合成5-氨基-1-戊醇和1,5-戊二醇的工程菌及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种合成5

【技术实现步骤摘要】
合成5
‑
氨基
‑1‑
戊醇和1, 5
‑
戊二醇的工程菌及应用


[0001]本专利技术涉及生物工程
，尤其涉及一种合成5
‑
氨基
‑1‑
戊醇和1,5
‑
戊二醇的工程菌及应用。

技术介绍

[0002]5‑
氨基
‑1‑
戊醇(5
‑
Amino
‑1‑
pentanol)，英文缩写为5
‑
AMP，其分子式为C5H
14
NO，分子量为104.1702，是重要的双官能团化合物，是一种白色可溶晶体，是许多抗癌和消炎药物的糖化和氨化中间体，广泛应用于医药与农药的合成。目前5
‑
AMP主要用作合成高药用价值的生物碱Manzamine A的起始原料。因Manzamine A具有抗炎、抗HIV
‑
1、抗宫颈癌、抗真菌和抗疟疾活性，制药行业对生物碱的需求量越来越大，所以对5
‑
AMP的需求也越来越大。
[0003]化学合成氨基醇的方法有很多，常用的方法有卤代醇氨基取代法、氨基酸还原法和格氏试剂加成法等。但现有的化学合成方法存在原料价格昂贵不易得或者产生大量废弃物经济性不高，不利于可持续发展等问题。例如，现有的一种合成5
‑
AMP的方法主要是利用在负载型Ni催化剂上偶合5
‑
羟基戊醛的原位生成及其还原胺化反应，从生物质衍生的二氢吡喃中合成5
‑
AMP；该方法获得的5
‑
AMP的产率高达82％。但该方法需要在高温高压等条件下进行，不利于可持续发展。目前未有人通过生物合成法生产5
‑
AMP，所以实现5
‑
AMP的绿色高效和可持续生产具有重要的意义。
[0004]1, 5
‑
戊二醇(1,5
‑
pentanediol)，英文缩写为1, 5
‑
PDO，是无色黏稠状有苦味的液体，分子式C5H
12
O2，分子量104.15，能与水、低分子醇、丙酮混溶，对苯、二氯甲烷、石油醚不溶。不同于偶数碳二元醇，1, 5
‑
PDO分子链更长从而链柔性更强，故其参与合成的聚酯在热、力以及结晶性上，不同于以乙二醇、丁二醇、己二醇等合成的聚酯的性能。1, 5
‑
PDO是合成聚酯、聚氨酯、油墨、涂料、塑料、纤维、粘合剂和增塑剂等的原料。
[0005]1, 5
‑
PDO目前主要是从石油原料中商业生产的，主要来自戊二酸加氢还原，反应压力高、副产物复杂且浓盐酸腐蚀设备，另外戊二酸不便宜且来源不广泛。近年来，以生物质糠醛原料通过脱水
‑
水合
‑
氢化(DHH)三步反应，即可得到产率为86%的1, 5
‑
PDO。虽然糠醛较为廉价易得，但是反应需要贵金属催化剂，反应条件涉及高温高压，对能量的消耗大不利于长远可持续发展。为此，以廉价的葡萄糖为碳源，通过生物法合成1, 5
‑
PDO成为目前研究的一个重要方向，如图1所示的生物法合成1, 5
‑
PDO的路径（Wang J , Li C , Zou Y , et al. Bacterial synthesis of C3
‑
C5 diols via extending amino acid catabolism[J].；Cen X , Liu Y , Chen B , et al. Metabolic Engineering of Escherichia coli for De Novo Production of 1,5
‑
Pentanediol from Glucose[J].），从图1中可以看出目前生物合成1, 5
‑
PDO的路径均比较长，需要消耗大量的NADPH和ATP等。由于1, 5
‑
PDO是高度还原化合物，合成过程需要消耗大量的还原力，因此寻找更节能的生物合成路径尤为重要。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的一个目的是从大量生物或微生物体内能够催化5
‑
氨基戊醛生成5
‑
AMP的酶中，筛选出在体外依然具有催化效率的酶来实现生物合成5
‑
AMP。
[0007]本专利技术的又一个目的是从大量生物或微生物体内催化5
‑
AMP生成5
‑
羟基戊醛的酶中，筛选出在体外依然具有催化效率的酶来实现高效生物合成1, 5
‑
PDO，缩短1, 5
‑
PDO生物合成路径，达到节能的目的，而且产率高。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种合成5
‑
AMP的工程菌，包括宿主菌和转入所述宿主菌的质粒载体，其中，所述质粒载体中导入了编码醇脱氢酶的基因，使5
‑
氨基戊醛生成5
‑
AMP；且所述醇脱氢酶为Adh6、YqhD、YahK和YjgB中任一种或与其中任一种酶的氨基酸序列相似度60%及以上的醇脱氢酶，其中，Adh6为源自酿酒酵母的NADP依赖性酒精脱氢酶，YqhD、YahK和YjgB均为源自大肠杆菌的NADPH依赖性醛还原酶。优选地，YjgB的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0009]其中，所述宿主菌为细菌、酵母或真菌，其中，所述细菌或真菌为原始的或改造过的。优选地，所述宿主菌为大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒状杆菌、酿酒酵母或黑曲霉。
[0010]基于上述合成5
‑
AMP的工程菌，所述质粒载体中还导入了编码腐胺转氨酶PatA的基因，催化戊二胺生成5
‑
氨基戊醛。即，戊二胺在腐胺转氨酶PatA和所述醇脱氢酶的共同催化下合成5
‑
AMP。
[0011]基于上述合成5
‑
AMP的工程菌，所述质粒载体中还导入了编码赖氨酸脱羧酶CadA的基因，以催化赖氨酸生成戊二胺。即，赖氨酸在赖氨酸脱羧酶CadA、腐胺转氨酶PatA和所述醇脱氢酶的共同催化下合成5
‑
AMP。
[0012]其中，赖氨酸脱羧酶CadA和腐胺转氨酶PatA来源于原始或改造过的细菌。
[0013]基于上述合成5
‑
AMP的工程菌，所述质粒载体中还导入了编码增强二氨基庚二酸途径的酶DapA和LysC的基因。如此，使得葡萄糖等简单碳源在DapA、LysC、赖氨酸脱羧酶CadA、腐胺转氨酶PatA和所述醇脱氢酶的共同催化下合成5
‑
AMP。
[0014]本专利技术还提供一种上述合成5
‑
AMP的工程菌在合成5
‑
AMP中的应用。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种合成5
‑
AMP的工程菌，包括宿主菌和转入所述宿主菌的质粒载体，其特征在于：所述质粒载体中导入了编码醇脱氢酶的基因，使5
‑
氨基戊醛生成5
‑
AMP；其中，所述醇脱氢酶为Adh6、YqhD、YahK和YjgB中任一种或与其中任一氨基酸序列相似度60%及以上的醇脱氢酶，Adh6为源自酿酒酵母的NADP依赖性酒精脱氢酶，YqhD、YahK和YjgB均为源自大肠杆菌的NADPH依赖性醛还原酶，且YjgB的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。2.根据权利要求1所述的合成5
‑
AMP的工程菌，其特征在于：所述质粒载体中还导入了编码腐胺转氨酶PatA的基因，以催化戊二胺生成5
‑
氨基戊醛。3.根据权利要求2所述的合成5
‑
AMP的工程菌，其特征在于：所述质粒载体中还导入了编码赖氨酸脱羧酶CadA的基因，以催化赖氨酸生成戊二胺。4.根据权利要求3所述的合成5
‑
AMP的工程菌，其特征在于：所述质粒载体中还导入了编码增强二氨基庚二酸途径的酶DapA和LysC的基因。5.一种权利要求1～4任一项所述的合成5
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AMP的工程菌在合成5
‑
AMP中的应用。6. 一种合成1,5
‑
PDO的工程菌，包括宿主菌和转入所述宿主菌的质粒载体，其中，所述质粒载体中导入了编码转氨酶的基因，以催化5
‑
AMP生成5

【专利技术属性】
技术研发人员：袁其朋，孙新晓，马琳，李文娜，申晓林，王佳，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：