[发明专利]含有2-酮戊二酸脱羧酶基因kgd的工程菌及其用途

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术及发酵技术领域，更具体地涉及一种利用糖类碳源生产3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚酯(P3HB4HB)的工程菌及其用途，在该工程菌的基因组上重组整合有合成P3HB4HB所需的外源基因。

背景技术

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates，简称PHA)是一类广泛存在于微生物体内的高分子生物聚酯，在细胞内主要作为碳源和能量的贮藏物质(Anderson AJ，Dawes EA.Occurrence，metabolism，metabolic role，and industrial use of bacterial polyhydroxyalkanoates.Microbiol Rev，1990，54：450-472)。3-羟基丁酸(3-hydroxybutyrate，简称3HB)和4-羟基丁酸4-羟基丁酸(4-hydroxybutyrate，简称4HB)的共聚酯“3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚酯”[poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)，简称P3HB4HB]是PHA家族中的一员，其结构如式I所示：

式I

其中，x和y表示聚合度。

P3HB4H最先由Doi Y等于1988年在罗氏真养杆菌Ralstonia eutropha中发现(Doi Y，Kunioka M，Nakamura Y，et al.Nuclear magnetic-resonance studies on unusual bacterial copolyesters of3-hydroxybutyrate and 4-hydroxybutyrate.Macromolecules，1988，21：2722-2727)。当向培养基中添加4-羟基丁酸或者4-氯丁酸时，R.eutropha可以合成P3HB4HB，4HB单体的含量可以在0到49mol％之间调节。

根据P3HB4HB聚合物中组成单体3HB与4HB比例的不同，P3HB4HB具有从非常坚硬的高度结晶体到柔软的弹性体等一系列不同的材料学性质。4HB含量较高时(64～100mol％)，P3HB4HB的拉伸强度可以由17Mpa提高到104Mpa，表现出热塑性弹性体的性质。当4HB比例由0mol％增加到82mol％时，P3HB4HB的断裂伸长率可以由5％增加到1320％(Saito Y，Nakamura S，Hiramitsu M，et al.Microbial synthesis and properties of poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate).Polym Int，1996，39：169-174)。P3HB4HB的熔融温度随着4HB单体比例的增加先降低，然后逐渐升高，而玻璃化转变温度则随着4HB单体比例的增加呈线性降低趋势(Ishida K，Wang Y，Inoue Y.Comonomer unit composition and thermal properties of poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)s biosynthesized by Ralstonia eutropha.Biomacromolecules，2001，2：1285-1293)。

4HB单体被聚合到共聚酯后不含支链，使得P3HB4HB既可以被PHA降解酶降解，又可以被脂肪酶水解。4HB单体的掺入加速了酶解和水解的速度，水解速度取决于其单体组成，4HB含量越高时，P3HB4HB被脂肪酶水解的速度越快(Saito Y，Nakamura S，Hiramitsu M，et al.Microbial synthesis and properties of poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate).Polym Int，1996，39：169-174；Doi Y，Kanesawa Y，Kunioka M，et al.Biodegradation of microbial copolyesters：poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate).Macromolecules，1990，23：26-31)，因此，P3HB4HB有着比其它PHA材料更为优异的降解性能，被认为是最有应用前景的PHA材料之一。