2-羟基异丁酸的微生物法合成研究

摘要

2-羟基异丁酸(2-Hydroxyisobutyric acid，简写2-HIBA)是一种有多用途的重要的化工产品，它可参与多种有机合成反应生成一系列化合物，以它为平台可以衍生出许多重要的其它化工产品，在许多领域有潜在的应用前景。由于其结构特殊，目前为发现其天然的微生物法合成途径。化学方法生产具有成本高、生成条件苛刻、污染大等缺点，随着合成生物学、分子生物学和代谢工程学等迅速发展，利用生物转化的方法生产2-羟基异丁酸成为可能。
　　本论文就微生物法生产2-羟基异丁酸进行了初步的探索研究。以重组大肠杆菌为宿主，构建了bktB、hbd、icmA、icmB和tesB等5个基因的表达载体pEnBHTI，以葡萄糖降解产生的乙酰CoA为前体，经过4步代谢途径，以期能够合成2-羟基异丁酸。实验结果发现，含有pEnBHTI的大肠杆菌能够以葡萄糖为碳源获得3-羟基丁酸，未检测到明显的2-羟基异丁酸积累，提示bktB、hbd和tesB成功表达，但是icmAB表达量可能较低，或是tesB对2-羟基异丁酰辅酶A的催化活性较低，导致以重组大肠杆菌为宿主未能获得产物。
　　在此基础上，以嗜水气单胞菌为宿主，利用其脂肪酸氧化过程中产生的羟基丁酰辅酶A为前体，通过构建icmA和icmB的表达载体pMCSV12，在嗜水气单胞菌单胞菌中构建2-羟基异丁酸的生物合成途径。对重组菌株进行摇瓶培养，发现其能够合成微量的2-羟基异丁酸;进而采用不同的脂肪酸碳源、两步法发酵等对培养条件进行优化，最终获得了46 mg/L的产量。本论文为微生物法合成2-羟基异丁酸提供了初步的研究基础。