[发明专利]一种用于合成甘油葡糖苷的工程菌和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微生物合成高附加值化学品领域，具体而言是一种用于合成甘油葡糖苷的工程菌和应用。 

背景技术

甘油葡糖苷，一类甘油分子与葡萄糖分子以糖苷键结合的物质，根据葡萄糖分子的构型、结合甘油分子的位置以及甘油分子的构型分为多种。其中，自然界存在最多的，作为天然渗透压抵抗分子的是2-O-(α-D-gluco-pyranosyl)-sn-glycerol(以下简称GG)，即集胞藻PCC6803在盐胁迫下合成的主要分子，也被称为“兼容性分子(compatible solutes)”。现有研究表明，GG具有如下用途：（1）GG可以通过与细胞胞内大分子的相互作用来维持大分子的稳定构象，是一种大分子的稳定剂，可用于蛋白等大分子的长期保存，或大分子蛋白的冻干保护剂(Sawangwan,T.,Goedl,C.,Nidetzky,B.,2010.Glucosylglycerol and glucosylglycerate as enzyme stabilizers.Biotechnol.J.5,187-191.)。（2）GG具有保湿功能，也可以激活表皮细胞抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶等的表达，可以作为一种化妆品添加剂使用，消除活性氧自由基，抗衰老（US20110207681A1）。（3）日本著名的白鹿清酒公司，由于其发酵酒产品中含有GG，所以对其生理药理作用进行了深入研究，并申请了相应专利，具体包括，GG可以降低血糖水平，有助于辅助治疗肥胖或糖尿病（JP2004-331576）；促进骨胶原和透明质酸的生成（JP2004-331579）；抑制脂肪细胞内中性脂的累积（JP2004-331580）；作为洁面的一种成分，洁面后可消除紧绷感（JP2004-331583）；可作为食品，饮料添加剂（JP2007-262023）；可作为药物添加剂，治疗过敏性皮炎（JP2009-161564）。 

目前合成GG的方法主要包括化学合成法、微生物合成法、酶催化合成法。化学合成方面，由于GG存在多种光学异构体，获得所需2-O-(α-D-gluco-pyranosyl)-sn-glycerol产率较低，且需要多步纯化；微生物合成方面，Martin Hagemann et al虽然曾经报道了利用Stenotrophomonas rhizophilastrain DSM14405合成GG并分泌至胞外，但最高产量仅约为29mg L^-1(Roder et al.,2005)；酶催化合成方面，日本白鹿清酒公司曾经报道了利用麦芽糖和甘油作为底物，利用α-葡糖苷酶合成GG，其清酒中GG的最高含量可达0.5%(Takenaka and Uchiyama,2000)。2008年，Bernd Nidetzky等报道了利用蔗糖和甘油作为底物，通过蔗糖磷酸化酶（sucrose phosphorylase）催化合成GG。其中，90%以上的蔗糖可以被转化为GG，后期通过吸附层析等纯化，GG的纯度可达98%，纯化回收率约为70%(Goedl et al.,2008)（US2009031872A1）。 

蓝细菌作为新一代光合微生物系统正受到越来越多的关注（Angermayr,S.A.等人,2009）。在2009年中，国内外几个研究小组相继在利用蓝细菌生产生物燃料及生物基化学品方面取得突破：中国石油大学的傅鹏程教授将来源于运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）的丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶基因在集胞藻PCC6803中共表达，实现了太阳能到生物乙醇的转化（产量为5.2mmol/OD₇₃₀/L/d）（Dexter J.和Fu,P.,2009）；美国加州大学伯克利分校Anastasios Melis教授的研究小组通过在集胞藻PCC6803中外源表达山葛（Pueraria montana）的异戊二烯合成酶基因，实现了在蓝细菌中生产异戊二烯（产量为50mg/g/d）（Lindberg,P.等人, 2009）；加州大学洛杉矶分校James C Liao教授也发表了他们最新的研究成果：通过基因工程手段实现了在聚球藻PCC7942中高效生产异丁醛（最高产量为6,230μg/L/h）（Atsumi,S.等人,2009），这项成果发表在Nature Biotechnology杂志上。2010年3月29日，PNAS杂志报道了美国亚历桑那州立大学的一项最新的研究成果，即在集胞藻PCC6803中生产和分泌游离脂肪酸（Liu,X.等人,2010）。