[发明专利]一种提升1,3-丙二醇生产菌株性能的工程菌及其应用

说明书

本发明公开了一种提升1,3‑丙二醇生产菌株性能的工程菌及其应用。所述工程菌是指通过分子生物学操作消除菌株中dhaD编码的甘油脱氢酶活性，同时提高gldA编码的甘油脱氢酶活性。本发明通过对生产菌株中编码甘油脱氢酶的基因进行调整，使得菌株总体性能发生变化。改造后的工程菌株在利用甘油生产1,3‑丙二醇的过程中，副产物产量降低、原料向1,3‑丙二醇的转化率提升。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及提升1,3-丙二醇生产菌株性能的工程菌及其应用。

背景技术

1,3-丙二醇是一种简单的二元醇，1,3-丙二醇广泛应用于化妆品原料、溶剂、高分子材料等领域。特别是作为原料合成聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)。PTT是一种性能优良的纺织材料，具有棉纶、涤纶、尼龙等材料的综合优良性能。早期工业上利用丙烯醛等石化原料生产1,3-丙二醇。自然界有多种微生物可以利用甘油生产1,3-丙二醇，随着生物法生产1,3-丙二醇技术的发展，利用丙烯醛为原料的合成法生产1,3-丙二醇被工业界淘汰。目前国际上都采用生物法生产1,3-丙二醇。目前已经发现多种细菌能利用甘油合成1,3-丙二醇，这些细菌包括：克雷伯氏菌属细菌(genus Klebsiella)、弗氏柠檬酸(Citrobacterfreundii)、丁酸梭菌(Clostridium butyricu)和罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)等。

利用甘油生产1,3-丙二醇包括两条反应支路。在还原反应支路，甘油在脱水酶的催化下形成形成3-羟基丙醛，3-羟基丙醛在丙二醇还原酶的催化下形成1,3-丙二醇。在氧化支路，甘油在甘油脱氢酶的催化下形成二羟基丙酮，二羟基丙酮在激酶的催化性形成磷酸二羟基丙酮，进而进入酵解途径为细胞提供能量和材料，同时合成2,3-丁二醇、乳酸、乙醇和乙酸等代谢产物。甘油大量进入氧化途径将降低甘油到1,3-丙二醇的转化率。目前已经鉴定了dhaD和gldA两个基因都编码甘油脱氢酶。dhaD与甘油代谢的其他基因(包括甘油脱水酶编码基因，丙二醇还原酶编码基因，二羟基丙酮激酶I编码基因和二羟基丙酮激酶II编码基因)共同形成dha操纵子。dha操纵子中基因的表达受到二羟基丙酮的诱导。gldA处于一个单独的操纵子。

已经开发了多种方法来提升1,3-丙二醇生产菌株的性能。例如通过消除乳酸脱氢酶活性，使得菌株合成乳酸的能力消失，菌株合成1,3-丙二醇的性能得到明显提升。通过消除乙酸和乙醇等代谢产物的合成也可以提升1,3-丙二醇生产菌株的性能。

发明内容

本发明的目的是，提供一种提升1,3-丙二醇生产菌株性能的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：

提升1,3-丙二醇生产菌株性能的工程菌，该工程菌通过人工操作消除1,3-丙二醇生产菌株中dhaD编码的甘油脱氢酶活性，同时提升gldA编码的甘油脱氢酶活性。

作为优选实施方案，所述1,3-丙二醇生产菌株为具有1,3-丙二醇生产能力的野生菌株或经过基因改造后用于1,3-丙二醇生产的工程菌。

作为优选实施方案，1,3-丙二醇生产菌株包括：克雷伯氏菌、弗氏柠檬酸菌等具有1,3-丙二醇生产能力的野生菌株和以这些菌株为出发菌株经基因改造后的菌株。

作为优选实施方案，消除1,3-丙二醇生产菌株中dhaD编码的甘油脱氢酶活性的方法采用通过分子生物学操作将菌株染色体上的dhaD基因破坏。

作为优选实施方案，提升gldA编码的甘油脱氢酶活性的方法通过分子生物学操作将gldA基因进行高水平表达。

所述dhaD编码的甘油脱氢酶和gldA编码的甘油脱氢酶是催化甘油脱氢形成二羟基丙酮的酶。