物衍生的糖类和淀粉，然而木质纤维素原料的应用也是人们普遍重视的、未来生物技术的重要研究方向。木质纤维素的主要组成成分为D-葡萄糖和D-木糖，D-葡萄糖能够被多数微生物代谢形成目标产品，而D-木糖的利用范围相对较小，仅有少数微生物能够代谢，鉴于此原因，代谢工程改造仍然集中于以葡萄糖为底物的生物合成途径的研究。D-木糖作为木质纤维素的重要成分，来源广泛、成本低，以D-木糖作为底物，生物法合成乙二醇的研究具有重要的科学和应用价值。利用木糖生产乙二醇最早在Liu et al的文章中有报道(Liu,H.,et al.(2013).Biosynthesis of ethylene glycol in Escherichia coli.Appl MicrobiolBiotechnol 97(8):3409-3417)利用其生物途径合成的乙二醇最终产量为11.7g/L，在接下来的几年中，生物合成乙二醇的文章被相继报道。其中报道的乙二醇最高产量为40g/L(Kim,H.J.,et al.(2013).Genome-wide analysis of redox reactions revealsmetabolic engineering targets for D-lactate overproduction in Escherichiacoli.Metabolic Engineering 18(1):44-52)。以木糖为底物生物合成乙二醇的产量、产率及生产效率还有待进一步提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明以D-木糖为底物，经脱氢酶、脱水酶、醛缩酶等多种酶催化反应形成乙醇醛，经乙醇醛脱氢酶催化形成乙二醇，目前尚未有人报道利用该途径生产乙二醇。本发明提供了一种利用木糖生产乙二醇的重组菌，所采取的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供一种高效转化木糖生产乙二醇的重组菌，所述重组菌过表达木糖脱氢酶基因、木糖酸内酯酶基因、木糖酸脱水酶基因、3-脱氧-D-甘油戊酮糖酸醛缩酶基因和乙二醇还原酶基因，敲除调节乙酸合成的全局调控因子arcA和乙醇醛脱氢酶基因aldA。