利用乙酰乙酰辅酶A合酶产生异戊二烯、类异戊二烯前体和类异戊二烯制造技术

本发明专利技术涉及能够产生异戊二烯的重组微生物以及利用这种重组微生物以较高效率产生异戊二烯。在本发明专利技术中，将编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的酶的乙酰乙酰辅酶A合酶基因和一种或多种涉及使得能由乙酰乙酰辅酶A合成异戊二烯的异戊二烯生物合成的基因引入宿主微生物中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用乙酰乙酰辅酶A合酶产生异戊二烯、类异戊二烯前体和类异戊二烯相关专利申请的交叉引用本申请要求2011年8月4日提交的美国临时申请N0.61/515，300的权益，将该临时申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。
本专利技术总体涉及用于由培养的细胞和包含这些培养细胞的组合物产生异戊二烯、类异戊二烯前体和/或类异戊二烯的方法。专利技术背景甲羟戊酸依赖性途径的产物是异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)。IPP和DMAPP是异戊二烯以及类异戊二烯的前体。异戊二烯(2-甲基-1，3- 丁二烯)是多种合成聚合物(最值得注意的是合成橡胶)的关键原料。异戊二烯由多种微生物、植物和动物物种自然产生。具体地讲，已鉴定了两条进行异戊二烯生物合成的途径:甲羟戊酸(MVA)途径和非甲羟戊酸(DXP)途径。然而，天然存在的生物体的异戊二烯产率没有商业吸引力。也可以通过分馏石油获得异戊二烯，但该材料的纯化昂贵而且耗时。C5烃流的石油裂解仅生成约15%的异戊二烯。每年大约有800, 000吨顺式聚异戊二烯由异戊二烯的聚合反应产生；这种聚异戊二烯大部分用于轮胎和橡胶工业。异戊二烯还通过共聚反应用作其他产品中的合成弹性体，这些产品例如为鞋类、机械产品、医疗产品 、体育用品和胶乳。类异戊二烯是衍生自类异戊二烯前体分子IPP和DMAPP的化合物。已鉴定了超过29，000种类异戊二烯化合物并且每年都发现新的类异戊二烯。类异戊二烯可分离自天然产物，例如将类异戊二烯前体分子用作基础构造块以形成类异戊二烯的相对复杂结构的微生物和植物物种。类异戊二烯对大多数活生物体和细胞是至关重要的，为维持细胞膜流动性和电子传递提供了手段。在自然界，类异戊二烯发挥的作用多种多样，从作为植物中的天然杀虫剂到促成与肉桂、丁香和生姜相关的香味。此外，制药和化学界将类异戊二烯用作药品、保健营养品、调味剂和农业害虫防治剂。鉴于它们在生物系统中的重要性以及在广泛应用中的有用性，类异戊二烯已成为倍受科学家重视的焦点。因此，需要更多经济的方法来生产异戊二烯和/或类异戊二烯。具体地讲，所希望的是以足以满足稳健商业化工艺要求的速率、滴度和纯度来由廉价的可再生原料生产异戊二烯和/或类异戊二烯的方法。本文通过对重组微生物及其在生产异戊二烯、类异戊二烯前体和/或类异戊二烯方法中的用途的公开来提供这些改进。在整篇本说明书中，参考了多个专利、专利申请以及其他类型的出版物(如杂志文章)。特此将本文引用的所有专利、专利申请和出版物以引用的方式全文并入本文用于所有目的。
技术实现思路
[0011 ] 本专利技术特别是提供重组微生物的组合物、制备这些重组微生物的方法以及使用这些重组微生物生产异戊二烯、类异戊二烯前体和/或类异戊二烯的方法。所述重组微生物包含能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的酶，该乙酰乙酰辅酶A然后可用于制备异戊二烯、类异戊二烯前体和/或类异戊二烯。这些重组微生物包含能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A以产生乙酰乙酰辅酶A的酶，而不是能够由两个乙酰辅酶A分子合成乙酰乙酰辅酶A的乙酰乙酰辅酶A硫解酶。因此，在一个方面，本专利技术提供能够产生异戊二烯的重组微生物，该重组微生物包含一种或多种编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的多肽的核酸以及一种或多种编码如下多肽的核酸:(a)异戊二烯合酶多肽，其中该异戊二烯合酶多肽由异源核酸编码；和(b) 一种或多种甲羟戊酸(MVA)途径多肽，其中在合适的培养基中培养所述重组微生物可提供所述多肽的产生以及异戊二烯的合成。在一个方面，该一种或多种编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的多肽的核酸为乙酰乙酰辅酶A合酶基因。在另一个方面，该乙酰乙酰辅酶A合酶基因为来自放线菌的基因。在另一个方面,该乙酰乙酰辅酶A合酶基因来自链霉菌属(Streptomyces)。在另一个方面,该乙酰乙酰辅酶A合酶基因编码具有如下氨基酸序列的蛋白质:MTDVRFRIIGTGAYVPER IVSNDEVGAPAGVDDDWITRKTGIRQRRWAADDQATSDLATAAGRAALKAAGITPEQLTVIAVATSTPDRPQPPTAAYVQHHLGATGTAAFDVNAVCSGTVFALSSVAGTLVYRGGYALVIGADLYSRILNPADRKTVVLFGDGAGAMVLGPTSTGTGPIVRRVALHTFGGLTDLIRVPAGGSRQPLDTDGLDAGLQYFAMDGREVRRFVTEHLPQLIKGFLHEAGVDAADISHFVPHQANGVMLDEVFGELHLPRATMHRTVETYGNTGAASIPITMDAAVRAGSFRPGELVLLAGFGGGMAASFALIEff(SEQ ID NO:1)?在另一个方面，乙酰乙酰辅酶A合酶基因编码这样的蛋白质，该蛋白质具有的氨基酸序列与SEQ ID NO:1的氨基酸序列具有80%或更高同一性且具有由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的功能。在本文的任何方面，该异戊二烯合酶多肽为植物异戊二烯合酶多肽。在本文的任何方面，该异戍二烯合酶多肽为来自葛属(Pueraria)或杨属(Populus)或杂种银白杨(Populus alba)x欧洲山杨(Populus tremula)的多肽。在本文的任何方面,异戍二烯合酶多妝选自山葛(Pueraria montana)或野葛(Pueraria 1bata)、美洲山杨(Populustremuloides)、银白杨、黑杨(Populus nigra)和毛果杨(Populus trichocarpa) ? 在另一方面，植物异戊二烯合酶多肽为葛(kudzu)异戊二烯合酶多肽。在本文的任何方面，编码一种或多种MVA途径多肽的一种或多种核酸为异源核酸。在本文的任何方面，编码多种MVA途径多肽的一种或多种核酸为内源核酸拷贝。在本文的任何方面，一种或多种MVA途径多肽选自(a)使乙酰乙酰辅酶A与乙酰辅酶A缩合以形成HMG辅酶A的酶(如HMG合酶)；(b)将HMG辅酶A转化为甲羟戊酸的酶；(c)将甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶；(d)将5-磷酸甲羟戊酸转化为5-焦磷酸甲羟戊酸的酶；以及(e)将5-焦磷酸甲羟戊酸转化为异戊烯焦磷酸的酶。在本文的任何方面，将甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶可选自马氏甲烧八叠球菌(M.mazei)甲轻戍酸激酶、乳杆菌(Lactobacillus)甲轻戍酸激酶多肽、清酒乳杆菌(Lactobacillus sakei)甲轻戍酸激酶多肽、酵母甲轻戍酸激酶多肽、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)甲轻戍酸激酶多妝、链球菌(Streptococcus)甲轻戍酸激酶多肽、肺炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)甲轻戍酸激酶多肽以及链霉菌(Streptomyces)甲轻戍酸激酶多肽或链霉菌CL190 (Streptomyces CL190)甲轻戍酸激酶多肽。在本文的任何方面，使甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶为马氏甲烷八叠球菌甲羟戊酸激酶。在本文的任何方面，该重组微生物可还包含编码一种或多种1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸(DXP)途径多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够产生异戊二烯的重组微生物，所述重组微生物包含一种或多种编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的多肽的核酸以及一种或多种编码如下多肽的核酸：a.异戊二烯合酶多肽，其中所述异戊二烯合酶多肽由异源核酸编码；和b.一种或多种甲羟戊酸(MVA)途径多肽，其中在合适的培养基中培养所述重组微生物可产生所述多肽以及合成异戊二烯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.04 US 61/515,3001.一种能够产生异戊二烯的重组微生物，所述重组微生物包含一种或多种编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的多肽的核酸以及一种或多种编码如下多肽的核酸: a.异戊二烯合酶多肽，其中所述异戊二烯合酶多肽由异源核酸编码；和 b.一种或多种甲羟戊酸(MVA)途径多肽， 其中在合适的培养基中培养所述重组微生物可产生所述多肽以及合成异戊二烯。2.根据权利要求1所述的重组微生物，其中所述一种或多种编码能够由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的多肽的核酸为乙酰乙酰辅酶A合酶基因。3.根据权利要求2所述的重组微生物，其中所述乙酰乙酰辅酶A合酶基因为来自放线菌的基因。4.根据权利要求3所述的重组微生物，其中所述乙酰乙酰辅酶A合酶基因为来自链霉菌属的基因。5.根据权利要求4所述的重组微生物，其中所述乙酰乙酰辅酶A合酶基因编码具有SEQID NO:1的氨基酸序列的蛋白质或氨基酸序列与SEQ ID NO:1的氨基酸序列具有80%或更高同一性且具有由丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A合成乙酰乙酰辅酶A的功能的蛋白质。6.根据权利要求1-5中任一项所述的重组微生物，其中所述异戊二烯合酶多肽为植物异戊二烯合酶多肽或其变体。7.根据权利要求6所述的重组微生物，其中所述异戊二烯合酶多肽为来自葛属(Pueraria)或杨属(Populus)或杂种银白杨(Populus alba)x欧洲山杨(Populus tremula)的多肽或其变体。8.根据权利要求7所述的重组微生物，其中所述异戊二烯合酶多肽选自山葛(Pueraria montana)或野葛(Pueraria 1bata)、美洲山杨(Populus tremuloides)、银白杨、黑杨(Populusnigra)和毛果杨(Populus trichocarpa)或其变体。9.根据权利要求1-8中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种编码(b)中的一种或多种MVA途径多肽的核酸为异源核酸。10.根据权利要求1-8中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种编码(b)中的一种或多种MVA途径多肽的核酸为内源核酸的拷贝。11.根据权利要求1-10中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种MVA途径多肽选自(a)将乙酰乙酰辅酶A与乙酰辅酶A缩合以形成HMG辅酶A的酶；(b)将HMG辅酶A转化为甲羟戊酸的酶；(c)将甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶；(d)将5-磷酸甲羟戊酸转化为5-焦磷酸甲羟戊酸的酶；和(e)将5-焦磷酸甲羟戊酸转化为异戊烯焦磷酸的酶。12.根据权利要求1-11中任一项所述的重组微生物，其中所述将甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶选自马氏甲烷八叠球菌(M.mazei)甲羟戊酸激酶、布氏拟甲烷球菌(M.burtonii)甲轻戍酸激酶多肽、乳杆菌(Lactobacillus)甲轻戍酸激酶多肽、清酒乳杆菌(Lactobacillus sakei)甲轻戍酸激酶多肽、酵母甲轻戍酸激酶多肽、酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)甲轻戍酸激酶多妝、链球菌(Streptococcus)甲轻戍酸激酶多肽、肺炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)甲轻戍酸激酶多肽和链霉菌(Streptomyces)甲轻戍酸激酶多肽或链霉菌CL190甲轻戍酸激酶多肽。13.根据权利要求12所述的重组微生物，其中所述将甲羟戊酸磷酸化为5-磷酸甲羟戊酸的酶为马氏甲烷八叠球菌甲羟戊酸激酶。14.根据权利要求1-13中任一项所述的重组微生物，其还包含一种或多种编码异戊烯二磷酸S异构酶(IDI)多肽的核酸。15.根据权利要求1-14中任一项所述的重组微生物，其还包含一种或多种编码一种或多种1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸(DXP)途径多肽的核酸。16.根据权利要求15所述的重组微生物，其中所述一种或多种编码一种或多种DXP途径多肽的核酸为异源核酸。17.根据权利要求15所述的重组微生物，其中所述一种或多种编码一种或多种DXP途径多肽的核酸为内源核酸的拷贝。18.根据权利要求15所述的重组微生物，其中所述一种或多种DXP途径多肽选自(a)1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、(b) 1-脱氧-D-木酮糖_5_磷酸还原异构酶(DXR)、(c) 4- 二磷酸胞苷-2C-甲基-D-赤藓醇合酶(MCT)、(d)4_ 二磷酸胞苷-2-C-甲基-D-赤藓醇激酶(CMK)、(e) 2C-甲基-D-赤藓醇-2，4-环二磷酸合酶(MCS)、(f) 1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合酶(HDS)和(g) 1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4- 二磷酸还原酶(HDR)。19.根据权利要求18所述的重组微生物，其中所述DXP途径多肽为DXS。20.根据权利要求1-19中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种异源核酸被置于诱导型启动子或组成型启动子之下。21.根据权利要求1-20中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种异源核酸被克隆进一种或多种多拷贝质粒中。22.根据权利要求1-20中任一项所述的重组微生物，其中所述一种或多种异源核酸被整合进所述细胞的染色体中。23.根据权利要求1-22中任一项所述的重组微生物，其中所述微生物为细菌细胞、藻类细胞、真菌细胞或酵母细胞。24.根据权利要求23所述的重组微生物，其中所述微生物为细菌细胞。25.根据权利要求24所述的细菌细胞，其中所述细菌细胞为革兰氏阳性细菌细胞或革兰氏阴性细菌细胞。26.根据权利要求25所述的细菌细胞，其中所述细菌细胞选自大肠杆菌细胞、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)细胞、棒杆菌属(Corynebacterium)物种细胞、朽1檬泛菌(P.citrea)细胞、枯草芽孢杆菌(B.subtilis)细胞、地衣芽孢杆菌(B.1icheniformis)细胞、迟缓芽孢杆菌(B.1entus)细胞、短芽孢杆菌(B.brevis)细胞、嗜热脂肪芽孢杆菌(B.stearothermophiIus)细胞、嗜碱芽孢杆菌(B.alkalophilus)细胞、解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)细胞、克劳氏芽孢杆菌(B.clausii)细胞、耐盐芽孢杆菌(B.halodurans)细胞、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)细胞、凝结芽孢杆菌(B.coagulans)细胞、环状芽孢杆菌(B.circulars)细胞、灿烂芽孢杆菌(B.1autus)细胞、苏云金芽孢杆菌(B.thuringiensis)细胞、白色链霉菌(S.albus)细胞、变铅青链霉菌(S.1ividans)细胞、天蓝色链霉菌(S.coelicolor)细胞、灰色链霉菌(S.griseus)细胞、假单胞菌属(Pseudomonas)物种细胞以及产碱假单胞菌(P.alcaligenes)细胞。27.根据权利要求26所述的细菌细胞，其中所述细菌细胞为大肠杆菌细胞。28.根据权利要求26所述的细菌细胞，其中所述细菌细胞为嗜酸乳杆菌细胞。29.根据权利要求26所述的细菌细胞，其中所述细菌细胞为棒杆菌属物种细胞。30.根据权利要求23所述的重组微生物，其中所述微生物为藻类细胞。31.根据权利要求30所述的藻类细胞，其中所述藻类细胞选自绿藻、红藻、灰胞藻门、绿蜘藻、眼虫、色藻界或腰鞭毛虫。32.根据权利要求23所述的重组微生物，其中所述微生物为真菌细胞。33.根据权利要求32所述的真菌细胞，其中所述真菌细胞...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·S·阿尔多，Z·Q·贝克，M·C·米勒，C·M·派瑞斯，
申请(专利权)人：丹尼斯科美国公司，固特异轮胎和橡胶公司，
类型：发明
国别省市：美国;US