联产二羟基丙酮和波色因的宿主细胞及方法与流程

本发明涉及一种联产二羟基丙酮和波色因的宿主细胞及方法，涉及生物合成。

背景技术：

1、近年来，随着人们的物质生活越来越丰富，对美的追求也成为日常消费的主流。因此，美妆护肤市场在整个市场中占据了越来越重要的地位。二羟基丙酮和玻色因是美妆市场的两大重要原材料，其生物酶法的合成技术具有效率高、成本低、无毒无害、经济价值高、产品质量高等一系列的优点，因此具有重要的市场价值。

2、二羟基丙酮(dihydroxyacetone，dha)是一种有机化合物，无色至浅黄色的液体，具有甜味。在美容行业中，二羟基丙酮被广泛地用于制作自然的晒黑效果，因为它能够与皮肤表面的角质层反应，从而使皮肤看起来更显棕褐色。此外，它还被用于食品、医药和化学制品中。甘油脱氢酶是一种酶，它可以催化甘油的氧化反应。在这个反应中，甘油被氧化为二羟基丙酮以及nadh(还原型辅酶)。通过这个反应，甘油脱氢酶可以合成二羟基丙酮。需要注意的是，甘油脱氢酶合成二羟基丙酮的反应需要有nad+参与，而nad+是一种辅酶，需要从其他代谢过程中得到。因此，甘油脱氢酶合成二羟基丙酮的速率和nad+的浓度有关。

3、玻色因(pro-xylane)，又名羟丙基四氢吡喃醇，常用于制备护肤品。它是一种天然多糖，主要来源于植物，如桦树、橡树和云杉等。玻色因可以促进胶原蛋白和弹性纤维的生成，从而改善皮肤的弹性和紧致度，同时还有助于提高皮肤的保湿能力。市面上的玻色因主要来源于植物提取或者化学合成，这些方法成本高、纯度低、操作复杂，且化学合成会导致非理想产物和分离困难等问题。目前玻色因的生物合成主要基于醛酮还原酶催化1-c-(β-d-吡喃木糖基)-丙酮生成，但是这种方法对辅酶的依赖性极强，且成本极高，限制了玻色因的产量和生产成本。

技术实现思路

1、本发明公开了一种联产二羟基丙酮和波色因的宿主细胞，其中宿主细胞进行了如下工程改造：引入了编码nadph依赖性甲基乙二醛还原酶gre2的基因，以及编码甘油脱氢酶gdh的基因。

2、优选的，所述宿主细胞还进行了如下工程改造：过表达pntab基因。

3、优选的，所述宿主细胞还进行了如下工程改造：抑制stha基因的表达。

4、优选的，所述nadph依赖性甲基乙二醛还原酶gre2的氨基酸序列如seq id no:1所示。

5、优选的，所述甘油脱氢酶gdh的氨基酸序列如seq id no:3所示。

6、优选的，pntab基因的序列如seq id no:5所示。

7、优选的，通过crispr转座和crrna的方式敲除stha基因。

8、优选的，所述宿主细胞为大肠杆菌，尤其是大肠杆菌bl21、rossetta、w3110或mg1655。

9、本发明还公开了一种质粒，构建有启动子介导的gre2基因、gdh基因以及pntab基因。质粒载体可以是pet32a载体，启动子为t7-laco启动子。

10、一种联产二羟基丙酮和波色因的方法，其特征在于其步骤包括：

11、(1)构建上述的宿主细胞；

12、(2)挑取宿主细胞单克隆，在培养基中进行培养；

13、(3)将1-c-(β-d-吡喃木糖基)-丙酮和甘油加入培养基中，继续培养，获得二羟基丙酮和波色因。

14、其中1-c-(β-d-吡喃木糖基)-丙酮可以使用木糖和氯丙酮聚合获得。

15、本发明构建了联产二羟基丙酮和波色因的宿主菌。在宿主菌中共表达甘油脱氢酶、波色因还原酶和辅因子转化酶，并敲除stha基因，从而实现辅因子nadph和nad+的循环利用。以甘油和1-c-(β-d-吡喃木糖基)-丙酮为底物，通过控制甘油的量，最终达到同时高产二羟基丙酮和波色因的目的。这种方法合成玻色因和二羟基丙酮具有产量高、效率快、成本低和安全性好等优势，适用于玻色因和二羟基丙酮的工业化生产。

技术特征：

1.一种联产二羟基丙酮和波色因的宿主细胞，其中所述宿主细胞进行了如下工程改造：引入了编码nadph依赖性甲基乙二醛还原酶gre2的基因，以及编码甘油脱氢酶gdh的基因。

2.根据权利要求1所述的宿主细胞，其特征在于所述宿主细胞还进行了如下工程改造：过表达pntab基因。

3.根据权利要求2所述的宿主细胞，其特征在于所述宿主细胞还进行了如下工程改造：抑制stha基因的表达。

4.根据权利要求1所述的宿主细胞，其特征在于所述nadph依赖性甲基乙二醛还原酶gre2的氨基酸序列如seq id no:1所示。

5.根据权利要求1所述的宿主细胞，其特征在于所述甘油脱氢酶gdh的氨基酸序列如seq id no:3所示。

6.根据权利要求2所述的宿主细胞，其特征在于pntab基因的序列如seq id no:5所示。

7.根据权利要求3所述的宿主细胞，其特征在于通过crispr转座和crrna的方式敲除stha基因。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的宿主细胞，其特征在于所述宿主细胞为大肠杆菌bl21、rossetta、w3110或mg1655。

9.一种质粒，其特征在于构建有启动子介导的gre2基因、gdh基因以及pntab基因。

10.一种联产二羟基丙酮和波色因的方法，其特征在于其步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种联产二羟基丙酮和波色因的宿主细胞，其中所述宿主细胞进行了如下工程改造：引入了编码NADPH依赖性甲基乙二醛还原酶GRE2的基因，以及编码甘油脱氢酶GDH的基因。还公开了联产二羟基丙酮和波色因的方法。本发明的宿主菌共表达甘油脱氢酶、波色因还原酶和辅因子转化酶，并敲除sthA基因，从而实现辅因子NADPH和NAD+的循环利用。以甘油和1‑C‑(β‑D‑吡喃木糖基)‑丙酮为底物，通过控制甘油的量，最终达到同时高产二羟基丙酮和波色因的目的。这种方法合成玻色因和二羟基丙酮具有产量高、效率快、成本低和安全性好等优势，适用于玻色因和二羟基丙酮的工业化生产。

技术研发人员：张志乾,吴奕瑞,刘丽花,陈西朋,江翱,郑晓茂,闫修瑜,崔华,吴嵩
受保护的技术使用者：态创生物科技（广州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15