一种以芳香族羧酸或杂环羧酸为原料生物合成伯胺的方法
1.一种以芳香族羧酸或杂环羧酸为原料生物合成伯胺的方法,其特征是,以芳香族
羧酸或杂环羧酸为底物,以基因工程菌为生物催化剂进行发酵反应;所述基因工程菌被敲
除DNA结合转录双调节因子arcA,并过表达羧酸还原酶基因nccar、磷酸泛酰巯基乙胺转移
2.根据权利要求1所述的的方法,其特征是,反应的条件为温度30℃,pH=7.0,时间
4.根据权利要求1所述的的方法,其特征是,所述芳香族羧酸或杂环羧酸为2‑吡啶羧
酸、糠酸、4‑氟苯甲酸、2,4‑二氟苯甲酸和2,4‑二甲氧基苯甲酸其中任意一个或多个。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征是,所述芳香族羧酸或杂环羧酸为2‑吡啶羧
酸、糠酸、4‑氟苯甲酸、2,4‑二氟苯甲酸和2,4‑二甲氧基苯甲酸其中任意一个或多个。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述基因工程菌的出发菌为大肠杆菌K‑
8.根据权利要求7所述的方法,其特征是,所述大肠杆菌K‑12MG1655 RARE为敲除了3
个醛酮还原酶基因和3个醇脱氢酶基因的大肠杆菌K‑12MG1655;所述醛酮还原酶基因为
dkgB基因、yeaE基因和dkgA基因;所述醇脱氢酶基因为yqhD基因、yahK基因和yjgB基因。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述DNA结合转录双调节因子arcA的
10.权利要求1‑9任一项所述的方法在制备芳香伯胺或杂环伯胺中的领域的应用。
芳香族或杂环族伯胺,应用广泛,如4‑氟苄胺是镇痛药“氟吡汀”的中间体。糠胺可
制成强利尿剂“”,利尿作用强。2,4‑二氟苄胺是葛兰素史克(GSK)旗下新型抗HIV药
物“度鲁特韦”的关键中间体。肉桂胺可用于合成抗真菌剂“萘替芬”,用来医治癣、毛癣菌和
表皮癣菌的感染。目前合成芳香族或杂环族伯胺的方法几乎都是化学合成法,如苄胺的合
成主要以苯甲腈、苯甲醛为原料。例如,在水/乙醇混合物中,以次磷酸钙和镍络合物做催化
(缩写为MC/Ni)为催化剂,催化苯甲腈的氢化或苯甲醛还原胺化来合成苄胺。但是化学合成
法存在多种弊端,如镍等金属对环境污染严重,底物苯甲腈具有高毒性,还有需要高温、加
氢条件等使得成本比较高,这导致产品质量跟不上应用行业的发展。以微生物发酵法生产芳
香族或杂环族伯胺具有绿色、安全、低成本等优势,已成为芳香族或杂环族伯胺的发展趋
势。然而关于芳香族或杂环族伯胺生物合成文献报导较少。例如,Yi Zhou等人曾以可再生
原料为底物,在代谢工程化改造的大肠杆菌中构建九步人工酶的级联反应实现苄胺的生
族羧酸或杂环羧酸为底物,以基因工程菌为生物催化剂进行发酵反应;所述基因工程菌被
敲除DNA结合转录双调节因子arcA,并过表达羧酸还原酶基因nccar、磷酸泛酰巯基乙胺转
进一步地限定,基因工程菌:底物量之比OD600nm=10‑150:5‑60mM。
进一步地限定,催化反应体系中添加MgSO4、L‑丙氨酸、芳香族羧酸或杂环羧酸和
进一步地限定,所述芳香族羧酸或杂环羧酸为2‑吡啶羧酸、糠酸、4‑氟苯甲酸、2,
进一步地限定,所述基因工程菌的出发菌为大肠杆菌K‑12MG1655 RARE,即敲除了
进一步地限定,所述醛酮还原酶基因为dkgB基因、yeaE基因和dkgA基因;所述醇脱
或杂环族伯胺的生成更温和,而且无环境污染,除了2,4‑二甲氧基苄胺,该全细胞催化体系
生产其他4种伯胺的产率可达90%左右,证明该合成途径具有通用性。这为其他芳香类或杂
图3为凝胶电泳检测结果,其中,M:Marker,1‑2:阴性对照RARE,3‑4:阳性对照
图4为5mM的2,4‑二氟苄胺标品GC‑MS检测结果,其中,图A是气相gc,横坐标是出峰
时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标是响应强度;出峰时间
图5为2小时出峰时间的2,4‑二氟苄胺样品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其
中,图A是气相gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎
图6为5mM 4‑氟苄胺标品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A是气相gc,
横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标是响应强
图7为2小时出峰时间的4‑氟苄胺样品GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A
是气相gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐
图8为2,4‑二甲氧基苄胺标品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A是气相
gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标是响
图9为2小时出峰时间的2,4‑二甲氧基苄胺样品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结
果,其中,图A是气相gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离
图10为5mM的糠胺标品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A是气相gc,横
坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标是响应强
图11为2小时出峰时间的糠胺样品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A是
气相gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标
图12为5mM的2‑吡啶甲胺标品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其中,图A是气相
gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎片,纵坐标是响
图13为2小时出峰时间的2‑吡啶甲胺样品的GC‑MS检测结果,GC‑MS检测结果,其
中,图A是气相gc,横坐标是出峰时间,纵坐标是响应强度;图B是质谱ms,横坐标是离子碎
“过量表达”或“过表达”指细胞内特定基因受到各种信号调控后,在生物体中超过
质粒提取及胶回收所用试剂盒购自美国OMEGA公司,操作步骤按照产品说明书进
行;菌株RARE(DE3)购买自美国Addgene公司;所有培养基如无特别说明均用去离子水配制。
优化,优化后的序列如SEQ ID NO.1所示,然后将基因序列交给华大基因合成,将合成的优
子优化,优化后的序列如SEQ ID NO.2所示,然后将基因序列交给华大基因合成,将合成的
优化后的OATA连接到pACYCDuet‑1载体上,酶切位点为NcoI和SalI,得到重组质粒
(6)向管中加入50μl左右氯仿。混匀后,离心(4℃,6000rpm,10min)收集上清,过
0.22um滤膜至另一无菌EP管,此溶液即为噬菌体裂解液,4℃保存待用。
(2)次日收菌,6000rpm,2min,每1mL菌液利用300μL悬浮液重悬,悬浮液的成分为
(3)噬菌体裂解液与细胞悬浮液混合,采用150μL、100μL、50μL、和0μL四个梯度(梯
度根据噬菌体效价决定)。150μL裂解液+100μL受体细胞悬浮液,0μL裂解液+150μL LB+100μ
→72℃5min→12℃。PCR后进行琼脂糖凝胶电泳,结果如图3所示,挑选阳性单菌落保存。M:
化学法做热激感受态,再热激转化导入质粒pCP20,涂布Amp抗性(100μg/mL)和Cm抗性
夜,热诱导FLP重组酶表达,质粒逐渐丢失。将长出的单克隆分别划线卡那霉素、氨苄青霉
素、无抗平板观察抗性消除与pCP20质粒丢失结果,同一单克隆在卡那霉素、氨苄青霉素平
板不生长,无抗平板生长表明对卡那霉素抗性消除,pCP20质粒丢失获得大肠杆菌。再利用
子液按照接种量为培养基体积的1 .6%接种于LB培养基,培养温度为37℃,培养基转速为
2)将步骤1)得到的发酵液6000rpm,4℃离心5min后去上清,将得到的菌体用M9缓
3)全细胞催化体系:10mM羧酸(2‑吡啶羧酸、糠酸、4‑氟苯甲酸、2,4‑二氟苯甲酸或
伯胺的定性检测:GC‑MS。GC‑MS:气相‑质谱联用。检测的新方法:色谱柱:DB‑5;载气:氦
气(纯度>
99.999%),载气流量:1.0mL/min;进样方式:不分流;进样口温度:200℃;程序升
温步骤:50℃,保持2min,以30℃/min上升到280℃,保持10min;色谱‑质谱接口温度:280℃;
糠胺、糠酸的检测波长为230nm。在254nm处检测到2‑氨甲基吡啶、2‑吡啶甲酸。在
261nm处检测4‑氟苄胺、2,4‑二氟苄胺、2,4‑二甲氧基苄胺及其相应的酸。4‑氟苄胺、2,4‑二
氟苄胺、2,4‑二甲氧基苄胺、2‑氨基甲基吡啶、糠胺及其相应的酸色谱条件为ZORABX‑C18色
GC‑MS检测结果如表2和图4‑图13所示。根据结果得出,以2‑吡啶甲酸为底物的催化反
应产物为2‑氨基甲基吡啶,以糠酸为底物的催化反应为糠胺,以4‑氟苯甲酸为底物的催化
反应为4‑氟苄胺,以2,4‑二氟苯甲酸为底物的催化反应为2,4‑二氟苄胺,以2,4‑二甲氧基
苯甲酸为底物的催化反应为2,4‑二甲氧基苄胺,全细胞催化体系可以产糠胺、2‑吡啶甲胺、
结果表明,除了2,4‑二甲氧基苄胺,该全细胞催化体系生产其他4种伯胺的产率可
达90%左右,证明该合成途径具有通用性。这为其他芳香类或杂环类伯胺的生物合成提供
范方案,但是本领域人员应理解,在不背离由后附的权利要求所定义的本发明的精神和
范围的条件下,能够直接进行各种各样的形式和细节的变化,能够直接进行各种实施方案的任意组合。
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