[发明专利]一种发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸的方法

说明书

本发明公开了一种发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸的方法，属于氨基酸衍生物生产技术领域。本发明包括：利用含有由人工密码子优化得到的四氢甲基嘧啶羧酸生物合成基因组装而成的基因簇的大肠杆菌，进行发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸，包括活化培养、种子培养和发酵培养。通过控制发酵培养基中葡萄糖的浓度，显著提高了四氢甲基嘧啶羧酸的产量，使四氢甲基嘧啶羧酸的产量达到41.5 g/L。本发明所提供的四氢甲基嘧啶羧酸发酵生产方法，不需外源添加天冬氨酸等前体物质和抗生素及任何辅因子，不产生四氢甲基嘧啶羧酸结构类似物，具有低盐条件、过程简单、操控简便、生产成本低、产物得率高、分离方便等优点，具有极高的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及氨基酸衍生物生产技术领域，更具体地，本发明涉及一种发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸的方法。

背景技术

四氢甲基嘧啶羧酸，是必需氨基酸天冬氨酸的衍生物，也是一种天然的环状氨基酸。四氢甲基嘧啶羧酸，还是一种天然的相容性溶质，可以作为渗透压调节因子，有利于细胞保持渗透平衡，使细胞适应盐环境。四氢甲基嘧啶羧酸，还是一种优秀的具有稳定作用的化合物，可以作为生物分子（如蛋白质、核酸等）的保护剂，稳定蛋白质分子，保持酶的活性，促进多肽链折叠成有活性的蛋白质，减轻冷冻、干旱、高温等恶劣条件对蛋白质的不利影响。四氢甲基嘧啶羧酸还可以稳定整个细胞，抵抗多种压力（如紫外线辐射、细胞毒素和纳米粒子所引起的炎症等）。

四氢甲基嘧啶羧酸的上述特性使工业界注意到，四氢甲基嘧啶羧酸可以作为一种保护性化合物用于提高人体的健康。四氢甲基嘧啶羧酸在多个行业领域具有重要的应用。（1）日化品领域：四氢甲基嘧啶羧酸是一种广泛应用于防晒和抗老化等护肤品的活性成分，这得益于其可以降低紫外线对皮肤的伤害，减少皮肤因紫外线照射而形成的晒斑，防止皮肤干燥，增强细胞修复能力，延缓皮肤老化等作用。（2）医药领域：四氢甲基嘧啶羧酸在临床上用于治疗皮肤过敏、皮肤炎、鼻窦炎、眼鼻干涩等；四氢甲基嘧啶羧酸还可以抗上皮细胞炎症（肺炎、结肠炎等），防止淀粉样蛋白的聚集（这使四氢甲基嘧啶羧酸可用于预防和治疗神经退行性疾病（阿尔兹海默氏症、帕金森氏症、亨廷顿氏症、朊病毒相关疾病等）），保护化疗过程中的健康细胞，保护免疫系统，护理口腔等。（3）农业领域：四氢甲基嘧啶羧酸可以用作提高植物抗逆性的生物制剂，这得益于其可以帮助植物抵抗冷冻、干旱、高温、高盐等不利条件。

四氢甲基嘧啶羧酸是一些嗜盐微生物的渗透压调节因子，其在嗜盐微生物中的生物合成受盐浓度和氮源浓度的调控。这归因于嗜盐微生物中四氢甲基嘧啶羧酸的生物合成基因在转录水平上受渗透压响应的σ³⁸启动子和氮源响应的σ⁵⁴启动子的共同调控。这使得嗜盐微生物发酵过程中存在（1）设备腐蚀严重、（2）不连续生产、（3）结构类似物—羟基四氢甲基嘧啶羧酸—的产生而导致的下游分离提取困难等在技术上难以避免的瓶颈。四氢甲基嘧啶羧酸虽然易于化学合成，但由于其前体物质（如二氨基丁酸等）的价格昂贵，致使其化学合成生产的成本非常高；而且，四氢甲基嘧啶羧酸化学合成过程中存在的（1）过程复杂、（2）立体专一性差、（3）成本高等技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效的四氢甲基嘧啶羧酸发酵生产工艺，旨在提高四氢甲基嘧啶羧酸的生产效率。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

一种发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸的方法：利用含有多核苷酸序列如SEQ ID NO :4所示的四氢甲基嘧啶羧酸生物合成基因簇ect213的大肠杆菌发酵生产四氢甲基嘧啶羧酸。

具体地，所述的方法包括以下步骤：

（1）活化培养：将所述的大肠杆菌接种至固体平板培养基上进行活化培养，得到活化菌；

（2）种子培养：将步骤（1）得到的活化菌接种于种子培养基中进行种子培养，得到种子液；

所述的种子培养基包括：葡萄糖、酵母蛋白胨、酵母提取物、氯化钠；