BRPI0914215B1 - PRODUCTION OF ALKENES BY ENZYMATIC DECARBOXYLATION OF 3-HYDROXY-ALKANOIC ACIDS - Google Patents

PRODUCTION OF ALKENES BY ENZYMATIC DECARBOXYLATION OF 3-HYDROXY-ALKANOIC ACIDS Download PDF

Info

Publication number
BRPI0914215B1
BRPI0914215B1 BRPI0914215-0A BRPI0914215A BRPI0914215B1 BR PI0914215 B1 BRPI0914215 B1 BR PI0914215B1 BR PI0914215 A BRPI0914215 A BR PI0914215A BR PI0914215 B1 BRPI0914215 B1 BR PI0914215B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
enzyme
hydroxy
hydroxyalkanoate
decarboxylase
reaction
Prior art date
Application number
BRPI0914215-0A
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Philippe Marliere
Original Assignee
Scientist Of Fortune S.A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scientist Of Fortune S.A filed Critical Scientist Of Fortune S.A
Priority claimed from PCT/FR2009/051332 external-priority patent/WO2010001078A2/en
Publication of BRPI0914215A2 publication Critical patent/BRPI0914215A2/en
Publication of BRPI0914215B1 publication Critical patent/BRPI0914215B1/en

Links

Abstract

PRODUÇÃO DE ALCENOS POR DESCARBOXILAÇÃO ENZIMÁTICA DE ÁCIDOS 3- HIDRÓXI-ALCANOICOS. A presente invenção refere-se a um processo de produção de alcenos por via biológica. Ela se refere mais particularmente a um processo de produção de alcenos terminais por descarboxilação enzimática de moléculas de tipo 3-hidróxi-alcanoato. A invenção se refere também aos sistemas enzimáticos e as cepas microbianas utilizados, assim como os produtos obtidos.PRODUCTION OF ALKENES BY ENZYMATIC DECARBOXYLATION OF 3-HYDROXY-ALKANOIC ACIDS. The present invention relates to a process for producing alkenes biologically. It refers more particularly to a process of producing terminal alkenes by enzymatic decarboxylation of 3-hydroxy-alkanoate molecules. The invention also refers to the enzyme systems and microbial strains used, as well as the products obtained.

Description

IntroduçãoIntroduction

A presente invenção refere-se a um processo de geração de al- cenos por via biológica. Ela se refere mais particularmente a um processo de produção de alcenos terminais (notadamente de propileno, de etileno, de 1- butileno, de iso-butileno ou de iso-amileno) a partir de moléculas de tipo 3- hidróxi-alcanoato.The present invention relates to a process for generating alkenes biologically. It refers more particularly to a process for producing terminal alkenes (notably propylene, ethylene, 1-butylene, iso-butylene or iso-amylene) from molecules of the 3-hydroxy-alkanoate type.

Planejamento da InvençãoInvention Planning

Da petroquímica sonda atualmente derivados um grande número de compostos químicos. Os alcenos (tais como o etileno, o propileno, os diferentes butenos, ou ainda pentenos, por exemplo) são utilizados na indústria dos plásticos, por exemplo, para produzir polipropileno ou polietileno, assim como em outros domínios da indústria química e daquela dos carburantes.From the petrochemical probe currently derived a large number of chemical compounds. Alkenes (such as ethylene, propylene, different butenes, or even pentenes, for example) are used in the plastics industry, for example, to produce polypropylene or polyethylene, as well as in other areas of the chemical and fuel industry. .

O etileno, o alceno o mais simples, se refere a um lugar central na química orgânica industrial: é o composto orgânico mais produzido no mundo. Ele permite notadamente gerar o polietileno, um plástico de primeiro plano. Por reação (de oxidação, de halogenação), pode-se também transformar o etileno em numerosos produtos úteis à indústria.Ethylene, the simplest alkene, has a central place in industrial organic chemistry: it is the most produced organic compound in the world. It notably allows the generation of polyethylene, a leading plastic. By reaction (oxidation, halogenation), ethylene can also be transformed into numerous products useful for industry.

O propileno refere-se a um papel de importância comparável: deriva-se daí por polimerização uma matéria plástica, o polipropileno. As características técnicas desse produto, em termos de resistência, de densidade, de solidez, de deformabilidade, de transparência não têm equivalentes. O mercado mundial do polipropileno se desenvolve constantemente, a partir de sua invenção em 1954.Propylene plays a role of comparable importance: a plastic material, polypropylene, is derived from it by polymerization. The technical characteristics of this product, in terms of resistance, density, solidity, deformability and transparency, have no equivalent. The global polypropylene market has been developing steadily since its invention in 1954.

O butileno existe sob quatro formas das quais uma, o iso- butileno, entra na composição do éter metil terc-butílico (MTBE), um aditivo antidetonante para os carburantes automóveis. O iso-butileno pode também ser utilizado para gerar iso-octeno, que se pode em seguida reduzir em iso- octano (2,2,4-trimetil- pentano); a razão combustão / explosão muito elevada de iso-octano faz o melhor carburante para os motores ditos "a gasolina".Butylene exists in four forms, one of which, isobutylene, is part of methyl tert-butyl ether (MTBE), an anti-knock additive for automobile fuels. Iso-butylene can also be used to generate iso-octene, which can then be reduced to iso-octane (2,2,4-trimethyl-pentane); The very high combustion/explosion ratio of iso-octane makes it the best fuel for so-called "gasoline" engines.

O amileno, o hexeno e o hepteno existem sob numerosas formas, segundo o local e a configuração da dupla cadeia. Esses produtos conhecem aplicações industriais reais, mas de menor importância que o etile- no, o propileno, ou os butenos.Amylene, hexene and heptene exist in numerous forms, depending on the location and configuration of the double chain. These products have real industrial applications, but are of less importance than ethylene, propylene or butenes.

Todos esses alcenos são atualmente produzidos por craquea- mento catalítico dos produtos petrolíferos (ou por um derivado do processo Fisher-Tropsch no caso do hexeno, a partir do carvão ou de gás). Seu custo é, portanto, naturalmente indexado sobre aquele do petróleo. Por outro lado, o craqueamento catalítico apresenta, às vezes, dificuldades técnicas importantes, que se traduzem em complexidade do processo e em custo de produção.All of these alkenes are currently produced by catalytic cracking of petroleum products (or by a derivative of the Fisher-Tropsch process in the case of hexene, from coal or gas). Its cost is, therefore, naturally indexed to that of oil. On the other hand, catalytic cracking sometimes presents important technical difficulties, which translate into process complexity and production costs.

Independentemente das considerações precedentes, a biopro- dução das matérias plásticas ("bioplásticas") conhece um progresso importante. A motivação vem de considerações econômicas ligadas ao custo do petróleo, e de considerações ambientais globais (produtos neutros em carbono) ou local (gestão dos dejetos).Regardless of the foregoing considerations, the bioproduction of plastic materials ("bioplastics") is experiencing important progress. The motivation comes from economic considerations linked to the cost of oil, and from global (carbon neutral products) or local (waste management) environmental considerations.

A principal família de bioplásticos é aquela dos poli- hidroxialcanoatos (PHA). Trata-se de polímero obtidos por condensação de moléculas compreendendo, ao mesmo tempo, um grupamento ácido e um grupamento álcool. A condensação ocorre por esterificação do ácido sobre o álcool do seguinte monômero. Essa ligação éster não é também estável que a ligação direta carbono-carbono que se acha nos polímeros de plástico clássicos, o que explica a biodegrabilidade, em algumas semanas a alguns meses, dos PHA.The main family of bioplastics is polyhydroxyalkanoates (PHA). It is a polymer obtained by condensation of molecules comprising, at the same time, an acid group and an alcohol group. Condensation occurs by esterification of the acid over the alcohol of the following monomer. This ester bond is also not stable than the direct carbon-carbon bond found in classic plastic polymers, which explains the biodegradability, in a few weeks to a few months, of PHAs.

Na família dos PHA, pode-se notadamente citar o poli-3-hidróxi- butirato (PHB), um polímero do 3-hidróxi-butirato, ou o poli-hidróxi-butirato- valerato (PHBV), um polímero que alterna o 3-hidróxi-butirato e o 3-hidróxi- valerato.In the PHA family, one can notably mention poly-3-hydroxybutyrate (PHB), a polymer of 3-hydroxy-butyrate, or polyhydroxy-butyrate-valerate (PHBV), a polymer that alternates the 3 -hydroxy-butyrate and 3-hydroxy-valerate.

O PHB é produzido naturalmente por cepas bacterianas particulares, tais como Alcalígenes eutrophus ou Bacillus megateríum. Bactérias de laboratório, tais como Escherichia coli, tendo integrado vias de sínteses que levam ao PHB ou aos PHA, em geral, foram produzidas. O composto ou seu polímero pode representar, em certas condições de laboratório, até 80% da massa da bactéria. (Wong MS et al., Biotech. Bioeng 2008). Tentativas de produção industrial do PHB foram feitas nos anos 80, mas o custo de produ- 5 ção por fermentação era considerado então como muito elevado. Projetos de produção direta desses compostos em plantas geneticamente modificadas (tendo integrado as enzimas-chave da via de síntese de PHB das bactérias produtoras) estão em curso. Eles poderiam ser associados a melhores custos de exploração.PHB is produced naturally by particular bacterial strains, such as Alcaligenes eutrophus or Bacillus megaterium. Laboratory bacteria, such as Escherichia coli, having integrated synthetic pathways that lead to PHB or PHA, in general, were produced. The compound or its polymer can represent, under certain laboratory conditions, up to 80% of the mass of the bacteria. (Wong MS et al., Biotech. Bioeng 2008). Attempts at industrial production of PHB were made in the 1980s, but the production cost per fermentation was then considered to be very high. Projects for the direct production of these compounds in genetically modified plants (having integrated the key enzymes of the PHB synthesis pathway of the producing bacteria) are underway. They could be associated with better exploration costs.

A geração por via biológica de alcanos ou de outras moléculas orgânicas utilizáveis como carburantes ou como precursores de resinas sintéticas se impõe no contexto de uma exploração industrial durável em harmonia com os ciclos geoquímicos. A primeira geração de biocarburantes consistiu na produção fermentativa de etanol, os processos de fermentação e de destilação estando já no lugar na indústria agroalimentícia. A produção de biocarburantes de segunda geração está em uma fase exploratória, abrangendo notadamente a produção de alcoóis com cadeias longas (butanol e pentanol), terpenos, de alcanos lineares e de ácidos graxos. Duas análises recentes mostram uma tabela geral das pesquisas nesse domínio: Ladygina N et a/., Process Biochemistry 2006 41 : 1001, et Wackett LP Current Opinion in Chemical Biology, 2008, 21: 187.The biological generation of alkanes or other organic molecules that can be used as fuels or as precursors for synthetic resins is necessary in the context of durable industrial exploitation in harmony with geochemical cycles. The first generation of biofuels consisted of the fermentative production of ethanol, the fermentation and distillation processes already being in place in the agri-food industry. The production of second-generation biofuels is in an exploratory phase, notably covering the production of long-chain alcohols (butanol and pentanol), terpenes, linear alkanes and fatty acids. Two recent analyzes provide a general table of research in this field: Ladygina N et a/., Process Biochemistry 2006 41: 1001, et Wackett LP Current Opinion in Chemical Biology, 2008, 21: 187.

Na família química dos alcenos, o isopreno (2- metil-1,3- butadi- eno) é o motivo terpênico que leva por polimerização à borracha. Outros terpenos poderiam ser desenvolvidos, por via química, biológica ou mista, em 25 produtos utilizáveis como biocarburantes ou para fabricar plásticos. Publicações recentes mostram que a via do mevalonato (um intermediário chave na biossíntese dos esteroides em numerosos organismos) poderia ser utilizado de forma a produzir eficazmente produtos da família dos terpenos com rendimentos industriais (Withers ST et al., Appl. Environ Microbiol 2007 73: 30 6277).In the chemical family of alkenes, isoprene (2-methyl-1,3-butadiene) is the terpene motif that leads to rubber polymerization. Other terpenes could be developed, chemically, biologically or mixed, into 25 products that can be used as biofuels or to make plastics. Recent publications show that the mevalonate pathway (a key intermediate in steroid biosynthesis in numerous organisms) could be utilized to effectively produce products from the terpene family with industrial yields (Withers ST et al., Appl. Environ Microbiol 2007 73: 30 6277).

A produção de alcenos terminais (etileno mono- ou bissubstítuí- do na posição 2, H2C = C(R1) (R2) foi aparentemente menos explorada: a produção de iso-butileno a partir de iso-valerato pelo lêvedo Rhodotorula minuta, foi detectada (Fujii T. et al., Appl. Environ. Microbiol. 1988 54 : 583), mas a eficácia dessa conversão, inferior a 1 milionésimo por minuto, seja aproximadamente 1 para 1000 por dia., está longe de permitir uma aplicação industrial. O mecanismo reacional foi elucidado em Fukuda H et al., BBRC 1994 201 : 2 : 516: ele faz intervir uma enzima da família dos citocromos P450 que efetua uma reação de descarboxilação do iso-valerato, por redução de um grupo oxoferrila Fev = O. Em nenhum momento a reação faz intervir a hidroxilação do iso-valerato. O iso-valerato é, por outro lado, um composto intermediário do catabolismo da leucina. A biossíntese maciça de iso-butileno por essa via parece muito desfavorável, já que seria preciso sintetizar e degradar uma molécula de leucina para formar uma molécula de iso-butileno. Enfim, a enzima que catalisa a reação emprega um hemo como cofator, prestando-se mal à expressão recombinante nas bactérias e à me-lhoria dos parâmetros enzimáticos. Por todas essas razões, parece pouco provável que essa via da técnica anterior possa servir de base a um desdobramento industrial. Outros micro-organismos foram mencionados como marginalmente capazes de gerar naturalmente iso-butileno a partir de iso- valerato. Os rendimentos obtidos são ainda menores do que aqueles obtidos, utilizando Rhodotorula minuta (Fukuda H. et al., Agric. Biol. Chem. 1984 48 : 1679).The production of terminal alkenes (mono- or bissubstituted ethylene in position 2, H2C = C(R1) (R2) was apparently less explored: the production of iso-butylene from iso-valerate by the yeast Rhodotorula minuta was detected (Fujii T. et al., Appl. Environ. Microbiol. 1988 54: 583), but the effectiveness of this conversion, less than 1 millionth per minute, be it approximately 1 to 1000 per day, is far from allowing an industrial application. The reaction mechanism was elucidated in Fukuda H et al., BBRC 1994 201 : 2 : 516: it involves an enzyme from the cytochrome P450 family that carries out a decarboxylation reaction of iso-valerate, by reducing an oxoferryl group Fev = O . At no point does the reaction involve the hydroxylation of iso-valerate. Iso-valerate is, on the other hand, an intermediate compound in the catabolism of leucine. The massive biosynthesis of iso-butylene via this route seems very unfavorable, as it would be It is necessary to synthesize and degrade a leucine molecule to form an iso-butylene molecule. Finally, the enzyme that catalyzes the reaction uses heme as a cofactor, making it difficult for recombinant expression in bacteria and for improving enzymatic parameters. For all these reasons, it seems unlikely that this prior art route could serve as the basis for an industrial development. Other microorganisms have been mentioned as marginally capable of naturally generating iso-butylene from isovalerate. The yields obtained are even lower than those obtained using Rhodotorula minuta (Fukuda H. et al., Agric. Biol. Chem. 1984 48: 1679).

Esses mesmos trabalhos constituem também estado da produção natural de propileno: numerosos micro-organismos podem produzir propileno, com um rendimento ainda extremamente baixo.These same works also constitute a state of natural propylene production: numerous microorganisms can produce propylene, with an extremely low yield.

A produção de etileno pelas plantas é descrita há muito tempo (Meigh et al. , 1960 Nature 186 : 902). A metionina constitui o precursor do etileno segundo a via metabólica elucidada (Adams et Yang, PNAS 1979 76 : 170). Uma conversão a partir do 2-oxoglutarato foi também reportada (Ladygina N et al., Process Biochemistry 2006 41:1001). Já que uma única molécula de etileno necessita da produção prévia de uma cadeia de quatro ou cinco átomos de carbono, os balanços material e energéticos de todas essas vias são desfavoráveis e predizem negativamente sua aplicação in- dustrial para a bioprodução de alcenos.The production of ethylene by plants has long been described (Meigh et al., 1960 Nature 186: 902). Methionine constitutes the precursor of ethylene according to the elucidated metabolic pathway (Adams et Yang, PNAS 1979 76: 170). A conversion from 2-oxoglutarate has also been reported (Ladygina N et al., Process Biochemistry 2006 41:1001). Since a single ethylene molecule requires the prior production of a chain of four or five carbon atoms, the material and energy balances of all these pathways are unfavorable and negatively predict their industrial application for the bioproduction of alkenes.

Anteriormente à caracterização das etapas enzimáticas que, nas plantas, convertem em etileno seu verdadeiro precursor metabólico, a S- adenosil-metionina (SAM), via a formação de 1-amino-ciclo propano-1- carboxilato (ACC) (Adams et Yang, PNAS 1979 76: 170), várias outras hipóteses foram propostas na literatura científica para explicar a produção de etileno, dentre as quais a descarboxilação do acrilato (H2C = CH - CO2H), o qual proviría da desidratação do 3-hidróxi-propionato. Vários artigos especulam explicitamente sobre a via metabólica que converteria em etileno, via o acrilato, o 3-hidróxi-propionato, para interpretar experiências de traçagem radioativa do etileno, fornecendo substratos marcados ao 14C a preparados de tecidos vegetais, a beta-alanina-2-14C a extratos de coltiledon de vagem (Stinson and Spencer, Plant Physiol., 1969, 44 : 1217; Thompson and Spencer. Nature 1966, 210 : 5036), e o propionato-2-14C a homogenados de polpa de banana. (Shimokawa et Kasai, Agr. Biol. Chem. 1970 34 : 11 : 1640). Todas essas especulações sobre a implicação de 3-hidróxi propionato e de acrilato na produção metabólica de etileno, que não levaram à caracterização de atividades enzimáticas, desapareceram da literatura científica desde que o papel da metionina, do SAM e do ACC foi descoberto (Hanson et Kende, Plant Physiology 1976 57: 528; Adams et Yang, PNAS 1979 76 : 170).Prior to the characterization of the enzymatic steps that, in plants, convert its true metabolic precursor, S-adenosyl-methionine (SAM), into ethylene via the formation of 1-amino-cycle propane-1-carboxylate (ACC) (Adams et Yang , PNAS 1979 76: 170), several other hypotheses have been proposed in the scientific literature to explain the production of ethylene, including the decarboxylation of acrylate (H2C = CH - CO2H), which would come from the dehydration of 3-hydroxy-propionate. Several articles explicitly speculate about the metabolic pathway that would convert ethylene, via acrylate, to 3-hydroxy-propionate, to interpret radioactive ethylene tracing experiments, providing 14C-labeled substrates to plant tissue preparations, beta-alanine-2 -14C to pod coltyledon extracts (Stinson and Spencer, Plant Physiol., 1969, 44: 1217; Thompson and Spencer. Nature 1966, 210: 5036), and propionate-2-14C to banana pulp homogenates. (Shimokawa et Kasai, Agr. Biol. Chem. 1970 34: 11: 1640). All these speculations about the implication of 3-hydroxy propionate and acrylate in the metabolic production of ethylene, which did not lead to the characterization of enzymatic activities, have disappeared from the scientific literature since the role of methionine, SAM and ACC was discovered (Hanson et al. Kende, Plant Physiology 1976 57: 528; Adams et Yang, PNAS 1979 76: 170).

A requerente não conhece, portanto, atualmente, , um processo eficaz para produzir por síntese microbiológica dos alcenos terminais, tais como o etileno, o propileno, o 1-butileno, o iso-butileno, o 1-amileno ou o iso- amileno. Esse processo permitiria evitar consumir produtos petrolíferos e reduzir os custos de produção de matéria plástica e de carburante. Enfim, poderia eventualmente ter um efeito global importante sobre o meio ambiente, permitindo armazenar carbono sob a forma sólida.Therefore, the applicant does not currently know of an effective process for producing terminal alkenes, such as ethylene, propylene, 1-butylene, iso-butylene, 1-amylene or iso-amylene, by microbiological synthesis. This process would make it possible to avoid consuming petroleum products and reduce the costs of producing plastic and fuel. Ultimately, it could eventually have an important global effect on the environment, allowing carbon to be stored in solid form.

Resumo da InvençãoSummary of the Invention

A presente invenção descreve um processo que permite realizar a síntese de compostos alcenos por via biológica.The present invention describes a process that allows the synthesis of alkene compounds biologically.

A invenção decorre da concepção de uma nova via de síntese de compostos alcenos terminais baseada na conversão de 3-hidróxi- alcanoatos. A invenção é também baseada na demonstração que essa conversão pode ser realizada por via biológica, utilizando uma enzima de tipo descarboxilase ou variantes desta. A invenção pode ser utilizada in vitro em sistemas acelulares, ou utilizando micro-organismos. A invenção visa também a produção dos alcenos a partir de uma fonte de carbono, e notada- mente um hidrato de carbono (notadamente a glicose), um poliol (notada- mente o glicerol), um polímero biodegradável (notadamente o amido, a celulose, o poli-3-hidróxi-alcanoato); a fonte de carbono sendo convertida por um micro-organismo em um intermediário metabólico da família dos 3-hidróxi- alcanoatos, que será em seguida convertido em alceno terminal.The invention arises from the conception of a new route for the synthesis of terminal alkene compounds based on the conversion of 3-hydroxyalkanoates. The invention is also based on the demonstration that this conversion can be carried out biologically, using a decarboxylase-type enzyme or variants thereof. The invention can be used in vitro in acellular systems, or using microorganisms. The invention also aims at the production of alkenes from a carbon source, and notably a carbohydrate (notably glucose), a polyol (notably glycerol), a biodegradable polymer (notably starch, cellulose , poly-3-hydroxyalkanoate); the carbon source being converted by a microorganism into a metabolic intermediate of the 3-hydroxyalkanoate family, which will then be converted into a terminal alkene.

Mais precisamente, um objetivo da invenção reside em um processo de produção de um alceno terminal, caracterizado pelo fato de compreender uma etapa de conversão de um 3-hidróxi-alcanoato em presença de uma enzima que apresenta uma atividade descarboxilase.More precisely, an object of the invention resides in a process for producing a terminal alkene, characterized by the fact that it comprises a step of converting a 3-hydroxy-alkanoate in the presence of an enzyme that has decarboxylase activity.

Um outro objetivo da invenção reside na utilização de compostos 3-hidróxi-alcanoato, a título de composto precursor ou substrato, para produção de compostos alcenos terminais.Another objective of the invention lies in the use of 3-hydroxy-alkanoate compounds, as a precursor compound or substrate, for the production of terminal alkene compounds.

Em modos de realização particulares da invenção: - se converte o 3-hidróxi-propionato em etileno; ou - se converte o 3-hidróxi-butirato em propileno; ou - se converte o 3-hidróxi-valerato em 1-butileno; ou - se converte o 3-hidróxi-3-metil-butirato (ou 3-hidróxi- isovalerato) em iso-butileno; ou - se converte o 3-hidróxi-metil-valerato em iso-amileno.In particular embodiments of the invention: - 3-hydroxypropionate is converted into ethylene; or - 3-hydroxybutyrate is converted into propylene; or - 3-hydroxy-valerate is converted into 1-butylene; or - converts 3-hydroxy-3-methyl-butyrate (or 3-hydroxy-isovalerate) into iso-butylene; or - 3-hydroxy-methyl-valerate is converted into iso-amylene.

A invenção se refere ainda à utilização de uma enzima descarboxilase, ou de um micro-organismo, produzindo uma descarboxilase, para a produção de compostos alcenos terminais a partir de 3-hidróxi-alcanoatos.The invention further relates to the use of a decarboxylase enzyme, or a microorganism, producing a decarboxylase, for the production of terminal alkene compounds from 3-hydroxyalkanoates.

A invenção se refere também a uma composição que compreende um micro-organismo que produz uma descarboxilase, um meio de cultura apropriado e um composto 3-hidróxi-alcanoato, ou uma fonte de carbono convertível pelo micro-organismo em composto 3-hidróxi-alcanoato.The invention also relates to a composition comprising a microorganism that produces a decarboxylase, an appropriate culture medium and a 3-hydroxyalkanoate compound, or a carbon source convertible by the microorganism into a 3-hydroxyalkanoate compound. .

Um outro objeto da invenção se refere a um biocatalisador que compreende uma enzima descarboxilase, ou um micro-organismo que produz uma descarboxilase, descarboxilando em alceno terminal um composto 3-hidróxi-alcanoato.Another object of the invention relates to a biocatalyst comprising a decarboxylase enzyme, or a microorganism that produces a decarboxylase, decarboxylating a 3-hydroxy-alkanoate compound in the terminal alkene.

Um outro objeto da invenção se refere a um composto alceno terminal obtido por um processo, tal como descrito na invenção.Another object of the invention relates to a terminal alkene compound obtained by a process as described in the invention.

Um outro objeto da invenção reside em uma enzima isolada ou purificada tendo uma atividade descarboxilase e compreendendo o total ou parte da sequência SEQ ID NO: 6 ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência de pelo menos 15% com esta.Another object of the invention resides in an isolated or purified enzyme having a decarboxylase activity and comprising all or part of the sequence SEQ ID NO: 6 or an enzyme that has a sequence homology of at least 15% thereto.

Um outro objeto da invenção se refere à utilização de uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e que compreende o total ou parte da sequência SEQ ID NO: 6, ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência de pelo menos 15% com esta, para produzir um alceno terminal.Another object of the invention relates to the use of an enzyme that has a decarboxylase activity and that comprises all or part of the sequence SEQ ID NO: 6, or an enzyme that has a sequence homology of at least 15% with it, to produce a terminal alkene.

Um outro objeto da invenção se refere a um processo de produção de uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e que compreende o total ou parte da sequência SEQ ID NO: 6 ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência de pelo menos 15% com esta, o processo compreendendo a cultura de um micro-organismo que compreende um ácido nucleico recombinante codificando essa sequência em condições que permitem a expressão dessa sequência.Another object of the invention relates to a process for producing an enzyme that has a decarboxylase activity and that comprises all or part of the sequence SEQ ID NO: 6 or an enzyme that has a sequence homology of at least 15% with this, the process comprising culturing a microorganism comprising a recombinant nucleic acid encoding that sequence under conditions that allow expression of that sequence.

Um outro objeto da invenção se refere a um micro-organismo que compreende um ácido nucleico recombinante codificando uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e compreendendo o total ou parte da sequência SEQ ID NO : 6 ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência de pelo menos 15% com esta.Another object of the invention relates to a microorganism that comprises a recombinant nucleic acid encoding an enzyme that has a decarboxylase activity and comprising all or part of the sequence SEQ ID NO: 6 or an enzyme that presents a sequence homology to at least 15% with this one.

DefiniçõesDefinitions

Por "3-hidróxi-alcanoato", define-se no caso qualquer moléculas que compreende como motivo comum o 3-hidróxi-propionato (figura 1), e eventualmente uma ou duas substituições alcoílas sobre o carbono 3. Esses resíduos ou radicais alcoílas podem ser lineares ou ramificados. No presente pedido os termos "alcoíla" e "alquila" têm a mesma significação e são inter- cambiáveis. Da mesma forma os termos "resíduo" e "radical" têm a mesma significação e são intercambiáveis. Os resíduos metila, etila, propila, iso- propila, butila, iso-butila são exemplos desses resíduos alcoílas. O carbono 3 se torna um centro quiral, caso as duas substituições alcoílas sejam diferentes. A presente definição engloba as duas formas quirais, mesmo se uma das duas formas, por exemplo, a forma R, for a principal forma produzida naturalmente. Exemplos de 3-hidróxi-alcanoatos são expostos na figura 3. Eventualmente, substituições alcoílas podem ser acrescentadas sobre o carbono 2, que é então capaz também de se tornar quiral (se os dois substi- tuintes forem diferentes). I nd ife rentemente as configurações dos substratos 3-hidróxi-alcanoatos na presente invenção recobrem o conjunto dos esteroi- sômeros. De maneira preferida, os 3-hidróxi- alcanoatos correspondem seja ao 3-hidróxi-propionato, seja a variantes ou derivados do 3-hidróxi- propionato nos quais um dos dois ou os dois átomos de hidrogênio portados pelo carbono 3 são substituídos por um motivo composto somente de áto-mos de carbono e de hidrogênio, o número de carbono desses substituintes variando de 1 a 5, de preferência de 1 a 3, tal como metila, etila, propila, iso- propila, butila ou isobutila. O sufixo "oato" pode significar no caso seja o íon carboxilato (COO-), seja o ácido carboxílico (COOH). Ele não é utilizado para designar um éster. Em um modo particular, os 3-hidróxi-alcanoatos têm a seguinte fórmula: HO-CO-CH2-C(R1)(R2) -OH, ou O-CO-CH2-C(R1)(R2)-OH."3-hydroxy-alkanoate" is defined in this case as any molecule that comprises 3-hydroxy-propionate as a common motif (figure 1), and possibly one or two alcoholic substitutions on carbon 3. These residues or alcoholic radicals can be linear or branched. In the present application the terms "alcohol" and "alkyl" have the same meaning and are interchangeable. Likewise, the terms "residue" and "radical" have the same meaning and are interchangeable. Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, iso-butyl residues are examples of these alcoholic residues. Carbon 3 becomes a chiral center if the two alcohol substitutions are different. The present definition encompasses both chiral forms, even if one of the two forms, for example the R form, is the main naturally produced form. Examples of 3-hydroxyalkanoates are shown in figure 3. Eventually, alkyl substitutions can be added on carbon 2, which is then also capable of becoming chiral (if the two substituents are different). I ndifferently the configurations of the 3-hydroxyalkanoate substrates in the present invention cover the set of stereoisomers. Preferably, 3-hydroxyalkanoates correspond either to 3-hydroxypropionate or to variants or derivatives of 3-hydroxypropionate in which one of the two hydrogen atoms carried by carbon 3 is replaced by a composed only of carbon and hydrogen atoms, the carbon number of these substituents varying from 1 to 5, preferably from 1 to 3, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl or isobutyl. The suffix "oate" can mean either the carboxylate ion (COO-) or the carboxylic acid (COOH). It is not used to designate an ester. In a particular way, 3-hydroxyalkanoates have the following formula: HO-CO-CH2-C(R1)(R2) -OH, or O-CO-CH2-C(R1)(R2)-OH.

Por "alcenos terminais", entendem-se no sentido da presente invenção as moléculas compostas somente de carbono e de hidrogênio (hi- drocarbonetos insaturados de fórmula CnH2n) compreendendo o etileno e as moléculas orgânicas que derivam do etileno por mono- ou bissubstituição dos dois átomos de hidrogênio ligados ao carbono 2 por radicais alcoílas, lineares ou ramificados. Os alcenos terminais respondem preferencialmente a fórmula H2C =C(R1)(R2), na qual R1 e R2 são escolhidos, independentemente, dentre um átomo de hidrogênio e um radical alcoíla, linear ou ramificado, tendo de preferência de 1 a 4 átomos de carbono, de maneira ainda mais preferida de 1 a 3 átomos de carbono. De preferência, pelo menos um dos dois substituintes do carbono 2 do alceno é um radical alcoila, linear ou ramificado. Os alcenos terminais compreendem os compostos ramificados iso-alcenos, como, por exemplo,o iso-butileno. Exemplos preferidos de compostos alcenos terminais, segundo a invenção são notadamente o etileno o propileno, o iso-butileno, e o iso-amileno (figura 4) ou ainda o 1-butileno e o 1-amileno. "Fonte de carbono designa no caso qualquer composto carbonado utilizável como substrato pelos organismos, de acordo com a invenção. Esse termo engloba a glicose ou qualquer outra hexose, a xilose ou qualquer outra pentose, polióis como glicerol, o sorbitol ou o manitol, ou ainda polímero, tais como o amido, a celulose ou a hemicelulose, ou ainda poli-3-hidróxi- alcanoatos, como poli-3-hidróxi-butirato. Pode tratar-se de qualquer substrato, que permita o crescimento de micro-organismos, como o formato, por exemplo. Pode também tratar-se de CO2 no caso em que o organismo é capaz de realizar a fotossíntese.By "terminal alkenes", in the sense of the present invention we mean molecules composed only of carbon and hydrogen (unsaturated hydrocarbons of the formula CnH2n) comprising ethylene and organic molecules that derive from ethylene by mono- or bisubstitution of the two hydrogen atoms linked to carbon 2 by linear or branched alcoholic radicals. Terminal alkenes preferably respond to the formula H2C =C(R1)(R2), in which R1 and R2 are chosen, independently, from a hydrogen atom and an alcoholic radical, linear or branched, preferably having from 1 to 4 carbon atoms. carbon, even more preferably 1 to 3 carbon atoms. Preferably, at least one of the two substituents on carbon 2 of the alkene is an alkyl radical, linear or branched. Terminal alkenes comprise branched iso-alkene compounds, such as iso-butylene. Preferred examples of terminal alkene compounds according to the invention are notably ethylene, propylene, iso-butylene, and iso-amylene (figure 4) or even 1-butylene and 1-amylene. "Carbon source means in this case any carbon compound usable as a substrate by organisms, according to the invention. This term includes glucose or any other hexose, xylose or any other pentose, polyols such as glycerol, sorbitol or mannitol, or also polymers, such as starch, cellulose or hemicellulose, or even poly-3-hydroxyalkanoates, such as poly-3-hydroxybutyrate. This can be any substrate that allows the growth of microorganisms, such as the shape, for example. It can also be CO2 in the case where the organism is capable of carrying out photosynthesis.

Por "recombinante", designa-se no caso a modificação genética artificial de um organismo, seja por adição, subtração ou modificação de um gene cromossômico ou extracromossômico ou de um motivo de regulagem tal como um promotor, seja por fusão de organismos, seja por adição de um vetor de qualquer natureza, por exemplo, plasmídica. A "expressão recombinante" designa a produção de uma proteína, implicando uma modificação genética, preferencialmente para produzir uma proteína de origem estranha ou heteróloga face a seu hospedeiro, isto é, que não sobrevém naturalmente no hospedeiro de produção, ou para produzir uma proteína endógena modificada ou mutada.By "recombinant", we mean the artificial genetic modification of an organism, whether by addition, subtraction or modification of a chromosomal or extrachromosomal gene or a regulatory motif such as a promoter, whether by fusion of organisms, or by addition of a vector of any nature, for example, plasmid. "Recombinant expression" designates the production of a protein, implying a genetic modification, preferably to produce a protein of foreign or heterologous origin compared to its host, that is, one that does not naturally occur in the production host, or to produce an endogenous protein modified or mutated.

Por "superexpressão" ou "superexpressando", designa-se no caso a expressão recombinante de uma proteína, de preferência oriunda de um organismo diferente daquele no qual ela é expressa, aumentada de 10% pelo menos e, de preferência, de 20%, 50%, 100%, 500% ou eventualmente mais em relação à expressão natural dessa proteína. Entra também no âmbito dessa definição o caso em que não há expressão natural dessa proteína.By "overexpression" or "overexpressing", we mean the recombinant expression of a protein, preferably originating from an organism other than that in which it is expressed, increased by at least 10% and, preferably, by 20%, 50%, 100%, 500% or possibly more in relation to the natural expression of that protein. The case in which there is no natural expression of this protein also falls within the scope of this definition.

Um "cossubstrato" é um produto acrescentado à reação enzimá- tica, de forma melhorar-lhe certos parâmetros e, em primeiro lugar, sua atividade, esse produto e o substrato principal sendo consumidos em quantidades iguais. O cossubstrato deve, portanto, ser acrescentado em concentração comparável àquela do substrato principal. Segundo a enzima, a presença de um cossubstrato pode ser necessária à reação enzimática.A "cosubstrate" is a product added to the enzymatic reaction, in order to improve certain parameters and, firstly, its activity, this product and the main substrate being consumed in equal quantities. The co-substrate must therefore be added in a concentration comparable to that of the main substrate. According to the enzyme, the presence of a cosubstrate may be necessary for the enzymatic reaction.

Um "cofator" é um produto acrescentado à reação enzimática, de forma a melhorar-lhe certos parâmetros e, em primeiro lugar, sua atividade, esse produto não sendo consumido no decorrer da reação, e necessitando, portanto, de ser acrescentado apenas em concentração baixa, proporcional à quantidade de enzima, essa concentração sendo, portanto, dita "catalítica".A "cofactor" is a product added to the enzymatic reaction, in order to improve certain parameters and, firstly, its activity, this product is not consumed during the reaction, and therefore needs to be added only in concentration low, proportional to the amount of enzyme, this concentration being, therefore, said to be "catalytic".

Uma "parte" de uma sequência de ácidos aminados designa um fragmento que compreende pelo menos 10, de preferência, pelo menos 20, 30, 40 ou 50 resíduos de ácidos aminados consecutivos dessa sequência.A "part" of an amino acid sequence means a fragment comprising at least 10, preferably at least 20, 30, 40 or 50 consecutive amino acid residues of that sequence.

Por homologia, entende-se a existência de uma similaridade entre duas sequências tal como ela é medida pela percentagem de identidade entre essas duas sequências.By homology, we mean the existence of a similarity between two sequences as measured by the percentage of identity between these two sequences.

Os compostos químicos são frequentemente conhecidos por vários nomes, oficiais ou de uso. No caso, os nomes habituais das moléculas foram preferidos. Assim: - etileno é utilizado para designar o eteno; - propileno é utilizado para designar o propeno; - butileno é utilizado para designar o buteno; - iso-butileno é utilizado para designar o 2-metil-propeno ou iso- buteno; - amileno é utilizado para designar o penteno; - isoamileno é utilizado para designar o 2-metil-but-1-eno ou iso- penteno; - propionato é utilizado para designar o ácido propanoico ou o íon propanoato; - butirato é utilizado para designar o ácido butanoico ou o íon bu- tanoato; - valerato é utilizado para designar o ácido pentanoico ou o íon pentanoato.Chemical compounds are often known by various names, official or used. In this case, the usual names of the molecules were preferred. Thus: - ethylene is used to designate ethylene; - propylene is used to designate propylene; - butylene is used to designate butene; - iso-butylene is used to designate 2-methyl-propene or iso-butene; - amylene is used to designate pentene; - isoamylene is used to designate 2-methyl-but-1-ene or iso-pentene; - propionate is used to designate propanoic acid or propanoate ion; - butyrate is used to designate butanoic acid or butanoate ion; - valerate is used to designate pentanoic acid or pentanoate ion.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

A invenção descreve notadamente um processo de produção de alcenos terminais, compreendendo uma etapa de descarbonilação enzimáti- ca de compostos 3-hidróxi-alcanoatos. A invenção decorre também da utilização de descarboxilases para catalisar essa reação, e, em particular, de enzimas de tipo mevalonato difosfato descarboxilase, e de substrato, tais como o 3-hidróxi- butirato, o 3-hidróxi-valerato, o 3-hidróxi-3-metil-butirato (ou 3-hidróxi-isovalerato) e o 3-hidróxi-propionato. A invenção descreve a utilização de cofatores, cujo difosfato de etila, o difosfato de propila, o difosfato de metila, análogos dessas moléculas, e o pirofosfato. A invenção descreve ainda a utilização de cossubstratos, tais como ATP ou outros compostos que comportam uma ligação fosfo-anidro.The invention notably describes a process for producing terminal alkenes, comprising an enzymatic decarbonylation step of 3-hydroxyalkanoate compounds. The invention also arises from the use of decarboxylases to catalyze this reaction, and, in particular, enzymes of the mevalonate diphosphate decarboxylase type, and substrate, such as 3-hydroxybutyrate, 3-hydroxyvalerate, 3-hydroxy -3-methyl-butyrate (or 3-hydroxy-isovalerate) and 3-hydroxy-propionate. The invention describes the use of cofactors, including ethyl diphosphate, propyl diphosphate, methyl diphosphate, analogues of these molecules, and pyrophosphate. The invention further describes the use of cosubstrates, such as ATP or other compounds that bear a phospho-anhydrous bond.

A invenção se refere também à utilização de fontes de carbono, tais como a glicose, para produzir diretamente os alcenos terminais, a partir de células totais, a via de síntese passando por 3-hidróxi-alcanoatos.The invention also relates to the use of carbon sources, such as glucose, to directly produce terminal alkenes, from whole cells, the synthesis route going through 3-hydroxy-alkanoates.

A invenção se refere também aos organismos, naturais ou modificados, produzindo, de forma endógena um 3-hidróxi-alcanoato e expressando por outro lado, uma descarboxilase que transforma esses 3-hidróxi- alcanoatos em alcenos terminais.The invention also refers to organisms, natural or modified, endogenously producing a 3-hydroxyalkanoate and expressing, on the other hand, a decarboxylase that transforms these 3-hydroxyalkanoates into terminal alkenes.

Os compostos alcenos produzidos, notadamente o propileno, o etileno e o iso-butileno, são moléculas-chave na indústria dos plásticos e dos carburantes, e sua fabricação industrial por via biológica, a partir de recursos renováveis, constitui uma inovação maior.The alkene compounds produced, notably propylene, ethylene and iso-butylene, are key molecules in the plastics and fuel industry, and their industrial manufacture by biological means, from renewable resources, constitutes a major innovation.

A invenção decorre assim da concepção de uma nova via de síntese de compostos de tipo alceno terminal baseada na conversão de compostos de tipo 3-hidróxi-alcanoato. A invenção demonstra que essa conversão pode ser realizada por via biológica, utilizando uma enzima de tipo descarboxilase, que permite transformar um 3-hidróxi-alcanoato em alceno terminal. Conforme ilustrado na figura 2, essa conversão é feita via um in- termediário reacional de estrutura 3-fosfo-hidróxi-alcanoato.The invention thus arises from the conception of a new route for the synthesis of terminal alkene-type compounds based on the conversion of 3-hydroxy-alkanoate-type compounds. The invention demonstrates that this conversion can be carried out biologically, using a decarboxylase-type enzyme, which allows a 3-hydroxyalkanoate to be transformed into a terminal alkene. As illustrated in figure 2, this conversion is carried out via a reaction intermediate with a 3-phospho-hydroxy-alkanoate structure.

A etapa de conversão, de acordo com a invenção, pode ser realizada in vitro, em presença de uma enzima isolada (ou de um sistema enzi- mático, compreendendo, além disso, um ou vários cofatores) ou em cultura, em presença de um micro-organismo produzindo a enzima.The conversion step, according to the invention, can be carried out in vitro, in the presence of an isolated enzyme (or an enzyme system, further comprising one or more cofactors) or in culture, in the presence of a microorganism producing the enzyme.

Conforme aqui descrito no exemplo 5, uma relação entre o sinal sobre ruído de fundo (medido na ausência de enzima) da taxa de conversão de um fator 100 aproximadamente pode ser observado em certas condições. A afinidade face o 3-hidróxi-isovalerato (HIV) foi medida da ordem de 40 mM. Não estava evidente que essa atividade enzimática, muito significativa, tinha podido ser obtida: com efeito, é bem-conhecido dos bioquímicos que consideram a teoria e a prática da enzimologia que os locais ativos das enzimas contêm elementos estruturais, permitindo o reconhecimento, a ligação e a conversão química de certos substratos específicos. A literatura científica apresenta dados experimentais, indicando que as modificações de tamanho ou de carga elétrica, mesmo menores, são critérios de exclusão para os substratos. Especificamente, nenhuma precisão científica não podia permitir prever que as MDP-descarboxilases poderiam utilizar moléculas de tipo 3- hidróxi-alcanoato como substrato em geral, e, em particular, o 3-hidróxi- isovalerato, este diferindo do mevalonato-difosfato não somente pelo tamanho (MW de 118 contra 308 para o mevalonato difosfato), mas também pelas cargas elétricas do grupo difosfato presente sobre o substrato natural, o mavelonato-difosfato.As described herein in example 5, a ratio of signal over background noise (measured in the absence of enzyme) to the conversion rate of a factor of 100 approximately can be observed under certain conditions. The affinity towards 3-hydroxyisovalerate (HIV) was measured at around 40 mM. It was not evident that this very significant enzymatic activity could be obtained: in fact, it is well-known to biochemists who consider the theory and practice of enzymology that the active sites of enzymes contain structural elements, allowing recognition, binding and the chemical conversion of certain specific substrates. The scientific literature presents experimental data, indicating that changes in size or electrical charge, even minor ones, are exclusion criteria for substrates. Specifically, no scientific precision could allow predicting that MDP-decarboxylases could use molecules of the 3-hydroxy-alkanoate type as a substrate in general, and, in particular, 3-hydroxy-isovalerate, the latter differing from mevalonate-diphosphate not only in that size (MW of 118 versus 308 for mevalonate diphosphate), but also by the electrical charges of the diphosphate group present on the natural substrate, mavelonate-diphosphate.

Em um modo particular, um cofator é acrescentado à reação, de forma a realizar uma complementação esférica ou eletrônica na calha catalítica. O cofator é vantajosamente escolhido dentre o íon pirofosfato, o metil- difosfato, o etil-difosfato, ou o propil-difosfato. Mais geralmente, o cofator é um composto que contém o motivo fosfoanidrido, de fórmula geral R-O- PO2H-O-PO3H2, na qual R é notadamente um átomo de hidrogênio, um resíduo alcoíla, linear ou ramificado ou cíclico, de preferência de 1 a 10 ou de 1 a 5 átomos de carbono, ou qualquer outro radical orgânico monovalente. Os motivos análogos, correspondentes aos mono-ésteres do metileno difosfona- to, de fórmula geral R-O-PO2H-CH2-PO3H2, nos quais o fosfoanidrido é subs-tituído por uma ponte metileno que apresenta a vantagem de não se hidroli- sar, fazem também parte da invenção.In a particular way, a cofactor is added to the reaction, in order to carry out spherical or electronic complementation in the catalytic channel. The cofactor is advantageously chosen from the pyrophosphate ion, methyl diphosphate, ethyl diphosphate, or propyl diphosphate. More generally, the cofactor is a compound that contains the phosphoanhydride motif, with the general formula R-O-PO2H-O-PO3H2, in which R is notably a hydrogen atom, an alcoholic residue, linear or branched or cyclic, preferably from 1 to 10 or 1 to 5 carbon atoms, or any other monovalent organic radical. The analogous motifs, corresponding to methylene diphosphonate monoesters, with the general formula R-O-PO2H-CH2-PO3H2, in which the phosphoanhydride is replaced by a methylene bridge that has the advantage of not being hydrolyzed, make also part of the invention.

Em um modo preferido, a conversão é feita em presença de um cossubstrato, esse cossubstrato sendo, de preferência, um composto que contém um fosfoanidrido e sendo preferencialmente ATP, um rNTP, um dNTP, ou uma mistura de várias dessas moléculas, um polifosfato ou o piro- fosfato. O cossubstrato está geralmente presente no hospedeiro. Todavia, em um outro modo particular, um cossubstrato pode ser acrescentado à reação, escolhido, de preferência dentre ATP, rNTP, dNTP, uma mistura de vários rNTP ou dNTP, um polifosfato, e, de preferência, o pirofosfato, ou um composto contendo um fosfoanidrido (correspondendo à fórmula geral X- PO3H2 da figura 2).In a preferred mode, the conversion is carried out in the presence of a cosubstrate, said cosubstrate being, preferably, a compound containing a phosphoanhydride and preferably being ATP, an rNTP, a dNTP, or a mixture of several of these molecules, a polyphosphate or pyrophosphate. The cosubstrate is generally present in the host. However, in another particular way, a cosubstrate can be added to the reaction, preferably chosen from ATP, rNTP, dNTP, a mixture of several rNTPs or dNTPs, a polyphosphate, and, preferably, pyrophosphate, or a compound containing a phosphoanhydride (corresponding to the general formula X-PO3H2 in figure 2).

Em um modo de aplicação particular da invenção, utiliza-se um micro-organismo que produz a descarboxilase. Em um modo de realização preferido, o micro-organismo é recombinante no sentido em que produz uma descarboxilase heteróloga em relação ao hospedeiro de produção. O processo pode assim ser realizado diretamente no meio de cultura, sem que seja necessário separar ou purificar o sistema enzimático. De maneira particularmente vantajosa, utiliza-se um micro-organismo que tem a propriedade natural ou artificial de produzir um ou vários 3-hidróxi-alcanoatos de forma endógena, e expressando ou superexpressando, por outro lado, uma descarboxilase, natural ou modificada, a fim de produzir alcenos terminais diretamente a partir de uma fonte de carbono presente em solução.In a particular mode of application of the invention, a microorganism that produces decarboxylase is used. In a preferred embodiment, the microorganism is recombinant in the sense that it produces a decarboxylase that is heterologous to the production host. The process can thus be carried out directly in the culture medium, without the need to separate or purify the enzyme system. In a particularly advantageous way, a microorganism is used that has the natural or artificial property of producing one or more 3-hydroxyalkanoates endogenously, and expressing or overexpressing, on the other hand, a decarboxylase, natural or modified, the in order to produce terminal alkenes directly from a carbon source present in solution.

Os micro-organismos utilizados na invenção podem ser procario- tes ou eucariotes, e notadamente bactérias, lêvedos, células vegetais, cogumelos e bolores, células animais. Em um modo particular, os microorganismos são bactérias, notadamente de cepa Alcaligenes eutrophus ou Bacillus megaterium.The microorganisms used in the invention can be prokaryotes or eukaryotes, and notably bacteria, yeast, plant cells, mushrooms and molds, animal cells. In a particular way, the microorganisms are bacteria, notably of the Alcaligenes eutrophus or Bacillus megaterium strain.

Em um outro modo particular, os micro-organismos são bactérias recombinantes de cepa Escherichia coli tendo sido modificadas, de modo a produzir de forma endógena um ou uns 3-hidróxi-alcanoatos e conver- tendo estes em alcenos terminais.In another particular way, the microorganisms are recombinant bacteria of the Escherichia coli strain having been modified to endogenously produce one or more 3-hydroxyalkanoates and converting these into terminal alkenes.

Em um outro modo particular os micro-organismos são lêvedos recombinantes, produzindo 3-hidróxi-alcanoatos e convertendo estes em alcenos terminais.In another particular way, microorganisms are recombinant yeasts, producing 3-hydroxyalkanoates and converting these into terminal alkenes.

Em um outro modo particular, utiliza-se um micro-organismo produtor de um ou vários 3-hidróxi-alcanoatos, por um lado, e uma descarboxilase, eventualmente expressa por um segundo micro-organismos, por outro lado. Eventualmente, cultivam-se e utilizam-se concomitantemente os dois organismos no processo, de acordo com a invenção.In another particular way, a microorganism producing one or more 3-hydroxyalkanoates is used, on the one hand, and a decarboxylase, possibly expressed by a second microorganism, on the other hand. Eventually, the two organisms are cultivated and used concomitantly in the process, according to the invention.

Em um outro modo particular, plantas inteiras ou animais, even-tualmente modificados por transgênese, são utilizados para produzir alcenos terminais a partir de 3-hidróxi-alcanoatos, quer estes sejam produzidos de maneira endógena ou fornecidos de maneira exógena.In another particular way, whole plants or animals, eventually modified by transgenesis, are used to produce terminal alkenes from 3-hydroxyalkanoates, whether they are produced endogenously or supplied exogenously.

Em um outro modo particular de utilização, utiliza-se um micro-organismo fotossintético que tem a propriedade natural ou artificial de produzir um ou vários 3-hidróxi-alcanoatos, de forma endógena, e superexpres- sando, por outro lado, uma descarboxilase, natural ou modificada, a fim de produzir alcenos terminais diretamente a partir de CO2 presente em solução. De preferência, o micro-organismo é uma bactéria fotossintética, ou microalgaIn another particular mode of use, a photosynthetic microorganism is used that has the natural or artificial property of producing one or more 3-hydroxyalkanoates, endogenously, and overexpressing, on the other hand, a decarboxylase, natural or modified, in order to produce terminal alkenes directly from CO2 present in solution. Preferably, the microorganism is a photosynthetic bacterium, or microalgae

Os organismos descritos acima representam outros objetos da presente invenção, da mesma forma que sua utilização para a produção de compostos alcenos terminais.The organisms described above represent other objects of the present invention, as well as their use for the production of terminal alkene compounds.

Conforme será descrito na sequência, o processo da invenção pode ser feito em microaerofilia.As will be described below, the process of the invention can be carried out in microaerophilia.

Por outro lado, em um modo de realização preferido, o processo é realizado em presença de um sistema de coleta gasosa dos alcenos terminais, desgaseificante da reação.On the other hand, in a preferred embodiment, the process is carried out in the presence of a gas collection system for the terminal alkenes, degassing the reaction.

Por descarboxilase, entende-se qualquer enzima capaz de converter um 3-hidróxi-alcanoato com um número n de átomos de carbono em um composto alceno terminal com um número n-1 de átomos de carbono. Conforme ilustrado na figura 2, o processo da invenção é feito, de preferên- cia, via um intermediário reacional 3-fosfo-hidróxi-alcanoato, e a enzima utilizada apresenta vantajosamente uma atividade descarboxilase e uma atividade fosforilase.By decarboxylase is meant any enzyme capable of converting a 3-hydroxyalkanoate with n number of carbon atoms into a terminal alkene compound with n-1 number of carbon atoms. As illustrated in figure 2, the process of the invention is preferably carried out via a 3-phospho-hydroxy-alkanoate reaction intermediate, and the enzyme used advantageously presents a decarboxylase activity and a phosphorylase activity.

Em um modo particular de utilização, a descarboxilase é um re-presentante da superfamília filogenética do mevalonato-difosfato (MDP) des-carboxilase (nomenclatura enzimática EC 4.1.133), isto é, uma enzima, natural ou artificial, especificada por um gene nativo ou sintético, eventualmente capaz de catalisar a reação apresentada na figura 2.In a particular mode of use, decarboxylase is a representative of the phylogenetic superfamily of mevalonate diphosphate (MDP) decarboxylase (enzyme nomenclature EC 4.1.133), that is, an enzyme, natural or artificial, specified by a gene native or synthetic, eventually capable of catalyzing the reaction shown in figure 2.

A MDP descarboxilase é uma enzima implicada na biossíntese do colesterol. Essa enzima foi isolada a partir de organismos diversos, tais como os animais, os cogumelos, os lêvedos e certas bactérias. Ela poderia também ser expressa por certas plantas (Lalitha et ai., 1985). Numerosos genes que especificam essa enzima foram clonados e sequenciados. Essas enzimas são geralmente compostas de 300 a 400 ácidos aminados e faze intervir ATP como cossubstrato, que é transformado no decorrer da reação em ADP e em fosfato inorgânico. O grupamento fosfato é transferido da molécula de ATP ao álcool terciário do mevalonato difosfato, liberando ADP. O intermediário reacional fosfonilado sobre o grupo 3-hidroxila sofre em seguida uma eliminação do grupo fosfato, liberando no caso fisiológico o isopen- tenil-pirofosfato (figura 2).MDP decarboxylase is an enzyme involved in the biosynthesis of cholesterol. This enzyme was isolated from different organisms, such as animals, mushrooms, yeast and certain bacteria. It could also be expressed by certain plants (Lalitha et al., 1985). Numerous genes that specify this enzyme have been cloned and sequenced. These enzymes are generally composed of 300 to 400 amino acids and involve ATP as a cosubstrate, which is transformed during the reaction into ADP and inorganic phosphate. The phosphate group is transferred from the ATP molecule to the tertiary alcohol of mevalonate diphosphate, releasing ADP. The phosphonylated reaction intermediate on the 3-hydroxyl group then undergoes elimination of the phosphate group, releasing isopentenyl-pyrophosphate in the physiological case (figure 2).

A estrutura tridimensional de várias enzimas dessa família foi resolvida. Relativamente poucos trabalhos foram feitos até hoje sobre as enzimas dessa família, que foram estudadas apenas no âmbito da descrição precisa da via de biossíntese do colesterol. Ao contrário, nenhum estudo foi ainda feito para desviar essa enzima de sua função natural e fazê-la um catalisador industrial.The three-dimensional structure of several enzymes in this family has been solved. Relatively little work has been done to date on the enzymes of this family, which have only been studied within the scope of the precise description of the cholesterol biosynthesis pathway. On the contrary, no study has yet been done to divert this enzyme from its natural function and make it an industrial catalyst.

Vários exemplos de MDP descarboxilase s provenientes de diferentes organismos são dados nas sequências SEQ ID NO : 1 à SEQ ID NO : 16.Several examples of MDP decarboxylases from different organisms are given in the sequences SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 16.

Assim, em um modo de realização preferido, a enzima utilizada é uma descarboxilase, compreendendo, de preferência, uma sequência em ácidos aminados escolhida dentre SEQ ID Nos : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, ou uma sequência que apresenta pelo menos 15% de homologia de sequência com uma destas e conservando uma atividade descarboxilase. Enzimas preferidas comportam vantajosamente pelo menos 50% de homologia de sequência, preferencialmente pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 85%, ainda mais preferencialmente, preferen-cialmente pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 85%, ainda mais preferencialmente, pelo menos 90, 95, 96, 97, 98 ou 99% de homologia de sequência com uma das sequências primárias SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 e 16. O grau de homologia de sequência pode ser determinado por diferentes métodos e por meio de programas conhecidos do técnico, como, por exemplo, segundo o método CLUSTAL ou os programas BLAST ou derivados, ou utilizando um algoritmo de comparação de sequências, tal como aquele de Needleman et Wunsch (J. Mol. Biol. 1970 48: 443 ) ou de Smith et Waterman (J. Mol. Biol. 1981 147 : 195).Thus, in a preferred embodiment, the enzyme used is a decarboxylase, preferably comprising an amino acid sequence chosen from SEQ ID Nos: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 or 16, or a sequence that shows at least 15% sequence homology with one of these and retains a decarboxylase activity. Preferred enzymes advantageously comprise at least 50% sequence homology, preferably at least 80%, more preferably at least 85%, even more preferably, preferably at least 80%, more preferably at least 85%, even more preferably at least least 90, 95, 96, 97, 98 or 99% sequence homology to one of the primary sequences SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4.5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16. The degree of sequence homology can be determined by different methods and by means of programs known to the person skilled in the art, such as, for example, according to the CLUSTAL method or BLAST programs or derivatives, or using a sequence comparison, such as that of Needleman et Wunsch (J. Mol. Biol. 1970 48: 443) or that of Smith et Waterman (J. Mol. Biol. 1981 147: 195).

Uma descarboxilase preferida da invenção está representada pela enzima da sequência SEQ ID NO: 6, assim como qualquer enzima que apresenta uma homologia de sequência significativa com esta. Enzimas preferidas comportam vantajosamente pelo menos 50% de homologia de sequência, preferencialmente pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 85%, ainda mais preferencialmente, pelo menos 90, 95, 96, 97, 98 ou 99% de homologia de sequência com a sequência primária SEQ ID NO : 6. Essa enzima foi clonada a partir de Picrophilus tomidus e produzida por via recombinante no âmbito da presente invenção. Conforme ilustrado nos exemplos, essa enzima é particularmente eficaz para produzir compostos alcenos terminais segundo apresente invenção. Essa enzima representa também um objeto da presente invenção, da mesma forma que seu preparo e sua utilização como catalisador. Notadamente, um objeto da invenção reside na utilização de uma enzima descarboxilase, compreendendo o total ou parte de SEQ ID NO : 6 ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência significativa e, de preferência, de pelo menos 15% com SEQ ID NO : 6, para a produção de compostos alcenos terminais. Por homologia de sequência significativa, entende-se uma homologia de sequência detectável, utilizando os algoritmos anteriormente citados, e, de preferência, uma homo- logia de sequência superior a 15%. Os organismos filogeneticamente mais próximos de Picrophilus tornidus, tais como Ferroplasma acidamanus, Thermoplasma acidophilum, Thermoplasma volcanium e Picrophilus oshi- mae são capazes de produzir os MDP descarboxilases os mais próximos daquela da SEQ ID NO 6. A homologia de sequência face a SEQ ID NO 6 da MDP descarboxilase de Thermoplasma acidophilum (AC número Q9HIN1) é assim de 38%; aquela de Thermoplasma volcanium (Q97BY2) é homóloga à SEQ ID NO 6 a 42% aproximadamente. A utilização dessas MDP descarboxilases é particularmente considerada na presente invenção.A preferred decarboxylase of the invention is represented by the enzyme of the sequence SEQ ID NO: 6, as well as any enzyme that has significant sequence homology thereto. Preferred enzymes advantageously comprise at least 50% sequence homology, preferably at least 80%, more preferably at least 85%, even more preferably at least 90, 95, 96, 97, 98 or 99% sequence homology to the primary sequence SEQ ID NO: 6. This enzyme was cloned from Picrophilus tomidus and produced recombinantly within the scope of the present invention. As illustrated in the examples, this enzyme is particularly effective for producing terminal alkene compounds according to the present invention. This enzyme also represents an object of the present invention, as does its preparation and use as a catalyst. Notably, an object of the invention resides in the use of a decarboxylase enzyme, comprising all or part of SEQ ID NO: 6 or an enzyme that presents a significant sequence homology and, preferably, of at least 15% with SEQ ID NO: : 6, for the production of terminal alkene compounds. By significant sequence homology, we mean a detectable sequence homology, using the aforementioned algorithms, and, preferably, a sequence homology greater than 15%. The organisms phylogenetically closest to Picrophilus tornidus, such as Ferroplasma acidamanus, Thermoplasma acidophilum, Thermoplasma volcanium and Picrophilus oshimae are capable of producing the MDP decarboxylases closest to that of SEQ ID NO 6. Sequence homology to SEQ ID NO 6 of MDP decarboxylase from Thermoplasma acidophilum (AC number Q9HIN1) is thus 38%; that of Thermoplasma volcanium (Q97BY2) is approximately 42% homologous to SEQ ID NO 6. The use of these MDP decarboxylases is particularly considered in the present invention.

Outras enzimas de tipo descarboxilase, naturais ou sintéticas, podem ser selecionadas por sua capacidade de produzir alcenos terminais, de acordo com a invenção. Assim, um teste de seleção compreende a colocação em contato da enzima purificada, ou de um micro-organismo que produz a enzima, como substrato da reação e medida da produção do composto alceno terminal. Exemplos desses testes são fornecidos na parte experimental, que expõe testes sobre mais de 60 enzimas diferentes.Other decarboxylase-type enzymes, natural or synthetic, can be selected for their ability to produce terminal alkenes, according to the invention. Thus, a selection test involves contacting the purified enzyme, or a microorganism that produces the enzyme, as a substrate for the reaction and measuring the production of the terminal alkene compound. Examples of these tests are provided in the experimental part, which presents tests on more than 60 different enzymes.

A enzima utilizada pode ser qualquer descarboxilase natural ou produzida ou otimizada de maneira artificial. Em particular, utiliza-se vantajo-samente uma descarboxilase que apresenta uma atividade otimizada face um ou vários 3-hidróxi-alcanoatos.The enzyme used can be any natural decarboxylase or one produced or optimized artificially. In particular, a decarboxylase is advantageously used which has optimized activity against one or more 3-hydroxyalkanoates.

A enzima pode ser produzida ou selecionada, a partir de uma descarboxilase de referência (natural ou ele próprio já simétrica ou otimizada), por técnicas de engenharia das proteínas, tais como a mutagênese aleatória, a mutagênese maciça, a mutagênese dirigida, o DNA "shuffling", o "shuffling" sintético, a evolução in vivo, ou a síntese completa de genes.The enzyme can be produced or selected, from a reference decarboxylase (natural or already symmetric or optimized), by protein engineering techniques, such as random mutagenesis, massive mutagenesis, directed mutagenesis, DNA " shuffling", synthetic "shuffling", in vivo evolution, or complete gene synthesis.

Em relação a isso, um objeto da invenção se refere também a um processo de preparo de uma enzima que tem uma atividade descarboxilase face a um substrato 3-hidróxi-alcanoato, o processo compreendendo uma etapa de tratamento de uma fonte de enzima e a seleção de uma enzima que tem propriedades aumentadas face a esse substrato, por comparação à enzima não tratada.In this regard, an object of the invention also relates to a process for preparing an enzyme that has decarboxylase activity towards a 3-hydroxy-alkanoate substrate, the process comprising a step of treating an enzyme source and selecting of an enzyme that has increased properties compared to the untreated enzyme.

A enzima utilizada na invenção pode assim ser natural ou sintética, e produzida por via química, biológica, ou genética. Ela pode também ser modificada quimicamente, por exemplo, para melhorar sua atividade, sua resistência, sua especificidade, sua purificação, ou para imobilizá-la sobre suporte.The enzyme used in the invention can therefore be natural or synthetic, and produced chemically, biologically, or genetically. It can also be chemically modified, for example, to improve its activity, resistance, specificity, purification, or to immobilize it on support.

A invenção é caracterizada pela utilização de uma descarboxilase, em particular uma MDP descarboxilase natural ou modificada, para converter 3-hidróxi-alcanoatos em alcenos terminais.The invention is characterized by the use of a decarboxylase, in particular a natural or modified MDP decarboxylase, to convert 3-hydroxyalkanoates into terminal alkenes.

O substrato natural da MDP descarboxilase é o mevalonato difosfato, que não entra na definição dos 3-hidróxi-alcanoatos.The natural substrate of MDP decarboxylase is mevalonate diphosphate, which is not included in the definition of 3-hydroxyalkanoates.

A reação genérica realizada pela MDP carboxilase, utilizando diversos 3-hidróxi-alcanoatos está representada na figura 2B. Concebe-se que essas reações levam diretamente e em uma única etapa a alcenos terminais.The generic reaction carried out by MDP carboxylase, using different 3-hydroxy-alkanoates, is represented in figure 2B. It is assumed that these reactions lead directly and in a single step to terminal alkenes.

Em um primeiro modo de realização, utiliza-se a enzima nativa ou recombinante, purificada ou não, para transformar um 3-hidróxi-alcanoato em alceno terminal. Para isso, incuba-se o preparado de enzima em presença de substrato em condições físico-químicas, permitindo à enzima ser ativa e deixa-se a incubação ocorrer durante um tempo suficiente. Ao final da incubação, mede-se eventualmente a presença do alceno terminal, utilizando qualquer sistema de detecção conhecido do técnico como a cromatografia em fase gasosa ou testes colorimétricos, permitindo medir o aparecimento do produto Alceno, de fosfato livre, ou ainda permitindo medir o desaparecimento do substrato 3-hidróxi-alcanoato ou da ATP.In a first embodiment, the native or recombinant enzyme, purified or not, is used to transform a 3-hydroxyalkanoate into a terminal alkene. To do this, the enzyme preparation is incubated in the presence of a substrate under physicochemical conditions, allowing the enzyme to be active and incubation is allowed to occur for a sufficient time. At the end of the incubation, the presence of the terminal alkene is eventually measured, using any detection system known to the technician, such as gas chromatography or colorimetric tests, allowing the appearance of the Alkene product, free phosphate, to be measured, or even allowing the measurement of the disappearance of the substrate 3-hydroxyalkanoate or ATP.

Em um modo de realização preferida, cofatores são acrescentados de forma a imitar ao máximo a reação natural. Com efeito, os 3-hidróxi- alcanoatos têm uma estrutura correspondente geralmente a um fragmento do MDP, e um espaço importante da calha catalítica é deixado vazio quando da associação enzima/substrato. O preenchimento desse espaço por um cofator que substitui a parte faltante no substrato tem por fundamento imitar o mais próximo possível a molécula de MDP. Não se achando modificado pela reação, o cofator deverá, portanto, ser acrescentado à reação apenas em quantidades catalíticas. No caso em que o substrato da reação e o 3- hidróxi- propionato, o cofator complementar será o propil-difosfato. No caso em que o substrato é o 3-hidróxi-butirato ou o 3-hidróxi-3-metil-butirato, o cofator complementar será o etil-difosfato. No caso em que o substrato é o 3-hidróxi-valerato ou o 3-hidróxi-3-metil-valerato, o cofator complementar será o metil-difosfato. Essas diferentes moléculas são apresentadas na figura 5. Incidentemente, poderá sobrevir que o cofator complementar de uma reação tenha um efeito positivo sobre a reação de um outro substrato. Geralmente, o cofator pode ser não importa qual molécula, compreendendo um fosfoanidrido e tendo, portanto, por fórmula geral R-PO2H-O-PO3H2, na qual R é notadamente H, um resíduo alcoíla, linear, ramificado ou cíclico, ou qualquer outro radical orgânico monovalente. Os motivos análogos correspondentes aos monoésteres do metileno difosfanato, de fórmula geral R-O- PO2H-CH2-PO3H2, nos quais o fosfoanidrido é substituído por uma ponte de metileno que apresenta a vantagem de não se hidrolisar, fazem também parte da invenção.In a preferred embodiment, cofactors are added in order to imitate the natural reaction as much as possible. In fact, 3-hydroxyalkanoates have a structure generally corresponding to an MDP fragment, and an important space in the catalytic channel is left empty during the enzyme/substrate association. The purpose of filling this space with a cofactor that replaces the missing part of the substrate is to imitate the MDP molecule as closely as possible. Since it is not modified by the reaction, the cofactor must, therefore, be added to the reaction only in catalytic quantities. In the case where the reaction substrate is 3-hydroxypropionate, the complementary cofactor will be propyl diphosphate. In the case where the substrate is 3-hydroxy-butyrate or 3-hydroxy-3-methyl-butyrate, the complementary cofactor will be ethyl diphosphate. In the case where the substrate is 3-hydroxy-valerate or 3-hydroxy-3-methyl-valerate, the complementary cofactor will be methyl-diphosphate. These different molecules are shown in figure 5. Incidentally, it may happen that the complementary cofactor of a reaction has a positive effect on the reaction of another substrate. Generally, the cofactor may be no matter which molecule, comprising a phosphoanhydride and therefore having the general formula R-PO2H-O-PO3H2, in which R is notably H, an alcoholic, linear, branched or cyclic residue, or any other monovalent organic radical. Analogous motifs corresponding to methylene diphosphanate monoesters, with the general formula R-O-PO2H-CH2-PO3H2, in which the phosphoanhydride is replaced by a methylene bridge that has the advantage of not being hydrolyzed, are also part of the invention.

Mais geralmente, os cofatores podem ser os análogos monofos- fatos, até mesmo sem fosfato, moléculas precedentes, ou ainda qualquer molécula capaz de melhorar o rendimento da reação, efetuando-se uma complementação estérica ou eletrônica no local catalítico da enzima.More generally, cofactors can be monophosphate analogues, even without phosphate, preceding molecules, or any molecule capable of improving the reaction yield, carrying out steric or electronic complementation in the catalytic site of the enzyme.

Em um modo de realização particular, um cossubstrato é acrescentado à reação. Esse cossubstrato pode ser seja o ATP, isto é, o cossubstrato natural da MDP descarboxilase, seja qualquer dNTP (ribonucleosídeo trifosfato) ou dNTP (desóxirribonucleosídeo trifosfato) ou qualquer mistura de rNTP ou de NTP, ou ainda pirofosfato, ou um outro polifosfato, ou ainda qualquer molécula contendo um grupamento fosfoanidrido (X-PO3H2 da figura 2).In a particular embodiment, a cosubstrate is added to the reaction. This cosubstrate can be either ATP, that is, the natural cosubstrate of MDP decarboxylase, or any dNTP (ribonucleoside triphosphate) or dNTP (deoxyribonucleoside triphosphate) or any mixture of rNTP or NTP, or even pyrophosphate, or another polyphosphate, or also any molecule containing a phosphoanhydride group (X-PO3H2 in figure 2).

Em um modo preferido de realização, utiliza-se para transformar um 3-hidróxi-alcanoato em alceno terminal uma enzima que apresenta uma homologia de sequência de pelo menos 15%, e, de preferência, de pelo menos 30%, 50%, e ainda mais preferencialmente de pelo menos 80, 90, 95, 96, 97, 98 ou 99% com uma enzima natural que apresenta uma atividade descarboxilase e, em particular, com uma das enzimas correspondentes às sequências SEQ ID : 1 a 16. Notadamente, a enzima pode ter sido modificada por engenharia a partir de uma das enzimas SEQ ID: 1 a 16, ou de qualquer outra descarboxilase identificada a partir de outras origens. Essa enzima pode ter perdido sua atividade MDP descarboxilase notadamente por engenharia do gene em laboratório, mas também quando da evolução natural (pode-se então falar de vestígio de MDP descarboxilase) e conservado ou aumentado sua atividade sobre uma ou várias moléculas de tipo 3- hidróxi-alcanoato. A geração de variantes dessas enzimas, mais reagentes para com esses substratos, permite melhorar o rendimento da reação, de acordo com a invenção. Assim, a reatividade da MDP descarboxilase de tipo selvagem face os 3-hidróxi-alcanoatos não é necessariamente ótima. Todas as abordagens conhecidas do técnico para realizar e selecionar essas variantes, tais como a mutagênese aleatória, a mutagênese dirigida, a mutagênese maciça, a mistura de genes (DNA-"shuffling") ou a evolução in vivo podem ser utilizadas.In a preferred embodiment, an enzyme is used to transform a 3-hydroxyalkanoate into a terminal alkene that has a sequence homology of at least 15%, and preferably at least 30%, 50%, and even more preferably at least 80, 90, 95, 96, 97, 98 or 99% with a natural enzyme that exhibits decarboxylase activity and, in particular, with one of the enzymes corresponding to the SEQ ID sequences: 1 to 16. Notably, the enzyme may have been engineered from one of the enzymes SEQ ID: 1 to 16, or from any other decarboxylase identified from other sources. This enzyme may have lost its MDP decarboxylase activity notably through gene engineering in the laboratory, but also through natural evolution (one can then speak of a trace of MDP decarboxylase) and retained or increased its activity on one or more molecules of type 3- hydroxyalkanoate. The generation of variants of these enzymes, more reactive towards these substrates, makes it possible to improve the reaction yield, in accordance with the invention. Thus, the reactivity of wild-type MDP decarboxylase towards 3-hydroxyalkanoates is not necessarily optimal. All approaches known to the person skilled in the art to realize and select these variants, such as random mutagenesis, directed mutagenesis, massive mutagenesis, gene shuffling (DNA-shuffling) or in vivo evolution can be used.

A invenção é também caracterizada pela utilização de uma enzima totalmente artificial, obtida por concepção e realização de um gene sintético que especifica uma enzima inédita coma finalidade de converter um 3- hidróxi-alcanoato em alceno terminal, utilizando ou não os dados conhecidos das MDP descarboxilase para concebê-lo.The invention is also characterized by the use of a totally artificial enzyme, obtained by designing and creating a synthetic gene that specifies a new enzyme for the purpose of converting a 3-hydroxy-alkanoate into a terminal alkene, using or not the known data of MDP decarboxylase. to conceive it.

Um outro objeto da invenção reside em uma enzima isolada ou purificada que tem uma atividade descarboxilase e compreendendo o total ou parte da sequência SEQ ID NO : 6.Another object of the invention resides in an isolated or purified enzyme having a decarboxylase activity and comprising all or part of the sequence SEQ ID NO: 6.

Um outro objeto da invenção se refere à utilização de uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e que compreende o total ou parte da sequência SEQ ID NO : 6, ou de uma enzima que apresenta uma ho- mologia de sequência tal como descrita acima, para produzir um alceno terminal. Em uma variante, a sequência pode compreender, além disso, resíduos suplementares, como, por exemplo, uma etiqueta Histidina em N- terminal.Another object of the invention relates to the use of an enzyme that has a decarboxylase activity and that comprises all or part of the sequence SEQ ID NO: 6, or of an enzyme that presents a sequence homology as described above, for produce a terminal alkene. In a variant, the sequence may further comprise additional residues, such as, for example, an N-terminal Histidine tag.

Um outro objeto da invenção se refere a um processo de produ- ção de uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e compreendendo o total ou parte da sequência SEQ ID NO : 6, ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência tal como descrita acima, o processo compreendendo a cultura de um micro-organismo que compreende um ácido nucleico recombinante codificando essa sequência em condições que permitem a expressão dessa sequência. Nesse contexto, a presente invenção descreve, além do ácido nucleico nativo (SEQ ID NO : 19), um ácido nucleico que apresenta uma sequência otimizada pela expressão da enzima SEQ ID NO : 6 em bactérias, notadamente em E.coli (SEQ ID NO : 17). Esse áci-do nucleico, da mesma forma que qualquer ácido nucleico otimizado (isto é, permitindo uma expressão melhorada de 30% pelo menos em relação à sequência selvagem) representa um objeto do presente pedido.Another object of the invention relates to a process for producing an enzyme that has a decarboxylase activity and comprising all or part of the sequence SEQ ID NO: 6, or an enzyme that presents a sequence homology as described above , the process comprising culturing a microorganism comprising a recombinant nucleic acid encoding that sequence under conditions that allow expression of that sequence. In this context, the present invention describes, in addition to the native nucleic acid (SEQ ID NO: 19), a nucleic acid that presents a sequence optimized by the expression of the enzyme SEQ ID NO: 6 in bacteria, notably in E.coli (SEQ ID NO : 17). This nucleic acid, in the same way as any optimized nucleic acid (that is, allowing an improved expression of at least 30% in relation to the wild-type sequence) represents an object of the present application.

Um outro objeto da invenção se refere a um micro-organismo que compreende um ácido nucleico recombinante codificando uma enzima que tem uma atividade descarboxilase e compreende toda ou parte da sequência SEQ ID NO : 6, ou de uma enzima que apresenta uma homologia de sequência tal como descrita acima. O micro-organismo é, de preferência, uma bactéria, um lêvedo ou um cogumelo. A invenção se refere também a qualquer planta ou animal não humano, que compreende um ácido nucleico recombinante codificando uma descarboxilase, de acordo com a invenção.Another object of the invention relates to a microorganism that comprises a recombinant nucleic acid encoding an enzyme that has a decarboxylase activity and comprises all or part of the sequence SEQ ID NO: 6, or an enzyme that presents a sequence homology such as described above. The microorganism is preferably a bacterium, a yeast or a mushroom. The invention also relates to any non-human plant or animal, which comprises a recombinant nucleic acid encoding a decarboxylase, according to the invention.

Em um modo de realização, a MDO descarboxilase é utilizada sob uma forma purificada para transformar 3-hidróxi-alcanoatos em alcenos terminais. Todavia, os custos associados a esse processo são elevados, os custos de produção e de purificação da enzima e dos substratos sendo importantes.In one embodiment, MDO decarboxylase is used in a purified form to transform 3-hydroxyalkanoates into terminal alkenes. However, the costs associated with this process are high, with the production and purification costs of the enzyme and substrates being important.

Em um outro modo de realização, a MDP descarboxilase está presente na reação sob a forma de um extrato não purificado, ou ainda sob a forma de bactérias não lisadas, a fim de economizar os custos de purificação da proteína. Todavia, os custos associados a esse processo são ainda bastante elevados por causa dos custos de produção e de purificação dos substratos.In another embodiment, MDP decarboxylase is present in the reaction in the form of a non-purified extract, or even in the form of non-lysed bacteria, in order to save the costs of purifying the protein. However, the costs associated with this process are still quite high due to the production and purification costs of the substrates.

Em um outro modo de realização da invenção, o processo utiliza um organismo vivo que produz a enzima que permite realizar a conversão. A invenção é assim também caracterizada pela modificação por engenharia genética de uma cepa bacteriana produtora de um ou de vários 3-hidróxi- alcanoato (por exemplo, Alcaligenes eutrophus ou Bacillus megaterium ou ainda uma cepa de E. coli modificada em laboratório, de forma a produzir esse(s) produto(s)), de forma que essa cepa bacteriana superexprime a descarboxilase, essa enzima sendo, de preferência, oriunda de um organismo diferente do micro-organismo hospedeiro, e possa gerar diretamente um ou vários alceno(s) terminal(is). A modificação genética pode consistir em uma integração cromossômica de um gene da descarboxilase, a expressão da enzima por um plasmídeo contendo um promotor a montante da sequência codificante da enzima, o promotor e a sequência codificante sendo, de preferência, oriundos de organismos diferentes, ou de qualquer outro meio conhecido do técnico. Alternadamente, outras bactérias ou lêvedos podem apresentar vantagens particulares e serem retidos. Assim, um lêvedo, tal como Saccharomyces cerevisiae, uma bactéria extremófila tal como Thermus thermophilus, ou bactérias anaeróbicas da família dos Clostridiae, por exemplo, microalgas, bactérias fotossintéticas podem ser utilizadas. De forma a produzir otimamente o(s) 3-hidróxi-alcanoato(s), que serão em seguida convertidos em alcenos terminais, as cepas podem também ter sido modificadas por engenharia genética, isto é, por recombinação in vitro ou por evolução dirigida in vivo.In another embodiment of the invention, the process uses a living organism that produces the enzyme that allows the conversion to be carried out. The invention is thus also characterized by the modification by genetic engineering of a bacterial strain producing one or more 3-hydroxyalkanoate (for example, Alcaligenes eutrophus or Bacillus megaterium or even a strain of E. coli modified in the laboratory, so as to produce this product(s)), so that this bacterial strain overexpresses decarboxylase, this enzyme preferably originating from an organism other than the host microorganism, and can directly generate one or more alkene(s) terminal(s). Genetic modification may consist of chromosomal integration of a decarboxylase gene, expression of the enzyme by a plasmid containing a promoter upstream of the enzyme coding sequence, the promoter and coding sequence preferably originating from different organisms, or by any other means known to the technician. Alternately, other bacteria or yeast may present particular advantages and be retained. Thus, a yeast such as Saccharomyces cerevisiae, an extremophile bacterium such as Thermus thermophilus, or anaerobic bacteria from the Clostridiae family, e.g. microalgae, photosynthetic bacteria can be used. In order to optimally produce the 3-hydroxyalkanoate(s), which will then be converted into terminal alkenes, the strains may also have been modified by genetic engineering, i.e., by in vitro recombination or by in vitro directed evolution. alive.

Em um modo de realização, o processo da invenção é caracterizado pela transformação de uma fonte de carbono, tal como a glicose, em 3- hidróxi-alcanoato, depois pela transformação desse produto primário em produto secundário, isto é, em alceno terminal. As diferentes etapas desse processo são explicitadas na figura 6.In one embodiment, the process of the invention is characterized by transforming a carbon source, such as glucose, into 3-hydroxyalkanoate, then transforming this primary product into a secondary product, that is, into a terminal alkene. The different stages of this process are explained in figure 6.

Em um modo de realização particular, a invenção é caracterizada pela transformação de poli-hidroxialcanoatos em 3-hidróxi-alcanoato, utilizando uma enzima ou um processo fisco-químico adaptado, depois pela transformação desse produto primário em produto secundário, isto é, em alceno terminal. Eventualmente, o poli-hidroxialcanoato foi produzido por uma planta tendo sido modificada a nível de suas vias metabólicas, de forma a produzir altos rendimentos de poli-hidroxialcanoato.In a particular embodiment, the invention is characterized by the transformation of polyhydroxyalkanoates into 3-hydroxyalkanoate, using an enzyme or an adapted physicochemical process, then by transforming this primary product into a secondary product, that is, into an alkene. terminal. Eventually, polyhydroxyalkanoate was produced by a plant having modified its metabolic pathways in order to produce high yields of polyhydroxyalkanoate.

Em um modo de realização particular, a invenção consiste no processo integrado de produção dos produtos a partir de CO2 atmosférico ou artificialmente acrescentado ao meio de cultura. O processo da invenção é realizado em um organismo capaz de efetuar a fotossíntese, tal como as microalgas, por exemplo.In a particular embodiment, the invention consists of the integrated process of producing products from atmospheric CO2 or artificially added to the culture medium. The process of the invention is carried out in an organism capable of carrying out photosynthesis, such as microalgae, for example.

Nesse modo de realização, o processo da invenção é ainda ca-racterizado pelo modo de recuperação dos produtos, que desgaseificam a cultura. Os alcenos terminais curtos, e notadamente o etileno, o propileno, os isômeros do buteno, têm, com efeito, um estado gasoso à temperatura ambiente e à pressão atmosférica. O processo da invenção não requer, portanto, extração do produto a partir do meio líquido da cultura, etapa que constitui sempre uma fonte de custos importante a nível industrial. A evacuação e a armazenagem dos hidrocarbonetos gasosos, e sua eventual separação física e conversão química posteriores, podem ser operados segundo qualquer processo conhecido do técnico.In this embodiment, the process of the invention is further characterized by the method of recovering the products, which degas the culture. The short terminal alkenes, and notably ethylene, propylene, butene isomers, have, in effect, a gaseous state at room temperature and atmospheric pressure. The process of the invention does not, therefore, require extraction of the product from the liquid culture medium, a step that always constitutes an important source of costs at an industrial level. The evacuation and storage of gaseous hydrocarbons, and their eventual subsequent physical separation and chemical conversion, can be operated according to any process known to the person skilled in the art.

Em um modo de realização particular, a invenção compreende também a detecção do alceno (propileno, de etileno e de iso-butileno notadamente) presente na fase gasosa do processo. A presença dos compostos alvejados em um ambiente de ar ou de um outro gás, mesmo em pequenas quantidades, pode ser feita, utilizando diversas tecnologias, e notadamente utilizando sistemas de cromatografia em fase gasosa e a detecção aos infravermelhos, por ionização de chama, ou por acoplamento com um espectrô- metro de massa.In a particular embodiment, the invention also comprises the detection of alkene (propylene, ethylene and iso-butylene in particular) present in the gas phase of the process. The presence of targeted compounds in an environment of air or another gas, even in small quantities, can be determined using various technologies, notably using gas chromatography systems and infrared detection, by flame ionization, or by coupling with a mass spectrometer.

Em um modo de realização particular, os alcenos terminais obtidos são condensados, depois eventualmente reduzidos, utilizando técnicas conhecidas do técnico,a fim de produzir alcenos de mais longa cadeia, ou alcanos de cadeia mais longa. Em particular, o iso-butileno pode ser utilizado para sintetizar o iso-octano: os processos catalíticos para conduzir bem essa reação foram amplamente descritos.In a particular embodiment, the terminal alkenes obtained are condensed, then eventually reduced, using techniques known to the art, in order to produce longer chain alkenes, or longer chain alkanes. In particular, iso-butylene can be used to synthesize iso-octane: the catalytic processes to conduct this reaction well have been widely described.

Em um modo de realização particular, o processo implica a cul- tura dos micro-organismos em condições de cultura habituais (30 a 37 °C sob 1 atmosfera, em um fermentador que permite o crescimento anaeróbico das bactérias) ou não habituais (temperatura mais elevada para corresponder às condições de cultura de um organismo termófilo, por exemplo).In a particular embodiment, the process involves culturing the microorganisms under usual culture conditions (30 to 37 °C under 1 atmosphere, in a fermenter that allows the anaerobic growth of bacteria) or unusual (more high to match the culture conditions of a thermophilic organism, for example).

Em um modo de realização particular, os micro-organismos são cultivados em microaerofilia, a quantidade de ar injetada sendo limitante, a fim de minimizar a concentração de dioxigênio residual nos efluentes gasosos carregados de hidrocarbonetos alcênicos.In a particular embodiment, the microorganisms are cultivated in microaerophilia, the amount of air injected being limiting, in order to minimize the concentration of residual dioxygen in the gaseous effluents loaded with alkene hydrocarbons.

Outros aspectos e vantagens da invenção serão descritos nos exemplos que se seguem, que devem ser considerados como ilustrativos e não limitativos. Legendas das Figuras Figura 1: motivo 3-hidróxi-propionato Figura 2: descarboxilação do mevalonato di-fosfato pela MDP- descarboxilase - atividade genérica. Figura 3: exemplos de 3-hidróxi-alcanoatos. Figura 4: utilização da MDP descarboxilase para gerar alcenos terminais. Figura 5: cofatores utilizáveis para a reação, a fim de realizar a complementação estrutural no local catalítico. Figura 6: processo integrado de produção de um alceno a partir de glicose. Figura 7: cromatograma realizado sobre reações enzimáticas conduzidas nas condições n° 1 do exemplo 4. Figura 8: SDS-PAGE das etapas de superexpressão e purificação da enzima SEQ ID NO 6. 1. Marcadores 2. Cultura antes da indução 3. Lisado 4. Fração não absorvida sobre a coluna 5. Fração de lavagem da coluna 6. Enzima purificada, Mw = 36,8 kDa. Figura 9: cromatograma de uma análise da reação de conversão de HIVem IBN por CPG/MS. 1 e 2: controles negativos correspondentes ao ruído de fundo observado sem enzima. 3 e 4: reações em presença da enzima SEQ ID NO : 6. Figura 10: razão da produção de IBN em presença e em ausência de ATP. Figura 11: razão da produção de IBN em presença e ausência de Mg2+. Figura 12: atividade enzimática em função da temperatura. Razão: quantidade de IBN formada em presença de enzima em relação ao ruído de fundo. Figura 13: produção do IBN em função da concentração do substrato HIV. Figura 14: medida da reação otimizada e comparação ao ruído de fundo. Medida por cromatografia gasosa acoplada a um detector com ionização de chama. Figura 15: melhoria do nível de expressão por otimização da se-quência nucleotídica codificando SEQ ID NO : 6 . Pista M : marcadores de peso molecular. Pistas 1,2,3: sequência nucleotídica nativa (1) Lisado celular, fração solúvel depositada sobre a coluna de purificação (2) Fração de lisado não retida pela coluna de purificação (3) Fração purificada: 10 μg enzima purificada Pistas 4, 5, 6: Sequência nucleotídica otimizada (4) Lisado celular, fração solúvel depositada sobre a coluna de purificação (5) Fração de lisado não retida pela coluna de purificação (6) Fração purificada: 10 μg enzima purificadaOther aspects and advantages of the invention will be described in the following examples, which should be considered as illustrative and not limiting. Figure Captions Figure 1: 3-hydroxy-propionate motif Figure 2: decarboxylation of mevalonate di-phosphate by MDP-decarboxylase - generic activity. Figure 3: Examples of 3-hydroxyalkanoates. Figure 4: Use of MDP decarboxylase to generate terminal alkenes. Figure 5: Cofactors usable for the reaction, in order to carry out structural complementation at the catalytic site. Figure 6: Integrated process for producing an alkene from glucose. Figure 7: Chromatogram performed on enzymatic reactions conducted under conditions no. 1 of example 4. Figure 8: SDS-PAGE of the overexpression and purification steps of the enzyme SEQ ID NO 6. 1. Markers 2. Culture before induction 3. Lysate 4 Unabsorbed fraction on column 5. Wash fraction from column 6. Purified enzyme, Mw = 36.8 kDa. Figure 9: Chromatogram of an analysis of the HIV to IBN conversion reaction by CPG/MS. 1 and 2: negative controls corresponding to the background noise observed without enzyme. 3 and 4: reactions in the presence of the enzyme SEQ ID NO: 6. Figure 10: ratio of IBN production in the presence and absence of ATP. Figure 11: ratio of IBN production in the presence and absence of Mg2+. Figure 12: Enzymatic activity as a function of temperature. Ratio: amount of IBN formed in the presence of enzyme in relation to background noise. Figure 13: IBN production as a function of HIV substrate concentration. Figure 14: Measurement of the optimized reaction and comparison to background noise. Measured by gas chromatography coupled to a flame ionization detector. Figure 15: improvement of the expression level by optimizing the nucleotide sequence encoding SEQ ID NO: 6. Lane M: molecular weight markers. Lanes 1,2,3: native nucleotide sequence (1) Cell lysate, soluble fraction deposited on the purification column (2) Lysate fraction not retained by the purification column (3) Purified fraction: 10 μg purified enzyme Lanes 4, 5 , 6: Optimized nucleotide sequence (4) Cell lysate, soluble fraction deposited on the purification column (5) Lysate fraction not retained by the purification column (6) Purified fraction: 10 μg purified enzyme

Exemplo 1: clonagem e expressão de várias MDP descarboxila- ses.Example 1: cloning and expression of several MDP decarboxylases.

O gene codificando para a MDP descarboxilase de Saccharomyces cerevisiae é gerado por síntese a partir de oligonucleotídeos que se sobrepõem, depois inserido em um plasmídeo pET (Novagen) permitindo a expressão de bactérias. Esse plasmídeo é em seguida transformado por e- lectroporação em bactérias de cepa BL21 (Invitrogen). As bactérias são aferidas sobre uma caixa de Pétri contendo a ampicilina, e colocadas para incubar a 37 °C. No dia seguinte, uma colônia bacteriana é selecionada ao acaso, e utilizada para inseminar uma cultura de 50 ml de meio LB contendo a ampicilina. A cultura é incubada durante 24 horas sob agitação. Ao final das 24 horas, a cultura é centrifugada, as bactérias são lisadas por sonica- ção, e um extrato proteico total é realizado. Uma alíquota do extrato é depositada sobre um gel a eletroforese, ao mesmo tempo que um extrato proteico proveniente de bactérias da mesma cepa, mas não transformadas, e de um marcador de peso molecular. Observa-se sobre a pista correspondente à cepa bacteriana transformada uma cinta única a 30 kD aproximadamente, correspondente ao tamanho esperado para a proteína, essa faixa não existindo sobre a pista correspondente às bactérias não transformadas.The gene coding for MDP decarboxylase from Saccharomyces cerevisiae is generated by synthesis from overlapping oligonucleotides, then inserted into a pET plasmid (Novagen) allowing bacterial expression. This plasmid is then transformed by electroporation into BL21 strain bacteria (Invitrogen). The bacteria are measured in a Petri dish containing ampicillin, and placed to incubate at 37 °C. The following day, a bacterial colony is selected at random and used to inseminate a 50 ml culture of LB medium containing ampicillin. The culture is incubated for 24 hours under shaking. At the end of 24 hours, the culture is centrifuged, the bacteria are lysed by sonication, and a total protein extract is performed. An aliquot of the extract is deposited on an electrophoresis gel, at the same time as a protein extract from bacteria of the same strain, but not transformed, and a molecular weight marker. A single band at approximately 30 kD is observed on the track corresponding to the transformed bacterial strain, corresponding to the expected size for the protein, this band does not exist on the track corresponding to non-transformed bacteria.

Exemplo 2: medida da atividade dos extratos proteicos para o 3- hidróxi-3-metil-butiratoExample 2: measurement of the activity of protein extracts for 3-hydroxy-3-methyl-butyrate

O 3-hidróxi-3-metil-butirato (comandado em Sigma, referência 55453 pelo nome de ácido p-hidróxi-isovalérico) e suspenso na concentração de 10 g/L/ mevalonato-difosfato é sintetizado a partir de mevalonolacto- na e outros reagentes (Sigma), segundo a técnica clássica, e é suspenso de novo à concentração de 10 g/L.3-hydroxy-3-methyl-butyrate (commanded in Sigma, reference 55453 as p-hydroxy-isovaleric acid) and suspended at a concentration of 10 g/L/mevalonate-diphosphate is synthesized from mevalonolactone and others reagents (Sigma), according to the classical technique, and is suspended again at a concentration of 10 g/L.

Preparam-se seis frascos de cromatografia. Em todos os frascos, introduzem-se 50 μl de tampão contendo 50 mM de Bistris/HCI, 1 mM de ditiotreitol, 10 mM de MgCI2, 5mM de ATP.Prepare six chromatography bottles. In all flasks, 50 μl of buffer containing 50 mM Bistris/HCI, 1 mM dithiothreitol, 10 mM MgCI2, 5mM ATP are introduced.

Nos frascos 1 e 4, não se acrescentam 5 μl de água (nenhum substrato).In flasks 1 and 4, 5 μl of water is not added (no substrate).

Nos frascos 2 e 5, são acrescentados 5 μL do preparo de meva- lonato de di-fosfato (controle positivo) Nos frascos 3 e 6, são acrescentados 5 μL dor preparado de 3- hidróxi-3-metil-butirato (HIV).In bottles 2 and 5, 5 μL of the di-phosphate mevalonate preparation (positive control) are added. In bottles 3 and 6, 5 μL of the 3-hydroxy-3-methyl-butyrate (HIV) preparation are added.

Nos frascos 1, 2 e 3, são acrescentados em seguida 5 μL de água (nenhuma enzima)In flasks 1, 2 and 3, 5 μL of water (no enzyme) are then added

Nos frascos 4, 5 e 6, são acrescentados 5 μl do preparado enzi- 5 mático descrita no exemplo 1.In bottles 4, 5 and 6, 5 μl of the enzyme preparation described in example 1 is added.

Chumbam-se os frascos, utilizando uma rolha com septo e uma pinça para chumbar. Incubam-se todos os frascos a 37 °C, durante 4 horas a 3 dias.The vials are sealed using a stopper with septum and clamping forceps. All vials are incubated at 37°C for 4 hours to 3 days.

Ao final dessa incubação, retira-se uma amostra do gás presente 10 em cada frasco, utilizando uma seringa com gás, e mede-se a concentração do CO2 nessas amostras, utilizando a cromatografia em fase gasosa. Percebe-se que a concentração em CO2 é muito significativa no frasco 5, e que uma concentração em CO2, mais fraca, é também observável no frasco 6, o que reflete uma reação significativa do preparado enzimático sobre 3-hidróxi- 15 3-metil- butirato.At the end of this incubation, a sample of the gas present in each bottle is taken, using a syringe with gas, and the concentration of CO2 in these samples is measured, using gas chromatography. It can be seen that the CO2 concentration is very significant in flask 5, and that a weaker CO2 concentration is also observed in flask 6, which reflects a significant reaction of the enzymatic preparation on 3-hydroxy- 15 3-methyl - butyrate.

Mede-se em seguida a presença de iso-butileno na amostra de gás correspondente ao frasco 6, utilizando um sistema de cromatografia gasosa acoplada a um detector com infravermelho ou ionização de chama.The presence of iso-butylene is then measured in the gas sample corresponding to bottle 6, using a gas chromatography system coupled to an infrared or flame ionization detector.

Exemplo 3: otimização das condições de reação, utilizando um 20 cofatorExample 3: optimization of reaction conditions using a 20 cofactor

Efetua-se a mesma reação que aquela descrita no frasco 6 do exemplo precedente, mas utilizando-se, em uma das amostras, etil-difosfato como cofator, sintetizado à moda. Nesse exemplo, dispõe-se de três frascos. O primeiro contém os tampões, o ATP, o extrato enzimático nas quantidades 25 descritas no exemplo precedente. O segundo contém os mesmos elementos, como, além disso, o 3-hidróxi-3-metil-butirato nas quantidades descritas no exemplo precedente. O terceiro frasco contém, além do 3-hidróxi-3-metil- butirato, 10 μL de etil-difosfato a 10 mg/L.The same reaction is carried out as that described in bottle 6 of the previous example, but using, in one of the samples, ethyl diphosphate as a cofactor, synthesized in the fashion. In this example, three bottles are available. The first contains the buffers, ATP, and enzyme extract in the quantities described in the previous example. The second contains the same elements, such as, in addition, 3-hydroxy-3-methyl-butyrate in the quantities described in the preceding example. The third vial contains, in addition to 3-hydroxy-3-methyl-butyrate, 10 μL of ethyl diphosphate at 10 mg/L.

Mede-se conforme no exemplo precedente, a formação do iso- 30 butileno, utilizando-se uma aparelhagem de cromatografia gasosa acoplada à detecção aos infravermelhos ou à ionização de chama. Percebe-se que, quando o etil-difosfato está presente, quantidade de iso-butileno produzida por unidade de tempo é nitidamente superior.The formation of iso-butylene is measured as in the previous example, using gas chromatography equipment coupled to infrared detection or flame ionization. It can be seen that, when ethyl diphosphate is present, the amount of iso-butylene produced per unit of time is clearly higher.

Exemplo 4: crivação de uma coleção de enzimasExample 4: screening a collection of enzymes

Uma coleção de sessenta e três genes codificando para enzimas da família da MDP descarboxilase foi obtida e testada por sua atividade sobre o substrato HIV.A collection of sixty-three genes coding for enzymes of the MDP decarboxylase family was obtained and tested for their activity on the HIV substrate.

Clonagem, culturas bacterianas e expressão das proteínasCloning, bacterial cultures and protein expression

Os genes correspondentes à família difosfato mevalonato (MDP) descarboxilases EC 4.1.1.33 foram clonados no vetor pET 25b (Novagen) para os genes de origem eucariote e PET 22b (Novagen) para os genes de origem procariote com 6 resíduos His acrescentados em N-terminal, exatamente após o códon metionina iniciador. As células competentes E.Coli BL21(DE3) foram transformadas com os vetores por choque térmico. As células foram cultivadas sobre o meio TB contendo 0,5 M sorbitol, 5 mM betaí- na, 100 μg/ml ampicilina a 30 °C, sob agitação (160 rpm) até uma DO (600 nm) compreendida entre 0,8 e 1. O isopropil-B-D-tiogalactopiranosídeo (IPTG) foi em seguida acrescentado à concentração final 1 mM e a expressão das proteínas foi prosseguida a 20 °C durante a noite (aproximadamente 16 horas). As células foram coletadas por centrifugação a 4 °C, 10000 rpm, 20 minutos e os resíduos congelados a -80 °C.The genes corresponding to the mevalonate diphosphate (MDP) family decarboxylases EC 4.1.1.33 were cloned into the vector pET 25b (Novagen) for genes of eukaryotic origin and PET 22b (Novagen) for genes of prokaryotic origin with 6 His residues added in N- terminal, exactly after the initiator methionine codon. E.Coli BL21(DE3) competent cells were transformed with the vectors by heat shock. The cells were cultured in TB medium containing 0.5 M sorbitol, 5 mM betaine, 100 μg/ml ampicillin at 30 °C, under shaking (160 rpm) until an OD (600 nm) between 0.8 and 1. Isopropyl-B-D-thiogalactopyranoside (IPTG) was then added to a final concentration of 1 mM and protein expression was continued at 20 °C overnight (approximately 16 hours). Cells were collected by centrifugation at 4 °C, 10000 rpm, 20 minutes and the residues were frozen at -80 °C.

Lise das célulasCell lysis

1,6 g de células foram descongelados sobre gelo; as células foram suspensas de novo em 5 ml de 50 mM Na2HPO4, contendo 300 mM NaCI, 5 mM MgCI2, 1 mM DTT ph 8. 20 μl de lisonase (Novagen) foram acrescentados, depois uma incubação durante 10 minutos à temperatura ambiente foi feita, e seguida de um retorno 20 minutos sobre gelo. A lise das células bacterianas foi completada por sonicação em um banho-maria com ultrassom 3 vezes durante 5 minutos a 0 °C com uma homogeneização das amostras entre os pulsos. Os extratos bacterianos foram em seguida clarificados por centrifugação a 4 °C, em 10 000 rpm, durante 20 minutos.1.6 g of cells were thawed on ice; the cells were resuspended in 5 ml of 50 mM Na2HPO4, containing 300 mM NaCl, 5 mM MgCl2, 1 mM DTT ph 8. 20 μl of lysonase (Novagen) was added, then an incubation for 10 minutes at room temperature was done. , and followed by a 20-minute return on ice. Bacterial cell lysis was completed by sonication in a water bath with ultrasound 3 times for 5 minutes at 0°C with homogenization of the samples between pulses. The bacterial extracts were then clarified by centrifugation at 4 °C, at 10,000 rpm, for 20 minutes.

Purificação e concentração das proteínas (kit PROTINO)Purification and concentration of proteins (PROTINO kit)

Lisados bacterianos clarificados foram depositados sobre a coluna PROTINO-1000 Ni-IDA (Macherey Nagel) permitindo a absorção das proteínas portando uma etiqueta de 6 histidinas consecutivas (His tag). As colunas foram lavadas e as enzimas de interesse foram purificadas com 4 ml de 50 mM Na2HPO4 contendo 300 mM NaCI, 5 mM Mg CI2, 1 mM DTT, 250 mM imidazol pH8. Os purificadores foram em seguida concentrados em células Amicon Ultra-4 10 kDa(Miliporo) até um volume final de 250 μl. A quantidade de enzimas foi determinada pelo método Bradford.Clarified bacterial lysates were deposited on the PROTINO-1000 Ni-IDA column (Macherey Nagel) allowing the absorption of proteins carrying a tag of 6 consecutive histidines (His tag). Columns were washed and enzymes of interest were purified with 4 ml of 50 mM Na2HPO4 containing 300 mM NaCl, 5 mM Mg CI2, 1 mM DTT, 250 mM imidazole pH8. The purifiers were then concentrated in Amicon Ultra-4 10 kDa cells (Millipore) to a final volume of 250 μl. The amount of enzymes was determined by the Bradford method.

Reações enzimáticasEnzyme reactions

A atividade enzimática buscada (conversão do 3-metil 3-hidróxi butirato ou 3-hidróxi isovalerato ou ainda HIV) foi testada em duas condições experimentais diferindo pelo tampão e o pH da reação. Condições experimentais n° 1 100 mM citrato 10 mM ATP 20 mM KCI 200 mM HIV pH final foi ajustado a 5,5. Condições experimentais n° 2 100 mMTris-HCIpH 7,0 10mM MgCI2 10 mM ATP 20 MM KCI 200 mM HIV pH final foi ajustado a 7.0The enzymatic activity sought (conversion of 3-methyl 3-hydroxy butyrate or 3-hydroxy isovalerate or even HIV) was tested in two experimental conditions differing by the buffer and pH of the reaction. Experimental Conditions No. 1 100 mM citrate 10 mM ATP 20 mM KCI 200 mM HIV Final pH was adjusted to 5.5. Experimental conditions no. 2 100 mMTris-HCIpH 7.0 10mM MgCI2 10 mM ATP 20 MM KCI 200 mM HIV Final pH was adjusted to 7.0

A enzima foi, em seguida, acrescentada à mistura reacional. O rendimento de produção de proteína sendo variável, a quantidade de enzima acrescentada variava de uma amostra à outra entre 0,01 e 1 mg/ml. As reações de controle, sem enzima, foram feitas em paralelo.The enzyme was then added to the reaction mixture. The protein production yield being variable, the amount of enzyme added varied from one sample to another between 0.01 and 1 mg/ml. Control reactions, without enzyme, were carried out in parallel.

As reações (1 mL) foram colocadas em frascos de 2 ml (Inter- chim), chumbados com septos em teflon/ sílica / teflon (Interchim). As reações foram incubadas a 37 °C sem agitação durante 72 horas.The reactions (1 mL) were placed in 2 mL vials (Interchim), anchored with Teflon/silica/Teflon septa (Interchim). Reactions were incubated at 37°C without shaking for 72 hours.

Análise das reaçõesAnalysis of reactions

O gás presente acima das reações foi retirado com uma seringa equipada com um sistema antirretenção. O gás foi em seguida anaiisada por cromatografia em fase gasosa (CPG) acoplado a um espectrômetro de massa (SM). O aparelho era previamente aferido, utilizando uma faixa de concentração de iso-butileno. Coluna: BPX5 (SGE) CPG/SM: MSD 5973 (HP) Para cada cromatograma realizado, são obtidos três picos principais, o primeiro correspondente ao ar, o segundo, à água, e o terceiro, ao isobuteno. Sobre as sessenta e três enzimas produzidas e testadas, onze candidatos potenciais foram identificados na primeira crivação. Determinados desses candidatos foram identificados por uma seta na figura 7. Sua identidade é apresentada na lista abaixo, e suas sequências são apresentadas nas SEQ NO 6 à 16 (his-tag não representado). Candidato 1: SEQ IP NO: 7 Número de acesso Genebank: CAI97800.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q1GAB2 Micro-organismos: Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus (cepa ATCC 11842/ DSM 20081) Candidato 2: SEQ ID NO: 8 Número de acesso Genebank: CAJ51653 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q18K00 Micro-organismos: Haloquadratum walsbyi PSM 16790 Candidato 3: SEQ IP NO: 9 Número de acesso Genebank: ABD99494.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q1WI41 Micro-organismos: Lactobacillus salivarius subsp. Salivaríus (cepa UCC 118) Candidato 4: SEQ IP NO: 10 Número de acesso Genebank : ABJ57000.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q04EX2 Micro-organismos: Oenococcus oeni (cepa BAA-331 /PSU-1) Candidato 5: SEQ IP NO: 11 Número de acesso Genebank: ABJ67984.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q03FN8 Micro-organismos: Pediococcus pentosaceus ATCC 25745 Candidato 6: SEQ IP NO: 12 Número de acesso Genebank: ABV09606.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: A8AUU9 Microorganismos: Streptococcus gordonii (cepa Challis I ATCC 35105 / CH1 /DL1 /V288) Candidato 7: SEQ ID NO: 13 Número de acesso Genebank: ABQ14154.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: A5EVP2 Microorganismos: Dichelonacter nodosus VCS1703A Candidato 8: SEQ ID NO: 14 Número de acesso Genebank: EDT95457.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: B2DRT0 Micro-organismos: Streptococcus pneumoniae CDC0288-04 Candidato 9: SEQ ID NO: 15 Número de acesso Genebank: AAT86835 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q5XCM8 Micro-organismos: Streptococcus pyogenes serotype M6 (ATCC BAA-9461 MGAS 10394) Candidato 10: SEQ ID NO: 6 Número de acesso Genebank: AAT43941 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q6KZB1 Micro-organismos: Picrophilus torridus DSM 9790 Candidato 11: SEQ ID NO: 16 Número de acesso Genebank: AAV43007.1 Número de acesso Swissprot/TrRMBL: Q5FJW7 Microorganismos: Lactobacillus acidophillus NCFMThe gas present above the reactions was removed with a syringe equipped with an anti-retention system. The gas was then analyzed by gas chromatography (CPG) coupled to a mass spectrometer (SM). The device was previously calibrated using a range of iso-butylene concentrations. Column: BPX5 (SGE) CPG/SM: MSD 5973 (HP) For each chromatogram performed, three main peaks are obtained, the first corresponding to air, the second to water, and the third to isobutene. Of the sixty-three enzymes produced and tested, eleven potential candidates were identified in the first screening. Certain of these candidates were identified by an arrow in Figure 7. Their identity is presented in the list below, and their sequences are presented in SEQ NO 6 to 16 (his-tag not represented). Candidate 1: SEQ IP NO: 7 Genebank accession number: CAI97800.1 Swissprot/TrRMBL accession number: Q1GAB2 Microorganisms: Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus (strain ATCC 11842/ DSM 20081) Candidate 2: SEQ ID NO: 8 Genebank accession number: CAJ51653 Swissprot/TrRMBL accession number: Q18K00 Microorganisms: Haloquadratum walsbyi PSM 16790 Candidate 3: SEQ IP NO: 9 Accession number Genebank: ABD99494.1 Swissprot/TrRMBL accession number: Q1WI41 Microorganisms: Lactobacillus salivarius subsp. Salivaryus (strain UCC 118) Candidate 4: SEQ IP NO: 10 Genebank accession number: ABJ57000.1 Swissprot/TrRMBL accession number: Q04EX2 Microorganisms: Oenococcus oeni (strain BAA-331 /PSU-1) Candidate 5: SEQ IP NO: 11 Genebank accession number: ABJ67984.1 Swissprot/TrRMBL accession number: Q03FN8 Microorganisms: Pediococcus pentosaceus ATCC 25745 Candidate 6: SEQ IP NO: 12 Genebank accession number: ABV09606.1 Swissprot/TrRMBL accession number : A8AUU9 Microorganisms: Streptococcus gordonii (strain Challis I ATCC 35105 / CH1 /DL1 /V288) Candidate 7: SEQ ID NO: 13 Genebank accession number: ABQ14154.1 Swissprot/TrRMBL accession number: A5EVP2 Microorganisms: Dichelonacter nodosus VCS1703A Candidate 8 : SEQ ID NO: 14 Genebank accession number: EDT95457.1 Swissprot/TrRMBL accession number: B2DRT0 Microorganisms: Streptococcus pneumoniae CDC0288-04 Candidate 9: SEQ ID NO: 15 Genebank accession number: AAT86835 Swissprot/accession number TrRMBL: Q5XCM8 Microorganisms: Streptococcus pyogenes serotype M6 (ATCC BAA-9461 MGAS 10394) Candidate 10: SEQ ID NO: 6 Genebank accession number: AAT43941 Swissprot/TrRMBL accession number: Q6KZB1 Microorganisms: Picrophilus torridus DSM 9790 Candidate 11: SEQ ID NO: 16 Genebank accession number: AAV43007.1 Swissprot/TrRMBL accession number: Q5FJW7 Microorganisms: Lactobacillus acidophillus NCFM

A produção mais elevada de IBN foi observada como candidato 10, isto é, com a enzima descarboxilase purificada de SEQ ID NO : 6 proveniente de Picrophilus torridus. Essa enzima foi retida para ser caracterizada em detalhes.The highest production of IBN was observed with candidate 10, that is, with the purified decarboxylase enzyme of SEQ ID NO: 6 from Picrophilus torridus. This enzyme was retained to be characterized in detail.

Exemplo 5: caracterização da enzima de SEQ IP NO: 6Example 5: characterization of the enzyme of SEQ IP NO: 6

A enzima recombinante foi purificada conforme descrito no e- xemplo 4. Os resultados, apresentados na figura 8, mostram que a pureza de enzima na amostra proteica final é estimada em 90%.The recombinant enzyme was purified as described in example 4. The results, presented in figure 8, show that the enzyme purity in the final protein sample is estimated at 90%.

A atividade da enzima isolada foi confirmada. A reação foi feita nas seguintes condições: 100 mM Tris-HCI pH 7,0 19 mM MgCI2 WmMATP 20 mM KCI 250 mM HIV pH final foi ajustado em 6.0 3 mg/ml enzima.The activity of the isolated enzyme was confirmed. The reaction was carried out under the following conditions: 100 mM Tris-HCI pH 7.0 19 mM MgCI2 WmMATP 20 mM KCI 250 mM HIV Final pH was adjusted to 6.0 3 mg/ml enzyme.

Após incubação a 30 °C, durante 72 horas, mede-se o sinal por CPG/SM. Os resultados são apresentados na figura 9. Em presença de enzima, a produção do IBN é aumentada no caso de um fator aproximadamente de 2.3, em comparação com o ruído de fundo. O ruído de fundo observado no caso é homogêneo com a literatura da química orgânica, que menciona que o ácido 3-hidróxi-isovalérico em solução aquosa e a uma temperatura da ordem de 100 °C se descarboxila lentamente em terc-butanol, o qual se converte parcialmente por desidratação em iso-butileno, segundo um equilíbrio favorável à formação de terc-butanol (Pressman et Luca, J. Am. Chem. Soc. 1940). Efeito do cossubstrato ATP Condições de teste 100 mM citrato 50 mMKCI 10 mM MgCI2 200 mM HIV (a precisar) 1 mg/ml enzima purificada pH 5.5 Incubação a 30 °C durante 72 horas After incubation at 30 °C for 72 hours, the signal is measured by CPG/SM. The results are presented in figure 9. In the presence of enzyme, IBN production is increased by a factor of approximately 2.3, compared to background noise. The background noise observed in this case is homogeneous with the organic chemistry literature, which mentions that 3-hydroxy-isovaleric acid in aqueous solution and at a temperature of the order of 100 °C slowly decarboxylates into tert-butanol, which partially converts by dehydration into iso-butylene, according to an equilibrium favorable to the formation of tert-butanol (Pressman et Luca, J. Am. Chem. Soc. 1940). Effect of ATP cosubstrate Test conditions 100 mM citrate 50 mMKCI 10 mM MgCI2 200 mM HIV (to be specified) 1 mg/ml purified enzyme pH 5.5 Incubation at 30 °C for 72 hours

Os resultados são apresentados na figura 10 e mostram que a atividade enzimática só é observada em presença de cossubstrato ATP. Outras moléculas, e notadamente moléculas contendo uma ligação fosfo- ani- drido são capazes de constituírem cossubstratos eficazes para a enzima. Efeito do cofator Mg2* Condições de teste 100 mM citrato pH5.5 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (a precisar) pH 5.5 1 mg/ml enzima purificada The results are presented in figure 10 and show that enzymatic activity is only observed in the presence of ATP cosubstrate. Other molecules, and notably molecules containing a phospho-anhydride bond, are capable of constituting effective cosubstrates for the enzyme. Effect of cofactor Mg2* Test conditions 100 mM citrate pH5.5 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (to be specified) pH 5.5 1 mg/ml purified enzyme

Os resultados são apresentados na figura 10 e mostram que a atividade da enzima é melhorada em presença de íons Mg2+. Outros íons e notadamente outros íons divalentes são capazes de serem utilizados como cofator em substituição ou além dos íons Mg2+. Atividade enzimática em função da temperatura Condições de teste 100 mM tampão 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (a precisar) 1 mg/ml enzima purificada Incubação durante 72 horas a uma temperatura variável.The results are presented in figure 10 and show that the enzyme activity is improved in the presence of Mg2+ ions. Other ions and notably other divalent ions are capable of being used as a cofactor in place of or in addition to Mg2+ ions. Enzymatic activity as a function of temperature Test conditions 100 mM buffer 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (to be specified) 1 mg/ml purified enzyme Incubation for 72 hours at a variable temperature.

Os resultados apresentados na figura 12 mostram que a enzima é moderadamente termoativa e apresenta um ótimo de temperatura de apro-ximadamente 50 °C. Atividade em função de pH Condições de teste 100 mM tampão 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (a precisar) 1 mg/ml enzima purificada Incubação a 30 °C durante 72 horas As condições ótimas foram obtidas com pH de 5.5, em 100 mM citratoThe results presented in figure 12 show that the enzyme is moderately thermoactive and has an optimum temperature of approximately 50 °C. Activity as a function of pH Test conditions 100 mM buffer 50 mM KCI WmMATP 200 mM HIV (to be specified) 1 mg/ml purified enzyme Incubation at 30 °C for 72 hours Optimal conditions were obtained at pH 5.5, in 100 mM citrate

Parâmetros enzimáticosEnzyme parameters

Uma faixa de substrato foi realizada nas condições anteriormente descritas, com uma incubação a 50 °C. O km da enzima foi estimado em 30 mM de HIV.A substrate strip was performed under the conditions previously described, with an incubation at 50 °C. The km of the enzyme was estimated to be 30 mM HIV.

Otimização das condições reacionaisOptimization of reaction conditions

As condições reacionais foram pesquisadas. As seguintes condições foram guardadas: 100 mM citrato 50 mM KCI 10 mM ATP 200 mM HIV 1 mg/ml enzima Incubação a 50 °C durante 48 horas Conforme mostrado na figura 14, o sinal de relação sobre ruído de fundo é de aproximadamente 100.The reaction conditions were researched. The following conditions were kept: 100 mM citrate 50 mM KCI 10 mM ATP 200 mM HIV 1 mg/ml enzyme Incubation at 50 °C for 48 hours As shown in figure 14, the signal to background noise ratio is approximately 100.

Exemplo 6: otimização do nível de expressão da MDP descarbo- xilase de P.torridus em E.coliExample 6: optimization of the expression level of MDP decarboxylase from P.torridus in E.coli

O nível de expressão inicial em E. coli BL21 era baixo, já que a faixa dificilmente era visível em SDS-PASGE antes da purificação. O Códon Optimisation índex (CAI) da sequência nativa para uma expressão em E.coli foi medido, utilizando-se o programa "Optimizer" disponibiliza em http://qenomes.urv.es/OPTIMIZER/ e inspirando-se no método de Sharp et Li (1987). O valor obtido era de somente 0,23, refletindo o nível de expressão limitado da proteína estudada em E.coli.The initial expression level in E. coli BL21 was low, as the band was hardly visible in SDS-PASGE before purification. The Codon Optimization Index (CAI) of the native sequence for an expression in E.coli was measured using the "Optimizer" program available at http://qenomes.urv.es/OPTIMIZER/ and taking inspiration from Sharp's method et Li (1987). The value obtained was only 0.23, reflecting the limited expression level of the studied protein in E.coli.

Uma sequência codificando para uma proteína idêntica, mas tendo códons mais adaptados à expressão em E.coli foi gerada. O CAI dessa sequência,0,77 estava mais próximo do ótimo de 1.A sequence coding for an identical protein, but having codons more adapted to expression in E.coli, was generated. The CAI of this sequence, 0.77, was closer to the optimum of 1.

A sequência nativa e a sequência otimizada são apresentadas na SEQ ID NO: 17 (sequência otimizada da MDP descarboxilase de P. torri- dus (AAT43941), incluindo o HIS Tag) e SEQ ID NO : 19 (sequência nativa da MDP descarboxilase de P. torridus (AAT43941) incluindo o His Tag).The native sequence and the optimized sequence are presented in SEQ ID NO: 17 (optimized sequence of MDP decarboxylase from P. torridus (AAT43941), including the HIS Tag) and SEQ ID NO: 19 (native sequence of MDP decarboxylase from P. . torridus (AAT43941) including His Tag).

A sequência otimizada foi sintetizada por concatenação de oli- gonucleotídeos, e clonada em um vetor de expressão pET25. Após transformação do vetor na cepa E.coli BL21 (DE3) e indução, utilizando o protocolo anteriormente descrito, as proteínas foram produzidas, purificadas e analisadas sobre gel de forma similar àquela descrita anteriormente. O mesmo protocolo foi feito com a sequência nativa a título de comparação.The optimized sequence was synthesized by concatenation of oligonucleotides, and cloned into a pET25 expression vector. After transformation of the vector into the E.coli BL21 (DE3) strain and induction, using the previously described protocol, the proteins were produced, purified and analyzed on gel in a similar way to that described previously. The same protocol was performed with the native sequence for comparison.

Comparação dos níveis de expressão do candidato 224, utilizando seja a sequência nucleotídica nativa, seja a sequência otimizada para a expressão em E.coli.Comparison of expression levels of candidate 224, using either the native nucleotide sequence or the sequence optimized for expression in E.coli.

Os resultados apresentados na figura 15 mostram que a proteína correspondente ao gene otimizado é claramente visível sobre gel no lisado celular não purificado (pista 4), o que traduz um ganho de expressão muito significativo. A pureza da proteína, após a etapa de purificação é também mais importante no caso do gene otimizado.The results presented in figure 15 show that the protein corresponding to the optimized gene is clearly visible on gel in the unpurified cell lysate (lane 4), which translates into a very significant gain in expression. The purity of the protein after the purification step is also more important in the case of the optimized gene.

A atividade foi medida sobre o lisado bruto. Com efeito, essa atividade era indetectável sobre o lisado bruto obtido com a sequência nucleica nativa. A expressão da proteína foi melhorada de tal maneira que o lisado bruto obtido, a partir da sequência nucleica melhorada (clone 224 otimizado) apresenta então essa atividade. O meio reacional utilizado nesse teste foi o seguinte: Meio Reacional: Incubação 2 dias a 50 °C Resultados Condição n° 1: lisado do clone 224 otimizado Condição n° 2: lisado do clone GB6 (plasmídeo pET vazio) Activity was measured on crude lysate. Indeed, this activity was undetectable on the crude lysate obtained with the native nucleic sequence. The expression of the protein was improved in such a way that the crude lysate obtained from the improved nucleic sequence (optimized clone 224) then presents this activity. The reaction medium used in this test was as follows: Reaction Medium: Incubation 2 days at 50 °C Results Condition #1: lysate from optimized clone 224 Condition #2: lysate from clone GB6 (empty pET plasmid)

Exemplo 7: processo de síntese de iso-butileno a partir de 3- hidróxi-3-metil-butirato e conversão em iso-octanoExample 7: process of synthesis of iso-butylene from 3-hydroxy-3-methyl-butyrate and conversion to iso-octane

Uma reação idêntica àquela do frasco 3 do exemplo 3 é realizada em um volume de 1 litro, disposto em um fermentador que dispõe de um sistema de extração gasosa. A presença da enzima recombinante induz a conversão do 3-hidróxi-3-metil-butirato em iso-butileno, que desgaseifica 15 naturalmente, e é recuperado por um sistema de extração gasosa situado na parte superior do fermentador. O iso-butileno é, em seguida, utilizado para gerar iso-octeno por adição catalisada pela resina Amberlysrt 35 wet ou 36 ewet (Rohm and Haas). O iso-octeno é enfim reduzido por hidrogenação catalítica em iso-octano.A reaction identical to that in flask 3 of example 3 is carried out in a volume of 1 liter, arranged in a fermenter that has a gas extraction system. The presence of the recombinant enzyme induces the conversion of 3-hydroxy-3-methyl-butyrate into iso-butylene, which naturally degass 15 and is recovered by a gas extraction system located in the upper part of the fermenter. Iso-butylene is then used to generate iso-octene by addition catalyzed by Amberlysrt 35 wet or 36 ewet resin (Rohm and Haas). Iso-octene is finally reduced by catalytic hydrogenation to iso-octane.

Exemplo 8: engenharia da enzima para melhorar sua eficácia para os substratosExample 8: engineering the enzyme to improve its effectiveness for substrates

Aplica-se a tecnologia da mutagênese aleatória, para gerar um banco contendo milhares de mutantes, a partir do gene descrito no exemplo 1. Integra-se em seguida esse banco de mutantes no plasmídeo de expressão, e transforma-se o banco em bactérias competentes de cepa BL21. Isola-se em seguida um milhão de bactérias que se repica em tubos eppendorf contendo 500 μl de meio LB suplementado em ampicilina. Incubam-se essas amostras em um agitador durante 15 horas. Na manhã seguinte, mede-se a quantidade de iso-butileno produzida, utilizando-se um ou outro dos protocolos experimentais apresentados nos exemplos precedentes.Random mutagenesis technology is applied to generate a bank containing thousands of mutants, based on the gene described in example 1. This bank of mutants is then integrated into the expression plasmid, and the bank is transformed into competent bacteria of strain BL21. One million bacteria are then isolated and placed in eppendorf tubes containing 500 μl of LB medium supplemented with ampicillin. These samples are incubated on a shaker for 15 hours. The following morning, the amount of iso-butylene produced is measured, using one or another of the experimental protocols presented in the preceding examples.

Os clones apresentando uma quantidade de iso-butileno signifi-cativamente aumentada são em seguida validados de novo, utilizando-se o mesmo protocolo experimental. Uma vez validada sua melhoria, o plasmídeo é extraído de cada cepa melhorada e sequenciado. As mutações na origem da melhoria de atividade são .identificadas e combinadas sobre um mesmo plasmídeo. O plasmídeo contendo as diferentes mutações de melhora é, por sua vez, transformado em bactérias competentes, e o mesmo sistema de análise é realizado.The clones showing a significantly increased amount of iso-butylene are then validated again, using the same experimental protocol. Once your improvement is validated, the plasmid is extracted from each improved strain and sequenced. The mutations responsible for improving activity are identified and combined on the same plasmid. The plasmid containing the different improvement mutations is, in turn, transformed into competent bacteria, and the same analysis system is performed.

O clone, que combina as diferentes mutações, apresentando uma atividade significativamente superior àquela que contém apenas uma única mutação de melhora, é em seguida utilizado como base para uma nova volta de mutação/crivação, à busca de mutantes que apresentem uma atividade ainda melhorada.The clone, which combines the different mutations, presenting a significantly higher activity than that which contains only a single improving mutation, is then used as the basis for a new round of mutation/screening, in search of mutants that present an even improved activity.

Ao final desse protocolo, o clone contendo várias mutações e tendo a melhor atividade é selecionado.At the end of this protocol, the clone containing several mutations and having the best activity is selected.

Exemplo 9: processo de síntese de etileno a partir de 3-hidróxi- propionato.Example 9: ethylene synthesis process from 3-hydroxypropionate.

O gene codificando para a enzima descrita no exemplo 1 é inserido em um plasmídeo que permite a expressão de proteínas recombinantes em uma cepa de E. coli. O plasmídeo é transformado em bactéria dessa cepa. As bactérias de transformação são em seguida incubadas em um fer- mentador em presença de propil-difosfato (10 mg/L) e de 3-hidróxi- propionato (1 g/L). A presença da enzima recombinante induz a conversão do 3-hidróxi-propionato em etileno, que desgaseifica espontaneamente, e é recuperado por um sistema de extração gasosa situado na parte superior do fermentador. Mede-se, em seguida, a presença de etileno na amostra de gás correspondente, utilizando um sistema de cromatografia gasosa acoplada a um detector de infravermelho, parte do espectro no qual o etileno apresenta uma forte emissão.The gene coding for the enzyme described in example 1 is inserted into a plasmid that allows the expression of recombinant proteins in a strain of E. coli. The plasmid is transformed into bacteria of that strain. The transformation bacteria are then incubated in a fermenter in the presence of propyl diphosphate (10 mg/L) and 3-hydroxypropionate (1 g/L). The presence of the recombinant enzyme induces the conversion of 3-hydroxy-propionate into ethylene, which spontaneously degasses and is recovered by a gas extraction system located in the upper part of the fermenter. The presence of ethylene is then measured in the corresponding gas sample, using a gas chromatography system coupled to an infrared detector, part of the spectrum in which ethylene presents a strong emission.

Exemplo 10: processo de síntese de propileno de 3-hidróxi- butirato.Example 10: Propylene synthesis process from 3-hydroxybutyrate.

O gene codificando para a enzima descrita no exemplo 1 ou para uma enzima descrita no exemplo 4 é inserido em um plasmídeo que permite a expressão de proteínas recombinantes em uma cepa de E. coli. O plasmídeo é transformado em bactéria dessa cepa. As bactérias de transformação são em seguida incubadas em um fermentador em presença de etil-difosfato (10 mg/L) e de 3-hidróxi-propionato (1 g/L) (Sigma, referência 166898). A presença da enzima recombinante induz a conversão do 3- hidróxi-butirato em propileno, que desgaseifica espontaneamente, e é recuperado por um sistema de extração gasosa situado na parte superior do fermentador. Mede-se, em seguida, a presença de propileno na amostra de gás correspondente, utilizando um sistema de cromatografia gasosa acoplada a um detector de infravermelho, parte do espectro no qual o etileno apresenta uma forte emissão.The gene coding for the enzyme described in example 1 or for an enzyme described in example 4 is inserted into a plasmid that allows the expression of recombinant proteins in an E. coli strain. The plasmid is transformed into bacteria of that strain. The transformation bacteria are then incubated in a fermenter in the presence of ethyl diphosphate (10 mg/L) and 3-hydroxypropionate (1 g/L) (Sigma, reference 166898). The presence of the recombinant enzyme induces the conversion of 3-hydroxy-butyrate into propylene, which spontaneously degasses and is recovered by a gas extraction system located in the upper part of the fermenter. The presence of propylene in the corresponding gas sample is then measured using a gas chromatography system coupled to an infrared detector, part of the spectrum in which ethylene presents a strong emission.

Exemplo 11: processo de síntese de propileno a partir de glicoseExample 11: propylene synthesis process from glucose

O gene codificando para a enzima descrita no exemplo 1 ou para uma enzima descrita no exemplo 4 é inserido em um plasmídeo que permite a expressão de proteínas recombinantes na bactéria Alcaligenes eutro- phus. O plasmídeo é transformado em bactéria dessa cepa.The gene coding for the enzyme described in example 1 or for an enzyme described in example 4 is inserted into a plasmid that allows the expression of recombinant proteins in the bacterium Alcaligenes eutrophus. The plasmid is transformed into bacteria of that strain.

As bactérias são em seguida incubadas em um fermentador em presença de etil-difosfato e em condições de microaerofilia, depois submetida a um estresse térmico que tem por consequência fazer produzir grandes quantidades de 3-hidróxi-butirato em propileno. O propileno desgaseifica naturalmente, e é recuperado por um sistema de extração gasosa situado na parte superior do fermentador.The bacteria are then incubated in a fermenter in the presence of ethyl diphosphate and under microaerophilic conditions, then subjected to thermal stress which results in the production of large quantities of 3-hydroxy-butyrate in propylene. The propylene naturally degasses and is recovered by a gas extraction system located in the upper part of the fermenter.

Exemplo 12: processo de síntese de propileno a partir de glicose.Example 12: propylene synthesis process from glucose.

O presente exemplo descreve um processo muito próximo daquele do exemplo 11. A diferença principal consiste na utilização de uma cepa de E.coli modificada, de forma a produzir o 3-hidróxi-butirato e não em uma cepa natural, tal como Alcaligenes eutrophus. Essa cepa foi obtida por engenharia de vias metabólicas de forma a chegar ao acúmulo de 3-hidróxi- butirato. O acréscimo de uma MDP descarboxilase, tal como descrita no exemplo 1 ou no exemplo 4 permite converter o 3-hidróxi-butirato em propileno.The present example describes a process very close to that of example 11. The main difference consists in the use of a modified strain of E.coli, in order to produce 3-hydroxy-butyrate and not a natural strain, such as Alcaligenes eutrophus. This strain was obtained by engineering metabolic pathways in order to achieve the accumulation of 3-hydroxybutyrate. The addition of an MDP decarboxylase, as described in example 1 or example 4, allows 3-hydroxy-butyrate to be converted into propylene.

Exemplo 13: processo de síntese de iso-butileno a partir de glicoseExample 13: iso-butylene synthesis process from glucose

O gene codificando para a enzima descrita no exemplo 1 é inserido em um plasmídeo que permite a expressão de proteínas recombinantes em uma cepa de E. coli, tendo, por outro lado, sofrido alterações metabólicas, de forma a sintetizar de forma endógena do 3-hidróxi-3-metil-butirato. As bactérias são, em seguida, incubadas em um fermentador em presença de glicose e em condições de microaerofilia. A presença da enzima recom- binante induz a conversão simultânea do 3-hidróxi-3-metil-butirato em iso- butileno, que desgaseifica naturalmente e é recuperado por um sistema de extração gasosa situado na parte superior do fermentador.The gene coding for the enzyme described in example 1 is inserted into a plasmid that allows the expression of recombinant proteins in a strain of E. coli, having, on the other hand, undergone metabolic changes, in order to synthesize endogenously 3- hydroxy-3-methyl-butyrate. The bacteria are then incubated in a fermenter in the presence of glucose and under microaerophilic conditions. The presence of the recombinant enzyme induces the simultaneous conversion of 3-hydroxy-3-methyl-butyrate into isobutylene, which naturally degasses and is recovered by a gas extraction system located in the upper part of the fermenter.

Claims (17)

1. Método para a produção de um alceno terminal caracterizado por compreender uma etapa de conversão de um 3-hidroxialcanoato por uma enzima que tem atividade de mevalonato difosfato descarboxilase (MDP) (EC 4.1.1.33), em que o 3-hidroxialcanoato é um composto de fórmula: HO-CO-CH2-C(R1)(R2)-OH ou O--CO-CH2-C(R1)(R2)-OH no qual R1 e R2 são selecionados, independentemente um do outro, de um átomo de hidrogênio, um grupo metila e um grupo etila, e em que a conversão ocorre na presença de um cossubstrato, sendo o dito cossubstrato adenosine trifosfato (ATP), um ribonucleosídeo trifosfato (rNTP), um deoxiribonucleosídeo trifosfato (dNTP) ou uma mistura de algumas dessas moléculas, um polifosfato ou pirofosfato.1. Method for producing a terminal alkene characterized by comprising a step of converting a 3-hydroxyalkanoate by an enzyme having mevalonate diphosphate decarboxylase (MDP) activity (EC 4.1.1.33), in which the 3-hydroxyalkanoate is a compound of formula: HO-CO-CH2-C(R1)(R2)-OH or O--CO-CH2-C(R1)(R2)-OH in which R1 and R2 are selected, independently of each other, from a hydrogen atom, a methyl group and an ethyl group, and in which the conversion occurs in the presence of a cosubstrate, said cosubstrate being adenosine triphosphate (ATP), a ribonucleoside triphosphate (rNTP), a deoxyribonucleoside triphosphate (dNTP) or a mixture of some of these molecules, a polyphosphate or pyrophosphate. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 3- hidroxialcanoato ser 3-hidroxibutirato e o alceno terminal ser propileno.2. Method according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxyalkanoate is 3-hydroxybutyrate and the terminal alkene is propylene. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 3- hidroxialcanoato ser 3-hidroxivalerato e o alceno terminal ser 1-butileno.3. Method according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxyalkanoate is 3-hydroxyvalerate and the terminal alkene is 1-butylene. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 3- hidroxialcanoato ser 3-hidroxi-3-metilbutirato e o alceno terminal ser isobutileno.4. Method according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxyalkanoate is 3-hydroxy-3-methylbutyrate and the terminal alkene is isobutylene. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 3- hidroxialcanoato ser 3-hidroxi-3-metilvalerato e o alceno terminal ser isoamileno.5. Method according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxyalkanoate is 3-hydroxy-3-methylvalerate and the terminal alkene is isoamylene. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a enzima compreender uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste na SEQ ID NO: 6-16.6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the enzyme comprises an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 6-16. 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a enzima compreender a sequência SEQ ID NO: 6.7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the enzyme comprises the sequence SEQ ID NO: 6. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 3- hidroxialcanoato ser 3-hidroxi-3-metilbutirato, a enzima compreender a sequência SEQ ID NO: 6, e o alceno terminal ser isobutileno.8. Method according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxyalkanoate is 3-hydroxy-3-methylbutyrate, the enzyme comprises the sequence SEQ ID NO: 6, and the terminal alkene is isobutylene. 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por um cofator ser adicionado à reação, e o dito cofator ter a fórmula geral R-O-PO2H-O-PO3H2 na qual R é um átomo de hidrogênio, um grupo metila, etila ou propila, e também pode ser qualquer grupo alquila linear, ramificado ou cíclico, ou qualquer outro grupo orgânico monovalente.9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a cofactor is added to the reaction, and said cofactor has the general formula R-O-PO2H-O-PO3H2 in which R is a hydrogen atom, a group methyl, ethyl or propyl, and may also be any linear, branched or cyclic alkyl group, or any other monovalent organic group. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por um cofator ser adicionado à reação, e o dito cofator ter a fórmula geral R-O-PO2H-CH2-PO3H2 na qual R é um átomo de hidrogênio, um grupo metila, etila ou propila, e também pode ser qualquer grupo alquila linear, ramificado ou cíclico, ou qualquer outro grupo orgânico monovalente.10. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a cofactor is added to the reaction, and said cofactor has the general formula R-O-PO2H-CH2-PO3H2 in which R is a hydrogen atom, a group methyl, ethyl or propyl, and may also be any linear, branched or cyclic alkyl group, or any other monovalent organic group. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por a etapa de conversão ser realizada in vitro, em um sistema livre de células.11. Method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the conversion step is carried out in vitro, in a cell-free system. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por a etapa de conversão ser realizada na presença de um micro-organismo que produz o dita MDP decarboxilase, em que o micro-organismo tem a propriedade natural ou artificial de produzir de forma endógena um ou mais 3- hidroxialcanoatos, e ainda expressar ou superexpressar a dita MDP decarboxilase, a fim de produzir alcenos terminais diretamente de uma fonte de carbono, e em que o micro-organismo é uma bactéria de cepa Alcaligenes eutrophus ou Bacillus megaterium, ou uma bactéria de uma cepa Escherichia coli que é recombinante a fim de sobreproduzir um ou mais 3-hidroxialcanoatos conforme definido na reivindicação 1.12. Method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the conversion step is carried out in the presence of a microorganism that produces said MDP decarboxylase, wherein the microorganism has the natural or artificial property of endogenously produce one or more 3-hydroxyalkanoates, and also express or overexpress said MDP decarboxylase, in order to produce terminal alkenes directly from a carbon source, and in which the microorganism is a bacterium of the strain Alcaligenes eutrophus or Bacillus megaterium, or a bacterium from an Escherichia coli strain that is recombinant in order to overproduce one or more 3-hydroxyalkanoates as defined in claim 1. 13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por compreender uma etapa de coletar gás de alcenos terminais que se desgaseificam a partir da reação.13. Method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises a step of collecting gas from terminal alkenes that degas as a result of the reaction. 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por o método ser realizado em condições microaerofílicas.14. Method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the method is carried out under microaerophilic conditions. 15. Uso de uma enzima de MDP decarboxilase (EC 4.1.1.33), ou de um micro-organismo que produz uma enzima de MDP decarboxilase (EC 4.1.1.33), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por servir para produzir compostos de alceno terminal de 3-hidroxialcanoatos, de acordo com a reivindicação 1.15. Use of an MDP decarboxylase enzyme (EC 4.1.1.33), or a microorganism that produces an MDP decarboxylase enzyme (EC 4.1.1.33), according to claim 12, characterized in that it serves to produce compounds of terminal alkene of 3-hydroxyalkanoates according to claim 1. 16. Uso de uma enzima de MDP decarboxilase, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a enzima compreender a sequência SEQ ID NO: 6.16. Use of an MDP decarboxylase enzyme according to claim 15, characterized in that the enzyme comprises the sequence SEQ ID NO: 6. 17. Composição caracterizada por compreender um micro-organismo que produz uma enzima de MDP decarboxilase (EC 4.1.1.33), de acordo com a reivindicação 12, um meio de cultura adequada e um composto de 3-hidroxialcanoato, de acordo com a reivindicação 1.17. Composition characterized by comprising a microorganism that produces an MDP decarboxylase enzyme (EC 4.1.1.33), according to claim 12, a suitable culture medium and a 3-hydroxyalkanoate compound, according to claim 1 .
BRPI0914215-0A 2008-07-04 2009-07-06 PRODUCTION OF ALKENES BY ENZYMATIC DECARBOXYLATION OF 3-HYDROXY-ALKANOIC ACIDS BRPI0914215B1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0854550 2008-07-04
FR0854550 2008-07-04
US7882408P 2008-07-08 2008-07-08
US61/078,824 2008-07-08
PCT/FR2009/051332 WO2010001078A2 (en) 2008-07-04 2009-07-06 Production of alkenes by enzymatic decarboxylation of 3-hydroxyalkanoic acids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BRPI0914215A2 BRPI0914215A2 (en) 2016-01-05
BRPI0914215B1 true BRPI0914215B1 (en) 2023-08-22

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9909146B2 (en) Production of alkenes by enzymatic decarboxylation of 3-hydroxyalkanoic acids
RU2609656C2 (en) Method of producing alkenes by combined enzymatic conversion of 3-hydroxyalkanoic acids
Liu et al. Hydrogen peroxide-independent production of α-alkenes by OleT JE P450 fatty acid decarboxylase
AU2011317682A1 (en) Production of alkenes by combined enzymatic conversion of 3-hydroxyalkanoic acids
CN109477082A (en) 3- methyl crotonic acid decarboxylase (MDC) variant
EP2592138B1 (en) Mutant microorganism having a hydrocarbon-generating ability and method for producing hydrocarbon using same
KR20100119877A (en) Isolated alcohol dehydrogenase enzymes and uses thereof
MX2012008179A (en) Production of hydrocarbons in microorganisms.
BRPI0914215B1 (en) PRODUCTION OF ALKENES BY ENZYMATIC DECARBOXYLATION OF 3-HYDROXY-ALKANOIC ACIDS
KR20140060045A (en) Enzymatic method for neoagarobiose or neoagarotetraose production from agarose using a new beta-agarase
US20120015414A1 (en) Production of organic compounds
Habe et al. Identification and characterization of levulinyl-CoA synthetase from Pseudomonas citronellolis, which differs phylogenetically from LvaE of Pseudomonas putida
Potla X-RAY CRYSTAL STRUCTURES OF DIHYDROMETHANOPTERIN REDUCTASE A: CHARACTERIZATION OF SUBSTRATE BINDING AND LOOP MOVEMENTS USING COMPUTATIONAL MODELING
Oulavallickal The evolution of AroA and MurA enzymes from Bacillus
Eram Investigation of enzymes catalyzing the production of acetaldehyde from pyruvate in hyperthermophiles
BR112018009774B1 (en) METHOD FOR PRODUCING ISOBUTENE, RECOMBINANT ORGANISM OR MICROORGANISM AND THEIR USE, USE OF AN ENZYME AND COMPOSITION
CN107531763A (en) A kind of enzyme and its mutant for being used for biosynthesis isoprene and iso-amylene