[发明专利]生产(R,R)-2,3-丁二醇基因工程菌株的构建方法及其应用

说明书

本发明公开了一种生产(R,R)‑2,3‑丁二醇基因工程菌株的构建方法及其应用，该方法是将α‑乙酰乳酸合成酶基因、α‑乙酰乳酸脱羧酶基因和(R,R)‑2,3‑丁二醇脱氢酶基因的核苷酸序列进行密码子优化，利用人工合成的方法获得包含三个基因的基因簇；将基因簇插入表达载体中，获得多顺反子重组质粒；将多顺反子重组质粒导入宿主菌E. coli，并敲除主要副产物合成途径的关键基因，获得生产(R,R)‑2,3‑丁二醇的基因工程菌株。本发明提供的工程菌株所用的原料来源广泛、成本低，菌株无致病性，菌株的(R,R)‑2,3‑丁二醇产量、生产效率高，最高产量可达到93.5 g/L，光学纯度可达99%以上。本发明还利用非粮木薯粉和廉价氮源作为发酵原料生产(R,R)‑2,3‑丁二醇，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体是一种生产高光学纯(R,R)-2,3-丁二醇基因工程菌株的构建，及其在利用木薯粉和棉籽蛋白粉等非粮原料生产高光学纯(R,R)-2,3-丁二醇中的应用。

背景技术

2,3-丁二醇(2,3-butanediol)是一种平台化合物，在化工、食品、能源、医药等领域具有广泛的应用价值，其微生物发酵生产是现代生物化工的重要课题。2,3-丁二醇分子中含有两个手性碳原子，因此存在三种光学异构体，分别是(2R,3R)-2,3-丁二醇、(2S,3S)-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇。单一构型的(R,R)-2,3-丁二醇除了具有混合构型2,3-丁二醇的功能外，还是合成手性试剂和手性配体的重要前体，在高价值手性液晶材料、农药和医药中间体非对称合成方面具有特殊应用。传统化学合成法获得的2,3-丁二醇是三种光学异构体的混合物，不但存在过程繁琐、产率低、环境污染严重等问题，而且由于不同立体构型2,3-丁二醇的物理化学性质相近，手性拆分成本十分高昂，难以实现大规模低成本生产。因此，开展微生物高效合成单一构型(2R,3R)-2,3-丁二醇的研究具有重要的意义。