EA042922B1 - MICROORGANISMS AND METHODS FOR THE BIOLOGICAL PRODUCTION OF ETHYLENE GLYCOL - Google Patents

MICROORGANISMS AND METHODS FOR THE BIOLOGICAL PRODUCTION OF ETHYLENE GLYCOL Download PDF

Info

Publication number
EA042922B1
EA042922B1 EA202091457 EA042922B1 EA 042922 B1 EA042922 B1 EA 042922B1 EA 202091457 EA202091457 EA 202091457 EA 042922 B1 EA042922 B1 EA 042922B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
microorganism
converting
enzyme
enzyme capable
ethylene glycol
Prior art date
Application number
EA202091457
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михель Кёпке
Расмус Енсен
Original Assignee
Ланцатек, Инк.
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 Ланцатек, Инк. filed Critical Ланцатек, Инк.
Publication of EA042922B1 publication Critical patent/EA042922B1/en

Links

Description

Изобретение относится к генетически модифицированным микроорганизмам и способам получения этиленгликоля и прекурсоров этиленгликоля посредством микробиологической ферментации, в частности, посредством микробиологической ферментации газообразного субстрата.The invention relates to genetically modified microorganisms and methods for producing ethylene glycol and ethylene glycol precursors by microbiological fermentation, in particular by microbiological fermentation of a gaseous substrate.

Описание родственной области техникиDescription of related art

Этиленгликоль, также известный как моноэтиленгликоль (МЭГ), имеет текущий объем рынка более чем 33 миллиарда долларов США, и является важным компонентом огромного множества промышленных, медицинских и потребительских товаров. Этиленгликоль в настоящее время производится с использованием процессов химического катализа, которые требуют большого количества энергии и воды, производят ряд нежелательных побочных продуктов, и зависят от нефтехимического сырья. Спрос на экологически чистые материалы привел к некоторому технологическому прогрессу, например каталитическому производству этиленгликоля из этанола, полученного из сахарного тростника.Ethylene glycol, also known as monoethylene glycol (MEG), has a current market value of more than US$33 billion and is an important ingredient in a wide variety of industrial, medical and consumer products. Ethylene glycol is currently produced using chemical catalysis processes that require large amounts of energy and water, produce a number of unwanted by-products, and depend on petrochemical feedstocks. The demand for environmentally friendly materials has led to some technological advances, such as the catalytic production of ethylene glycol from sugarcane-derived ethanol.

Прекурсоры этиленгликоля также являются коммерчески ценными. Например, гликолят используется для ухода за кожей, личной гигиены, окрашивания, дубления и в качестве чистящего средства. Глиоксилат является промежуточным продуктом для ванилина, сельскохозяйственных химикатов, антибиотиков, аллантоина и комплексообразующих агентов.Ethylene glycol precursors are also commercially valuable. For example, glycolate is used in leather care, personal care, dyeing, tanning, and as a cleaning agent. Glyoxylate is an intermediate for vanillin, agricultural chemicals, antibiotics, allantoin, and complexing agents.

Однако известно, что ни один микроорганизм не способен биологически продуцировать этиленгликоль, и нет хорошо налаженного полностью биологического пути производства этиленгликоля. Некоторые биологические пути к этиленгликолю из сахаров были описаны в литературе. Например, Alkim et al., Microb Cell Fact, 14: 127, 2015 продемонстрировали продуцирование этиленгликоля из (D)-ксилозы в Е. coli, но отметили, что для достижения высоких выходов необходимы аэробные условия. Аналогичным образом, Pereira et al., Metab Eng, 34: 80-87, 2016, добились продуцирования этиленгликоля из пентоз в Е. coli. Несколько исследований по производству этиленгликоля из пентоз также были выполнены с S. cerevisiae, но показали противоречивые результаты; смотрите, например, Uranukul et al., Metab Eng, 51: 2031, 2018.However, no microorganism is known to be able to biologically produce ethylene glycol, and there is no well-established fully biological pathway for the production of ethylene glycol. Several biological pathways to ethylene glycol from sugars have been described in the literature. For example, Alkim et al., Microb Cell Fact, 14: 127, 2015 demonstrated the production of ethylene glycol from (D)-xylose in E. coli, but noted that aerobic conditions are needed to achieve high yields. Similarly, Pereira et al., Metab Eng, 34: 80-87, 2016, achieved the production of ethylene glycol from pentoses in E. coli. Several studies on the production of ethylene glycol from pentoses have also been performed with S. cerevisiae with conflicting results; see, for example, Uranukul et al., Metab Eng, 51: 2031, 2018.

Ферментация газа представляет путь для преобразования широкого спектра легко доступных дешёвых сырьевых материалов С1, таких как промышленные отходы газов, синтез-газ, или реформированный метан в химические продукты или топливо. Поскольку метаболизм ферментации газа значительно отличается от метаболизма ферментации сахаров, использование вышеупомянутых путей является нецелесообразным, так как эти пути потребуют получения прекурсоров сахаров из газа посредством глюконеогенеза, энергетически отрицательного процесса. На сегодняшний день не существует способа производства этиленгликоля из газообразных субстратов.Gas fermentation provides a way to convert a wide range of readily available low cost C1 feedstocks such as industrial waste gases, synthesis gas, or reformed methane into chemicals or fuels. Since the metabolism of gas fermentation is significantly different from that of sugar fermentation, the use of the aforementioned pathways is impractical, as these pathways would require the production of sugar precursors from gas via gluconeogenesis, an energetically negative process. To date, there is no method for the production of ethylene glycol from gaseous substrates.

В исследовательском изыскании Islam et al., Metab Eng, 41: 173-181, 2017 предсказал сотни гипотетических путей получения этиленгликоля из синтез-газов в М. thermoacetia с использованием инструментов хемоинформатики. Однако даже для квалифицированного специалиста в данной области техники является невозможным внедрить эти пути в организм, ферментирующий газ, так как многие из путей невозможны из-за термодинамических или других ограничений. Например, почти 2000 реакций, зависящих от кислорода, или кислородосодержащих радикалов, были предусмотрены Islam et al., что являлось бы невозможным в строго анаэробной системе. Единственные, выявленные Islam et al. гипотетические пути, с известными реакциями, требуют глюконеогенеза или этанола в качестве промежуточного соединения. Следовательно, остается потребность в проверенных, энергетически выгодных рекомбинантных продуцирующих системах, которые могут продуцировать высокие выходы этиленгликоля и прекурсоров этиленгликоля из газообразных субстратов.In a research paper, Islam et al., Metab Eng, 41: 173-181, 2017, predicted hundreds of hypothetical pathways to produce ethylene glycol from synthesis gases in M. thermoacetia using chemoinformatics tools. However, even for a person skilled in the art, it is not possible to introduce these pathways into a fermenting gas organism, as many of the pathways are not possible due to thermodynamic or other limitations. For example, almost 2000 reactions dependent on oxygen, or oxygen-containing radicals, have been envisaged by Islam et al., which would be impossible in a strictly anaerobic system. The only ones identified by Islam et al. hypothetical pathways, with known reactions, require gluconeogenesis or ethanol as an intermediate. Therefore, there remains a need for proven, energy efficient recombinant production systems that can produce high yields of ethylene glycol and ethylene glycol precursors from gaseous substrates.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В противопоставление вышеизложенному обоснованию данное изобретение предлагает определенные преимущества и достижения по сравнению с известным уровнем техники.In contrast to the foregoing rationale, the present invention offers certain advantages and advances over the prior art.

Хотя данное изобретение, раскрытое в данном документе, не ограничивается конкретными преимуществами или функциональными возможностями, изобретение предлагает генетически модифицированный микроорганизм, способный продуцировать этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля из газообразного субстрата.Although the invention disclosed herein is not limited to specific benefits or functionality, the invention provides a genetically modified microorganism capable of producing ethylene glycol or an ethylene glycol precursor from a gaseous substrate.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм продуцирует этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля через одно или большее количество промежуточных соединений, выбранных из группы, состоящей из 5,10-метилентетрагидрофолата, оксалоацетата, цитрата, малата и глицина.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism produces ethylene glycol or an ethylene glycol precursor via one or more intermediates selected from the group consisting of 5,10-methylenetetrahydrofolate, oxaloacetate, citrate, malate, and glycine.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм содержит один или большее количество гетерологичных ферментов, способных превращать оксалоацетат в цитрат, гетерологичных ферментов, способных превращать глицин в глиоксилат, гетерологичных ферментов, способных превращать изоцитрат в глиоксилат, и гетерологичных ферментов, способных превращать гликолят в гликоальдегид.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism comprises one or more heterologous enzymes capable of converting oxaloacetate to citrate, heterologous enzymes capable of converting glycine to glyoxylate, heterologous enzymes capable of converting isocitrate to glyoxylate, and heterologous enzymes capable of converting glycolate to glycoaldehyde.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, гетерологичный фермент, способный превращать оксалоацетат в цитрат, представляет собой цитрат [Si]-синтазу [2.3.3.1], АТФ- 1 042922 цитрат-синтазу [2.3.3.8]; или цитрат (Re)-синтазу [2.3.3.3]; гетерологичный фермент, способный превращать глицин в глиоксилат, представляет собой аланин-глиоксилат-трансаминазу [2.6.1.44], серинглиоксилат-трансаминазу [2.6.1.45], серин-пируват-трансаминазу [2.6.1.51], глицин-оксалоацетаттрансаминазу [2.6.1.35], глицин-трансаминазу [2.6.1.4], глицин-дегидрогеназу [1.4.1.10], аланиндегидрогеназу [1.4.1.1] или глицин-дегидрогеназу [1.4.2.1]; гетерологичный фермент, способный превращать изоцитрат в глиоксилат, представляет собой изоцитрат-лиазу [4.1.3.1]; и/или гетерологичный фермент, способный превращать гликолят в гликоальдегид, представляет собой гликольальдегиддегидрогеназу [1.2.1.21], лактальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.22], сукцинат-полуальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.24], 2,5-диоксовалерат-дегидрогеназу [1.2.1.26], альдегид-дегидрогеназу [1.2.1.3/4/5], бетаинальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.8] или альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазу [1.2.7.5].In some aspects of the microorganism disclosed herein, the heterologous enzyme capable of converting oxaloacetate to citrate is citrate [Si] synthase [2.3.3.1], ATP-1 042922 citrate synthase [2.3.3.8]; or citrate (Re)-synthase [2.3.3.3]; heterologous enzyme capable of converting glycine to glyoxylate is alanine glyoxylate transaminase [2.6.1.44], seringlyoxylate transaminase [2.6.1.45], serine pyruvate transaminase [2.6.1.51], glycine oxaloacetate transaminase [2.6.1.35] , glycine transaminase [2.6.1.4], glycine dehydrogenase [1.4.1.10], alanine dehydrogenase [1.4.1.1] or glycine dehydrogenase [1.4.2.1]; the heterologous enzyme capable of converting isocitrate to glyoxylate is isocitrate lyase [4.1.3.1]; and/or a heterologous enzyme capable of converting glycolate to glycoaldehyde is glycolaldehyde dehydrogenase [1.2.1.21], lactaldehyde dehydrogenase [1.2.1.22], succinate semialdehyde dehydrogenase [1.2.1.24], 2,5-dioxovalerate dehydrogenase [1.2 .1.26], aldehyde dehydrogenase [1.2.1.3/4/5], betaine aldehyde dehydrogenase [1.2.1.8] or aldehyde ferredoxin oxidoreductase [1.2.7.5].

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, гетерологичные ферменты получают из рода, выбранного из группы, состоящей из Bacillus, Clostridium, Escherichia, Gluconobacter, Hyphomicrobium, Lysinibacillus, Paenibacillus, Pseudomonas, Sedimenticola, Sporosarcina, Streptomyces, Thermithiobacillus, Thermotoga и Zea.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the heterologous enzymes are derived from a genus selected from the group consisting of Bacillus, Clostridium, Escherichia, Gluconobacter, Hyphomicrobium, Lysinibacillus, Paenibacillus, Pseudomonas, Sedimenticola, Sporosarcina, Streptomyces, Thermithiobacillus, Thermotoga, and Zea.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, один или большее количество гетерологичных ферментов являются кодон-оптимизированными для экспрессии в микроорганизме.In some aspects of the microorganism disclosed herein, one or more heterologous enzymes are codon-optimized for expression in the microorganism.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм дополнительно содержит один или большее количество из: фермента, способного превращать ацетил-КоА в пируват; фермента, способного превращать пируват в оксалоацетат; фермента, способного превращать пируват в малат; фермента, способного превращать пируват в фосфенолпируват; фермента, способного превращать оксалоацетат в цитрилКоА; фермента, способного превращать цитрил-КоА в цитрат; фермента, способного превращать цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат; фермента, способного превращать фосфоенолпируват в оксалоацетат; фермента, способного превращать фосфоенолпируват в 2-фосфо-О-глицерат; фермента, способного превращать 2-фосфоD-глицерат в 3-фосфо-О-глицерат; фермента, способного превращать 3-фосфо-О-глицерат в 3фосфонооксипируват; фермента, способного превращать 3-фосфонооксипируват в 3-фосфо-Е-серин; фермента, способного превращать 3-фосфоТ-серин в серин; фермента, способного превращать серин в глицин; фермента, способного превращать 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин; фермента, способного превращать серин в гидроксипируват; фермента, способного превращать D-глицерат в гидроксипируват; фермента, способного превращать малат в глиоксилат; фермента, способного превращать глиоксилат в гликолят; фермента, способного превращать гидроксипируват в гликоальдегид; и/или фермента, способного превращать гликоальдегид в этиленгликоль.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism further comprises one or more of: an enzyme capable of converting acetyl-CoA to pyruvate; an enzyme capable of converting pyruvate to oxaloacetate; an enzyme capable of converting pyruvate to malate; an enzyme capable of converting pyruvate to phosphenolpyruvate; an enzyme capable of converting oxaloacetate to citryl-CoA; an enzyme capable of converting citryl-CoA to citrate; an enzyme capable of converting citrate to aconitate and aconitate to isocitrate; an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to oxaloacetate; an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to 2-phospho-O-glycerate; an enzyme capable of converting 2-phosphoD-glycerate to 3-phospho-O-glycerate; an enzyme capable of converting 3-phospho-O-glycerate to 3-phosphonooxypyruvate; an enzyme capable of converting 3-phosphonooxypyruvate to 3-phospho-E-serine; an enzyme capable of converting 3-phosphoT-serine to serine; an enzyme capable of converting serine to glycine; an enzyme capable of converting 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine; an enzyme capable of converting serine to hydroxypyruvate; an enzyme capable of converting D-glycerate to hydroxypyruvate; an enzyme capable of converting malate to glyoxylate; an enzyme capable of converting glyoxylate to glycolate; an enzyme capable of converting hydroxypyruvate to glycoaldehyde; and/or an enzyme capable of converting glycoaldehyde to ethylene glycol.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм сверхэкспрессирует гетерологичный фермент, способный превращать оксалоацетат в цитрат, гетерологичный фермент, способный превращать глицин в глиоксилат, и/или гетерологичный фермент, способный превращать гликолят в гликоальдегид.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism overexpresses a heterologous enzyme capable of converting oxaloacetate to citrate, a heterologous enzyme capable of converting glycine to glyoxylate, and/or a heterologous enzyme capable of converting glycolate to glycoaldehyde.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм сверхэкспрессирует фермент, способный превращать пируват в оксалоацетат, фермент, способный превращать цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат, фермент, способный превращать фосфоенолпируват в оксалоацетат, фермент, способный превращаться серин в глицин, фермент, способный превращать 5,10метилентетрагидрофолат в глицин, фермент, способный превращать глиоксилат в гликолят; и/или фермент, способный превращать гликоальдегид в этиленгликоль.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism overexpresses an enzyme capable of converting pyruvate to oxaloacetate, an enzyme capable of converting citrate to aconitate and aconitate to isocitrate, an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to oxaloacetate, an enzyme capable of converting serine to glycine, an enzyme capable of converting 5,10methylenetetrahydrofolate to glycine, an enzyme capable of converting glyoxylate to glycolate; and/or an enzyme capable of converting glycoaldehyde to ethylene glycol.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм содержит нарушающую мутацию в одном или большем количестве ферментов, выбранных из группы, состоящей из изоцитрат-дегидрогеназы, глицерат-дегидрогеназы, гликолят-дегидрогеназы, альдегид-ферредоксиноксидоредуктазы и альдегид-дегидрогеназы.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism contains a disruptive mutation in one or more enzymes selected from the group consisting of isocitrate dehydrogenase, glycerate dehydrogenase, glycolate dehydrogenase, aldehyde ferredoxin oxidoreductase, and aldehyde dehydrogenase.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, указанный микроорганизм является представителем рода, выбранного из группы, состоящей из Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium, Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa и Thermoanaerobacter.In some aspects of the microorganism disclosed herein, said microorganism is a member of a genus selected from the group consisting of Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium, Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa, and Thermoanaerobacter.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, указанный микроорганизм получают из исходного микроорганизма, выбранного из группы, состоящей из Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides и Thermoanaerobacter kiuvi.In some aspects of the microorganism disclosed herein, said microorganism is derived from a parent microorganism selected from the group consisting of Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides and Thermoanaerob actor kiuvi.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, указанный микроорганизм получают из исходной бактерии, выбранной из группы, состоящей из Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii и Clostridium ragsdalei.In some aspects of the microorganism disclosed herein, said microorganism is derived from a parent bacterium selected from the group consisting of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, and Clostridium ragsdalei.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм содержит нативный или гетерологичный путь Вуда-Льюнгдала.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism contains a native or heterologous Wood-Lyungdahl pathway.

В некоторых аспектах микроорганизма, раскрытого в данном документе, микроорганизм продуцирует глиоксилат или гликолят в качестве прекурсора этиленгликоля.In some aspects of the microorganism disclosed herein, the microorganism produces glyoxylate or glycolate as an ethylene glycol precursor.

- 2 042922- 2 042922

Изобретение дополнительно предлагает способ получения этиленгликоля или прекурсора этиленгликоля, включающий в себя культивирование микроорганизма, раскрытого в данном документе, в питательной среде и в присутствии субстрата, в результате чего микроорганизм продуцирует этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля.The invention further provides a method for producing ethylene glycol or an ethylene glycol precursor, comprising cultivating the microorganism disclosed herein in a nutrient medium and in the presence of a substrate, whereby the microorganism produces ethylene glycol or an ethylene glycol precursor.

В некоторых аспектах способа, раскрытого в данном документе, субстрат содержит один или большего количество из СО, СО2 и Н2.In some aspects of the method disclosed herein, the substrate contains one or more of CO, CO2 and H 2 .

В некоторых аспектах способа, раскрытого в данном документе, по меньшей мере, часть субстрата представляет собой газообразные промышленные отходы, промышленный отработанный газ, или синтезгаз.In some aspects of the method disclosed herein, at least part of the substrate is a gaseous industrial waste, industrial waste gas, or synthesis gas.

В некоторых аспектах способа, раскрытого в данном документе, микроорганизм продуцирует глиоксилат или гликолят в качестве прекурсоров этиленгликоля.In some aspects of the method disclosed herein, the microorganism produces glyoxylate or glycolate as ethylene glycol precursors.

В некоторых аспектах способа, раскрытого в данном документе, способ дополнительно включает в себя отделение этиленгликоля или прекурсора этиленгликоля от питательной среды.In some aspects of the method disclosed herein, the method further includes separating the ethylene glycol or ethylene glycol precursor from the growth medium.

В некоторых аспектах способа, раскрытого в данном документе, микроорганизм дополнительно продуцирует одно или большее количество из: этанола, 2,3-бутандиола и сукцината.In some aspects of the method disclosed herein, the microorganism additionally produces one or more of: ethanol, 2,3-butanediol and succinate.

Изобретение дополнительно предлагает композицию, содержащую этиленгликоль, полученный способом, описанным в данном документе. В некоторых аспектах, композиция представляет собой антифриз, консервант, дегидратирующий агент или буровой раствор.The invention further provides a composition containing ethylene glycol, obtained by the method described in this document. In some aspects, the composition is an antifreeze, preservative, dehydrating agent, or drilling fluid.

Изобретение дополнительно предлагает полимер, содержащий этиленгликоль, полученный способом, описанным в данном документе. В некоторых аспектах, полимер представляет собой гомополимер или сополимер. В некоторых аспектах, полимер представляет собой полиэтиленгликоль или полиэтилентерефталат.The invention further provides an ethylene glycol-containing polymer obtained by the process described herein. In some aspects, the polymer is a homopolymer or copolymer. In some aspects, the polymer is polyethylene glycol or polyethylene terephthalate.

Изобретение дополнительно предлагает композицию, содержащую полимер, описанный в данном документе. В некоторых аспектах, композиция представляет собой волокно, смолу, пленку или пластик.The invention further provides a composition containing the polymer described herein. In some aspects, the composition is a fiber, resin, film, or plastic.

Эти и другие признаки и преимущества данного изобретения будут более понятны из нижеизложенного подробного описания, рассматриваемого в совокупности с прилагаемой формулой изобретения. Следует отметить, что объем формулы изобретения определяется приведенными в ней формулировками, а не конкретным рассмотрением признаков и преимуществ, изложенных в данном описании.These and other features and advantages of the present invention will be better understood from the following detailed description, taken in conjunction with the appended claims. It should be noted that the scope of the claims is determined by the wording given therein, and not by a specific consideration of the features and advantages set forth in this description.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Следующее подробное описание вариантов осуществления данного изобретения может быть лучше понято при прочтении вместе со следующими графическими материалами, где одинаковая структура обозначена одинаковыми ссылочными цифрами и в которых:The following detailed description of embodiments of the present invention may be better understood when read in conjunction with the following drawings, where the same structure is denoted by the same reference numerals and in which:

фиг. 1 представляет собой схему, показывающую пути получения этиленгликоля, гликолята и глиоксилата из газообразного субстрата, содержащего СО, СО2 и/или Н2;fig. 1 is a diagram showing the ways of obtaining ethylene glycol, glycolate and glyoxylate from a gaseous substrate containing CO, CO 2 and/or H 2 ;

фиг. 2А-2Е представляют собой карты плазмид, использованных в примерах 1-4. Фиг. 2А - карта челночного вектора экспрессии pIPL12, как описано в примере 1. Фиг. 2В представляет собой карту плазмиды pMEG042, которая содержит цитрат-синтазу В. subtilis, изоцитрат-лиазу E.coli и гликольальдегид-дегидрогеназу G. oxydans, как описано в примере 1. Фиг. 2С представляет собой карту плазмиды pMEG058, которая содержит аланин-глиоксилат аминотрансферазу S. thiotaurini и альдегид-дегидрогеназу Р. fluorescens, как описано в примере 2. Фиг. 2D представляет собой карту плазмиды pMEG059, которая содержит аланин-глиоксилат аминотрансферазу S. thiotaurini и альдегид-дегидрогеназу G. oxydans, как описано в примере 3. Фиг. 2Е представляет собой карту плазмиды pMEG061, которая содержит аминотрансферазу класса V С. acidurici и альдегиддегидрогеназу P. fluorescens, как описано в примере 4;fig. 2A-2E are maps of the plasmids used in Examples 1-4. Fig. 2A is a map of the pIPL12 expression shuttle vector as described in Example 1. FIG. 2B is a map of plasmid pMEG042 which contains B. subtilis citrate synthase, E. coli isocitrate lyase, and G. oxydans glycolaldehyde dehydrogenase as described in Example 1. FIG. 2C is a map of plasmid pMEG058 which contains S. thiotaurini alanine glyoxylate aminotransferase and P. fluorescens aldehyde dehydrogenase as described in Example 2. FIG. 2D is a map of plasmid pMEG059 which contains S. thiotaurini alanine glyoxylate aminotransferase and G. oxydans aldehyde dehydrogenase as described in Example 3. FIG. 2E is a map of plasmid pMEG061 which contains C. acidurici class V aminotransferase and P. fluorescens aldehyde dehydrogenase as described in Example 4;

фиг. 3A демонстрирует уровни биомассы (г сухой массы клеток/л) С. autoethanogenum, экспрессирующей pMEG042 (клоны 1-3) или С. autoethanogenum, содержащей пустой вектор (отрицательный контроль). Фиг. 3B демонстрирует этиленгликоль, продуцируемый с течением времени в С. autoethanogenum, растущей автотрофно и несущей вектор экспрессии pMEG042, по сравнению с отрицательным контролем (пустой вектор). Фиг. 3C демонстрирует гликолят, продуцируемый с течением времени в С. autoethanogenum, растущей автотрофно и несущей вектор экспрессии pMEG042; смотрите пример 1;fig. 3A shows biomass levels (g dry cell weight/L) of C. autoethanogenum expressing pMEG042 (clones 1-3) or C. autoethanogenum containing empty vector (negative control). Fig. 3B shows ethylene glycol produced over time in C. autoethanogenum growing autotrophically and carrying the pMEG042 expression vector compared to a negative control (empty vector). Fig. 3C shows glycolate produced over time in C. autoethanogenum growing autotrophically and harboring the expression vector pMEG042; see example 1;

фиг. 4А демонстрирует уровни биомассы (г сухой массы клеток/л) С. autoethanogenum, экспрессирующей pMEG058 (клоны 1-2) или С. autoethanogenum, содержащей пустой вектор (отрицательный контроль). Фиг. 4В демонстрирует этиленгликоль, продуцируемый с течением времени в С. autoethanogenum, растущей автотрофно и несущей вектор экспрессии pMEG058, по сравнению с отрицательным контролем (пустой вектор); смотрите пример 2;fig. 4A shows biomass levels (g dry cell weight/L) of C. autoethanogenum expressing pMEG058 (clones 1-2) or C. autoethanogenum containing empty vector (negative control). Fig. 4B shows ethylene glycol produced over time in C. autoethanogenum growing autotrophically and carrying the pMEG058 expression vector compared to a negative control (empty vector); see example 2;

фиг. 5А демонстрирует уровни биомассы (г сухой массы клеток/л) С. autoethanogenum, экспрессирующей pMEG059 (клоны 1-3) или С. autoethanogenum, содержащей пустой вектор (отрицательный контроль). Фиг. 5В демонстрирует этиленгликоль, продуцируемый с течением времени в С. autoethanogenum, растущей автотрофно и несущей вектор экспрессии pMEG059, по сравнению с отрицательным контролем (пустой вектор); смотрите пример 3;fig. 5A shows biomass levels (g dry cell weight/L) of C. autoethanogenum expressing pMEG059 (clones 1-3) or C. autoethanogenum containing empty vector (negative control). Fig. 5B shows ethylene glycol produced over time in C. autoethanogenum growing autotrophically and carrying the pMEG059 expression vector compared to a negative control (empty vector); see example 3;

фиг. 6А демонстрирует уровни биомассы (г сухой массы клеток/л) С. autoethanogenum, экспрессирующей pMEG061 (клон 1) или С. autoethanogenum, содержащей пустой вектор (отрицательный кон- 3 042922 троль). Фиг. 6В демонстрирует этиленгликоль, продуцируемый с течением времени в С.fig. 6A shows biomass levels (g dry cell weight/L) of C. autoethanogenum expressing pMEG061 (clone 1) or C. autoethanogenum containing empty vector (negative control). Fig. 6B shows ethylene glycol produced over time in C.

autoethanogenum, растущей автотрофно и несущей вектор экспрессии pMEG061, по сравнению с отрицательным контролем (пустой вектор); смотрите пример 4.autoethanogenum growing autotrophically and carrying the pMEG061 expression vector compared to a negative control (empty vector); see example 4.

Подробное описание сущности изобретенияDetailed Description of the Invention

Данное изобретение предлагает микроорганизмы для биологического производства этиленгликоля. Микроорганизм представляет собой микроскопический организм, в частности, бактерию, архею, вирус или грибок. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой бактерию.This invention provides microorganisms for the biological production of ethylene glycol. A microorganism is a microscopic organism, such as a bacterium, archaea, virus, or fungus. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is a bacterium.

Подразумевается, что термин не встречающийся в природе при применении в отношении микроорганизма означает, что указанный микроорганизм имеет по меньшей мере одну генетическую модификацию, не встречающуюся в природном штамме перечисленных видов, в том числе в штаммах дикого типа перечисленных видов. Не встречающиеся в природе микроорганизмы, как правило, разрабатывают в лаборатории или исследовательском центре. Микроорганизм согласно данному изобретению не встречается в природе.The term "non-naturally occurring" when applied to a microorganism is intended to mean that said microorganism has at least one genetic modification not found in a natural strain of the listed species, including wild-type strains of the listed species. Non-naturally occurring microorganisms are usually developed in a laboratory or research facility. The microorganism according to this invention does not occur in nature.

Термины генетическая модификация, генетическое изменение или генная инженерия в широком смысле относятся к манипулированию геномом или нуклеиновыми кислотами микроорганизма руками человека. Аналогичным образом, термины генетически модифицированный, генетически измененный или генно-инженерный относятся к микроорганизму, содержащему такие генетические модификации, генетические изменения или генно-инженерные элементы. Эти термины можно использовать для дифференциации полученного в лаборатории микроорганизма от микроорганизма, встречающегося в природе. Способы генетической модификации включают в себя, например, экспрессию гетерологичного гена, вставку или делецию гена или промотора, мутацию нуклеиновой кислоты, измененную экспрессию гена или инактивацию, ферментную инженерию, направленную эволюцию, конструирование на основе существующих знаний, способы случайного мутагенеза, генную перетасовку и оптимизацию кодонов. Микроорганизмы согласно данному изобретению являются генетически сконструированными.The terms genetic modification, genetic alteration, or genetic engineering broadly refer to the manipulation of the genome or nucleic acids of a microorganism by human hands. Similarly, the terms genetically modified, genetically altered or genetically engineered refer to a microorganism containing such genetic modifications, genetic changes or genetically engineered elements. These terms can be used to differentiate a laboratory-produced microorganism from a naturally occurring microorganism. Methods of genetic modification include, for example, heterologous gene expression, gene or promoter insertion or deletion, nucleic acid mutation, altered gene expression or inactivation, enzyme engineering, directed evolution, knowledge engineering, random mutagenesis methods, gene shuffling, and optimization. codons. The microorganisms according to this invention are genetically engineered.

Рекомбинантный означает, что нуклеиновая кислота, белок или микроорганизм является продуктом генетической модификации, инженерии или рекомбинации. В целом, термин рекомбинантный относится к нуклеиновой кислоте, белку или микроорганизму, который содержит или кодируется генетическим материалом, полученным из множества источников, например двух или большего количества различных штаммов или видов микроорганизмов. Микроорганизмы согласно данному изобретению в целом являются рекомбинантными.Recombinant means that the nucleic acid, protein, or microorganism is the product of genetic modification, engineering, or recombination. In general, the term recombinant refers to a nucleic acid, protein, or microorganism that contains or is encoded by genetic material derived from multiple sources, such as two or more different strains or species of microorganisms. The microorganisms according to this invention are generally recombinant.

Дикий тип относится к обычной форме организма, штамма, гена или характеристики, как они встречаются в природе, в отличие от мутантных или вариантных форм.Wild type refers to the normal form of an organism, strain, gene, or characteristic as it occurs in nature, as opposed to mutated or variant forms.

Эндогенный относится к нуклеиновой кислоте или белку, который присутствует или экспрессируется в микроорганизме дикого типа или исходном микроорганизме, из которого получают микроорганизм согласно данном изобретению. Например, эндогенный ген представляет собой ген, который нативно присутствует в микроорганизме дикого типа или исходном микроорганизме, из которого получают микроорганизм согласно данному изобретению. В одном варианте осуществления, экспрессию эндогенного гена можно контролировать с помощью экзогенного регуляторного элемента, например, экзогенного промотора.Endogenous refers to a nucleic acid or protein that is present or expressed in the wild-type microorganism or parental microorganism from which the microorganism of the present invention is derived. For example, an endogenous gene is a gene that is natively present in a wild-type microorganism or a parent microorganism from which the microorganism of the present invention is derived. In one embodiment, expression of an endogenous gene can be controlled by an exogenous regulatory element, such as an exogenous promoter.

Экзогенный относится к нуклеиновой кислоте или белку, который происходит из вне микроорганизма согласно данному изобретению. Например, экзогенный ген или фермент может быть создан искусственно или рекомбинантно, и введен в или экспрессирован в микроорганизме согласно данному изобретению. Экзогенный ген или фермент также может быть выделен из гетерологичного микроорганизма, и введен в или экспрессирован в микроорганизме согласно данному изобретению. Экзогенные нуклеиновые кислоты могут быть адаптированы для интеграции в геном микроорганизма согласно данному изобретению, или для сохранения в внехромосомном состоянии в микроорганизме согласно данному изобретению, например, в плазмиде.Exogenous refers to a nucleic acid or protein that originates outside the microorganism according to the invention. For example, an exogenous gene or enzyme can be created artificially or recombinantly, and introduced into or expressed in the microorganism according to this invention. An exogenous gene or enzyme may also be isolated from a heterologous microorganism and introduced into or expressed in the microorganism according to the present invention. Exogenous nucleic acids can be adapted to be integrated into the genome of the microorganism of the invention, or to be maintained in an extrachromosomal state in the microorganism of the invention, for example, in a plasmid.

Гетерологичный относится к нуклеиновой кислоте или белку, который отсутствует в микроорганизме дикого типа или исходном микроорганизме, из которого получают микроорганизм согласно данному изобретению. Например, гетерологичный ген или фермент может быть получен из отличающегося штамма или видов, и введен в или экспрессирован в микроорганизме согласно данному изобретению. Гетерологичный ген или фермент может быть введен или экспрессирован в микроорганизме согласно данному изобретению в той форме, в которой он встречается в разных штаммах или видах. В альтернативном варианте, гетерологичный ген или фермент может быть модифицирован каким-либо образом, например, путем оптимизации его кодонов для экспрессии в микроорганизме согласно данному изобретению или путем его конструирования для изменения функции, например для изменения направления активности фермента или изменения субстратной специфичности.Heterologous refers to a nucleic acid or protein that is not present in the wild-type microorganism or parental microorganism from which the microorganism of the present invention is derived. For example, a heterologous gene or enzyme may be obtained from a different strain or species and introduced into or expressed in the microorganism of the present invention. The heterologous gene or enzyme may be introduced or expressed in the microorganism of the present invention in the form in which it occurs in different strains or species. Alternatively, the heterologous gene or enzyme can be modified in some way, such as by optimizing its codons for expression in the microorganism of the invention, or by designing it to change function, such as changing the direction of enzyme activity or changing substrate specificity.

В частности, гетерологичная нуклеиновая кислота или белок, экспрессируемый в микроорганизме, описанном в данном документе, может быть получен из Bacillus, Clostridium, Escherichia, Gluconobacter, Hyphomicrobium, Lysinibacillus, Paenibacillus, Pseudomonas, Sedimenticola, Sporosarcina, Streptomyces, Thermithiobacillus, Thermotoga, Zea, Klebsiella, Mycobacterium, Salmonella, Mycobacteroides, Staphylococcus, Burkholderia, Listeria, Acinetobacter, Shigella, Neisseria, Bordetella, Streptococcus, Enterobacter, Vibrio,In particular, the heterologous nucleic acid or protein expressed in the microorganism described herein can be obtained from Bacillus, Clostridium, Escherichia, Gluconobacter, Hyphomicrobium, Lysinibacillus, Paenibacillus, Pseudomonas, Sedimenticola, Sporosarcina, Streptomyces, Thermithiobacillus, Thermotoga, Zea, Klebsiella, Mycobacterium, Salmonella, Mycobacteroides, Staphylococcus, Burkholderia, Listeria, Acinetobacter, Shigella, Neisseria, Bordetella, Streptococcus, Enterobacter, Vibrio,

- 4 042922- 4 042922

Legionella, Xanthomonas, Serratia, Cronobacter, Cupriavidus, Helicobacter, Yersinia, Cutibacterium, Francisella, Pectobacterium, Arcobacter, Lactobacillus, Shewanella, Erwinia, Sulfurospirillum, Peptococcaceae, Thermococcus, Saccharomyces, Pyrococcus, Glycine, Homo, Ralstonia, Brevibacterium, Methylobacterium, Geobacillus, bos, gallus, Anaerococcus, Xenopus, Amblyrhynchus, rattus, mus, sus, Rhodococcus, Rhizobium, Megasphaera, Mesorhizobium, Peptococcus, Agrobacterium, Campylobacter, Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa, Thermoanaerobacter, Schizosaccharomyces, Paenibacillus, Fictibacillus, Lysinibacillus, Ornithinibacillus, Halobacillus, Kurthia, Lentibacillus, Anoxybacillus, Solibacillus, Virgibacillus, Alicyclobacillus, Sporosarcina, Salimicrobium, Sporosarcina, Planococcus, Corynebacterium, Thermaerobacter, Sulfobacillus, или Symbiobacterium.Legionella, Xanthomonas, Serratia, Cronobacter, Cupriavidus, Helicobacter, Yersinia, Cutibacterium, Francisella, Pectobacterium, Arcobacter, Lactobacillus, Shewanella, Erwinia, Sulfurospirillum, Peptococcaceae, Thermococcus, Saccharomyces, Pyrococcus, Glycine, Homo, Ralstonia, Brevibacter ium, Methylobacterium, Geobacillus, bos gallus usa, Thermoanaerobacter, Schizosaccharomyces, Paenibacillus, Fictibacillus, Lysinibacillus, Ornithinibacillus, Halobacillus, Kurthia, Lentibacillus, Anoxybacillus, Solibacillus, Virgibacillus, Alicyclobacillus, Sporosarcina, Salimicrobium, Sporosarcina, Planococcus, Corynebacterium, Thermaerobacter, Sulfobacillus, or Symbiobacterium.

Термины полинуклеотид, нуклеотид, нуклеотидная последовательность, нуклеиновая кислота и олигонуклеотид используются взаимозаменяемо. Они относятся к полимерной форме нуклеотидов любой длины, как дезоксирибонуклеотидов, так и рибонуклеотидов, либо их аналогов. Полинуклеотиды могут иметь любую трехмерную структуру, и могут выполнять любую функцию, известную или неизвестную. Ниже приведены неограничивающие примеры полинуклеотидов: кодирующие или некодирующие области гена или фрагмента гена, локусы (локус), определенные при анализе сцепления, экзоны, интроны, матричная РНК (мРНК), транспортная РНК, рибосомальная РНК, короткая интерферирующая РНК (киРНК), короткая шпилечная РНК (кшРНК), микро-РНК (миРНК), рибозимы, кДНК, рекомбинантные полинуклеотиды, разветвленные полинуклеотиды, плазмиды, векторы, выделенная ДНК с любой последовательностью, выделенная РНК с любой последовательностью, нуклеотидные зонды и праймеры. Полинуклеотид может содержать один или большее количество модифицированных нуклеотидов, например, метилированных нуклеотидов или аналогов нуклеотидов. Модификации нуклеотидной структуры (при их наличии) можно внедрить до или после сборки полимера. Нуклеотидную последовательность можно прерывать ненуклеотидными компонентами. Полинуклеотид можно дополнительно модифицировать после полимеризации, например, путем конъюгирования с метящим компонентом.The terms polynucleotide, nucleotide, nucleotide sequence, nucleic acid, and oligonucleotide are used interchangeably. They refer to the polymeric form of nucleotides of any length, both deoxyribonucleotides and ribonucleotides, or their analogues. Polynucleotides can have any three-dimensional structure, and can perform any function, known or unknown. The following are non-limiting examples of polynucleotides: coding or non-coding regions of a gene or gene fragment, loci (locus) determined by linkage analysis, exons, introns, messenger RNA (mRNA), transfer RNA, ribosomal RNA, short interfering RNA (siRNA), short hairpin RNA (shRNA), miRNA (miRNA), ribozymes, cDNA, recombinant polynucleotides, branched polynucleotides, plasmids, vectors, isolated DNA of any sequence, isolated RNA of any sequence, nucleotide probes and primers. The polynucleotide may contain one or more modified nucleotides, such as methylated nucleotides or nucleotide analogs. Nucleotide structure modifications (if any) can be introduced before or after polymer assembly. The nucleotide sequence can be interrupted by non-nucleotide components. The polynucleotide can be further modified after polymerization, for example by conjugation with a labeling moiety.

Как применяется в данном документе, экспрессия относится к процессу, посредством которого полинуклеотид транскрибируется с ДНК-матрицы (например, в мРНК или другой РНК-транскрипт) и/или процессу, посредством которого транскрибированная мРНК впоследствии транслируется в пептиды, полипептиды, или белки. Транскрипты и закодированные полипептиды могут быть совокупности называны генными продуктами.As used herein, expression refers to the process by which a polynucleotide is transcribed from a DNA template (e.g., into an mRNA or other RNA transcript) and/or the process by which the transcribed mRNA is subsequently translated into peptides, polypeptides, or proteins. Transcripts and encoded polypeptides can be collectively referred to as gene products.

Термины полипептид, пептид и белок используются в данном документе взаимозаменяемо для обозначения аминокислотных полимеров любой длины. Полимер может быть линейным или разветвленным, он может содержать модифицированные аминокислоты, и он может прерываться соединениями, не являющимися аминокислотами. Эти термины также охватывают аминокислотный полимер, который был модифицирован; например, образованием дисульфидной связи, гликозилированием, липидированием, ацетилированием, фосфорилированием или любой другой манипуляцией, например, конъюгированием с метящим компонентом. Как применяется в данном документе, термин аминокислота включает в себя природные и/или не встречающиеся в природе или синтетические аминокислоты, в том числе глицин и D- или L-оптические изомеры, а также аналоги аминокислот и пептидомиметики.The terms polypeptide, peptide, and protein are used interchangeably herein to refer to amino acid polymers of any length. The polymer may be linear or branched, it may contain modified amino acids, and it may be interrupted by non-amino acid compounds. These terms also cover an amino acid polymer that has been modified; for example, disulfide bond formation, glycosylation, lipidation, acetylation, phosphorylation, or any other manipulation, such as conjugation with a labeling moiety. As used herein, the term amino acid includes naturally occurring and/or non-naturally occurring or synthetic amino acids, including glycine and D- or L-optical isomers, as well as amino acid analogs and peptidomimetics.

Ферментативная активность или просто активность в широком смысле относится к ферментативной активности, включая активность фермента, количество фермента или доступность фермента, необходимого для катализа реакции, но не ограничиваясь лишь этими. Соответственно, увеличение ферментативной активности включает в себя увеличение активности фермента, увеличение количества фермента или повышение доступности фермента, необходимого для катализа реакции. Аналогичным образом, уменьшение ферментативной активности включает в себя уменьшение активности фермента, уменьшение количества фермента или уменьшение доступности фермента, необходимого для катализа реакции.Enzymatic activity, or simply activity, broadly refers to enzymatic activity, including, but not limited to, enzyme activity, the amount of enzyme, or the availability of enzyme required to catalyze a reaction. Accordingly, an increase in enzyme activity includes an increase in enzyme activity, an increase in the amount of enzyme, or an increase in the availability of an enzyme necessary to catalyze a reaction. Similarly, a decrease in enzyme activity includes a decrease in enzyme activity, a decrease in the amount of enzyme, or a decrease in the availability of an enzyme necessary to catalyze a reaction.

Мутированный относится к нуклеиновой кислоте или белку, модифицированным в микроорганизме согласно данному изобретению по сравнению с микроорганизмом дикого типа или исходным микроорганизмом, от которого происходит микроорганизм согласно данному изобретению. В одном варианте осуществления, мутация может представлять собой делецию, инсерцию или замену в гене, кодирующем фермент. В еще одном варианте осуществления, мутация может представлять собой делецию, инсерцию или замену одной или большего количества аминокислот в ферменте.Mutated refers to a nucleic acid or protein that has been modified in the microorganism of the present invention compared to the wild-type microorganism or parental microorganism from which the microorganism of the present invention is derived. In one embodiment, the mutation may be a deletion, insertion, or substitution in a gene encoding an enzyme. In yet another embodiment, the mutation may be a deletion, insertion, or substitution of one or more amino acids in the enzyme.

Исходный микроорганизм представляет собой микроорганизм, используемый для получения микроорганизма согласно данному изобретению. Исходный микроорганизм может являться природным микроорганизмом (т.е. микроорганизмом дикого типа) или предварительно модифицированным микроорганизмом (т.е. мутантным или рекомбинантным микроорганизмом). Микроорганизм согласно данному изобретению может быть модифицирован с целью экспрессии или сверхэкспрессии одного или большего количества ферментов, не экспрессируемых или сверхэкспрессируемых в исходном микроорганизме. Подобным образом микроорганизм согласно изобретению может быть модифицирован, чтобы содержать один или большее количество генов, которые не содержались в исходном микроорганизме. Микроорганизм согласно данному изобретению также может быть модифицирован, чтобы не экспрессировать или экспрессировать меньшие количества одного или большего количества ферментов, которые были экспрессированы в исходном микроорганизме.The original microorganism is a microorganism used to obtain a microorganism according to this invention. The parent microorganism may be a naturally occurring microorganism (ie, a wild-type microorganism) or a previously modified microorganism (ie, a mutant or recombinant microorganism). The microorganism of the present invention may be modified to express or overexpress one or more enzymes not expressed or overexpressed in the parent microorganism. Similarly, the microorganism according to the invention may be modified to contain one or more genes that were not contained in the original microorganism. The microorganism of the present invention may also be modified not to express or to express lesser amounts of one or more of the enzymes that were expressed in the original microorganism.

- 5 042922- 5 042922

Микроорганизм согласно данному изобретению может быть получен по существу из любого исходного микроорганизма. В одном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению может быть получен из исходного микроорганизма, выбранного из группы, состоящей из Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Escherichia coli, и Saccharomyces cerevisiae. В других вариантах осуществления, микроорганизм получают из исходного микроорганизма, выбранного из группы, состоящей из Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia product, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, и Thermoanaerobacter kiuvi. В предпочтительном варианте осуществления, исходный микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте осуществления, исходный микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum LZ1561, внесенный 7 июня 2010 г. в немецкую коллекцию микроорганизмов и клеточных культур (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ)), расположенную по адресу Inhoffenstraβ 7B, D38124 Брауншвейг, Германия, 7 июня 2010 г. в соответствии с Будапештским договором о международном признании депонирования микроорганизмов для целей патентной процедуры под номером доступа DSM23693. Этот штамм описан в международной заявке на патент № PCT/NZ2011/000144, опубликованной как WO 2012/015317.The microorganism according to this invention can be obtained essentially from any original microorganism. In one embodiment, the microorganism of the present invention may be derived from a parent microorganism selected from the group consisting of Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Escherichia coli, and Saccharomyces cerevisiae. In other embodiments, the microorganism is derived from a parent microorganism selected from the group consisting of Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia product, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostrid ium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, and Thermoanaerobacter kiuvi. In a preferred embodiment, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum LZ1561 introduced June 7, 2010 to the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ)), located at Inhoffenstraβ 7B, D38124 Braunschweig, Germany, June 7, 2010 under the Budapest Treaty on the International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the Purposes of Patent Procedure under accession number DSM23693. This strain is described in International Patent Application No. PCT/NZ2011/000144 published as WO 2012/015317.

Термин происходит от означает, что нуклеиновая кислота, белок или микроорганизм модифицированы или адаптированы из другой (например, исходной или дикого типа) нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма, с целью получения новой нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма. Такие модификации или адаптации обычно включают в себя вставку, делецию, мутацию или замену нуклеиновых кислот или генов. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению происходит от исходного микроорганизма. В одном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum LZ1561, депонированного в DSMZ под номером доступа DSM23693.The term is derived from meaning that a nucleic acid, protein, or microorganism is modified or adapted from another (eg, parental or wild-type) nucleic acid, protein, or microorganism to produce a new nucleic acid, protein, or microorganism. Such modifications or adaptations typically include the insertion, deletion, mutation, or substitution of nucleic acids or genes. As a rule, the microorganism according to this invention is derived from the original microorganism. In one embodiment, the microorganism according to this invention is derived from Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the microorganism according to the invention is derived from Clostridium autoethanogenum LZ1561 deposited with the DSMZ under accession number DSM23693.

Микроорганизм согласно данному изобретению можно дополнительно классифицировать на основе функциональных характеристик. Например, микроорганизм согласно данному изобретению может представлять собой или может быть получен из С1-фиксирующего микроорганизма, анаэроба, ацетогена, этанологена, карбоксидотрофа и/или метанотрофа.The microorganism according to this invention can be further classified based on functional characteristics. For example, the microorganism of the present invention may be or may be derived from a C1 fixing microorganism, anaerobe, acetogen, ethanologen, carboxydotroph and/or methanotroph.

В табл. 1 приведен типичный перечень микроорганизмов и указаны их функциональные характеристики.In table. 1 shows a typical list of microorganisms and their functional characteristics.

Acetobacterium woodii______________Acetobacterium woodii______________

Alkalibaculum bacchiiAlkalibaculum bacchii

Blautia producta_____________________Blautia producta_____________________

Butyribacterium methylotrophicumButyribacterium methylotrophicum

Clostridium aceticum_________________Clostridium aceticum_________________

Clostridium autoethanogenumClostridium autoethanogenum

Clostridium carboxidivorans__________Clostridium carboxidivorans__________

Clostridium coskatii___________________Clostridium coskatii___________________

Clostridium drakei____________________Clostridium drakei____________________

Clostridium formicoaceticum_________Clostridium formicoaceticum_________

Clostridium ljungdahlii_________________Clostridium ljungdahlii_________________

Clostridium magnum_______________Clostridium magnum_______________

Clostridium ragsdalei_________________Clostridium ragsdalei_________________

Clostridium scatologenes_____________Clostridium scatologenes_____________

Eubacterium limosum_______________Eubacterium limosum_______________

Moorella thermautotrophica__________Moorella thermautotrophica__________

Moorella thermoacetica (ранееMoorella thermoacetica (formerly

Clostridium thermoaceticum)Clostridium thermoaceticum)

Oxobacter pfennigiiOxobacter pfennigii

Sporomusa ovata_________________Sporomusa ovata_________________

Sporomusa silvacetica_______________Sporomusa silvacetica_______________

Sporomusa sphaeroides____________Sporomusa sphaeroides____________

Thermoanaerobacter kiuviThermoanaerobacter kiuvi

Таблица 1Table 1

1 Acetobacterium woodi может продуцировать этанол из фруктозы, но не из газа. 1 Acetobacterium woodi can produce ethanol from fructose, but not from gas.

2 Не было исследовано, можно ли выращивать Clostridium magnum на СО. 2 It has not been investigated whether Clostridium magnum can be grown on CO.

3 Сообщалось, что один штамм из Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, продуцирует этанол из газа. 3 One strain from Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, produces ethanol from gas.

4 Не было исследовано, можно ли выращивать Sporomusa ovata на СО. 4 It has not been investigated whether Sporomusa ovata can be grown on CO.

5 Не было исследовано, можно ли выращивать Sporomusa silvacetica на СО. 5 It has not been investigated whether Sporomusa silvacetica can be grown on CO.

6 Не было исследовано, можно ли выращивать Sporomusa sphaeroides на СО. 6 It has not been investigated whether Sporomusa sphaeroides can be grown on CO.

- 6 042922- 6 042922

Вуда-Льюнгдаля относится к пути фиксации углерода Вуда-Льюнгдаля, описанном, например, в Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008. Микроорганизмы Вуда-Льюнгдала, ожидаемо, относятся к микроорганизмам, содержащим путь Вуда-Льюнгдала. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нативный путь Вуда-Льюнгдаля. В данном документе, путь ВудаЛьюнгдала может быть нативным, немодифицированным путем Вуда-Льюнгдала, или может быть путем Вуда-Льюнгдала с некоторой степенью генетической модификации (например, сверхэкспрессией, гетерологичной экспрессией, нокаутом и т.д.), пока он используется для преобразования СО, СО2 и/или Н2 в ацетил-КоА.Wood-Ljungdahl refers to the Wood-Ljungdahl carbon fixation pathway described, for example, in Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008. Wood-Ljungdahl microorganisms are expected to refer to microorganisms containing the Wood-Ljungdahl pathway. As a rule, the microorganism according to this invention contains the native Wood-Ljungdahl pathway. As used herein, the Wood-Ljungdahl pathway may be a native, unmodified Wood-Ljungdahl pathway, or may be a Wood-Ljungdahl pathway with some degree of genetic modification (e.g., overexpression, heterologous expression, knockout, etc.) as long as it is used to convert CO , CO 2 and/or H 2 in acetyl-CoA.

С1 относится к молекуле, содержащей один атом углерода, например, СО, СО2, СН4 или СН3ОН. С1-оксигенат относится к одноуглеродной молекуле, которая также содержит, по меньшей мере, один атом кислорода, например, СО, СО2 или СН3ОН. Источник С1-углерода относится к одноуглеродной молекуле, которая служит частичным или единственным источником углерода для микроорганизма согласно данному изобретению. Например, источник С1-углерода может содержать одно или большее количество из: СО, СО2, СН4, СН3ОН или СН2О2. Источник С1-углерода предпочтительно содержит одно или большее количество из: СО и СО2. С1-фиксирующий микроорганизм представляет собой микроорганизм, способный продуцировать один или большее количество продуктов из источника С1-углерода. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой С1-фиксирующую бактерию. Согласно предпочтительному варианту осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из С1-фиксирующего микроорганизма, приведенного в табл. 1.C1 refers to a molecule containing one carbon atom, such as CO, CO 2 , CH 4 or CH3OH. C1-oxygenate refers to a one-carbon molecule that also contains at least one oxygen atom, such as CO, CO 2 or CH3OH. A C1 carbon source refers to a one-carbon molecule that serves as a partial or sole carbon source for a microorganism according to the present invention. For example, the C1 carbon source may contain one or more of: CO, CO 2 , CH 4 , CH 3 OH or CH 2 O 2 . The C1 carbon source preferably contains one or more of: CO and CO 2 . A C1 fixing microorganism is a microorganism capable of producing one or more products from a C1 carbon source. Typically, the microorganism according to this invention is a C1-fixing bacterium. According to a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the C1-fixing microorganism shown in table. 1.

Анаэроб представляет собой микроорганизм, не требующий кислорода для роста. Анаэроб может реагировать негативно или даже умереть при наличии кислорода выше определенного порога. Тем не менее, некоторые анаэробы способны переносить низкие уровни кислорода (например, 0,000001-5% кислорода), иногда называемые микрооксидными условиями. Часто микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой анаэроб. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из анаэроба, приведенного в табл. 1.Anaerobe is a microorganism that does not require oxygen for growth. An anaerobe can react negatively or even die if oxygen is present above a certain threshold. However, some anaerobes are able to tolerate low levels of oxygen (eg 0.000001-5% oxygen), sometimes referred to as microoxide conditions. Often the microorganism according to this invention is an anaerobe. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the anaerobe shown in table. 1.

Ацетогены представляют собой облигатно-анаэробные бактерии, использующие путь ВудаЛьюнгдаля в качестве их основного механизма для сохранения энергии и синтеза ацетил-КоА и продуктов, полученных из ацетил-КоА, например, ацетата (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008). В частности, ацетогены используют путь Вуда-Льюнгдала как (1) механизм для восстановительного синтеза ацетил-КоА из СО2, (2) терминальный электроноакцепторный, энергосберегающий процесс, (3) механизм для фиксации (ассимиляции) СО2 при синтезе клеточного углерода (Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006). Все встречающиеся в природе ацетогены являются С1-фиксирующими, анаэробными, автотрофными и неметанотрофными организмами. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой ацетоген. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из ацетогена, приведенного в табл. 1.Acetogens are obligate anaerobic bacteria using the Wood-Ljungdahl pathway as their primary mechanism for energy conservation and the synthesis of acetyl-CoA and acetyl-CoA derived products such as acetate (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008 ). In particular, acetogens use the Wood-Ljungdahl pathway as (1) a mechanism for the reductive synthesis of acetyl-CoA from CO 2 , (2) a terminal electron-withdrawing, energy-saving process, (3) a mechanism for fixing (assimilating) CO 2 during the synthesis of cellular carbon (Drake , Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006). All naturally occurring acetogens are C1-fixing, anaerobic, autotrophic, and non-methanotrophic organisms. Typically, the microorganism according to this invention is an acetogen. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the acetogen shown in table. 1.

Этанологен представляет собой микроорганизм, который продуцирует или способен продуцировать этанол. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой этанологен. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из этанологена, приведенного в табл. 1.An ethanologen is a microorganism that produces or is capable of producing ethanol. Typically, the microorganism according to this invention is an ethanologen. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the ethanologen shown in table. 1.

Автотроф представляет собой микроорганизм, способный расти в отсутствие органического углерода. Вместо этого автотрофы используют неорганические источники углерода, такие как СО и/или СО2. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой автотроф. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из автотрофа, приведенного в табл. 1.An autotroph is a microorganism that can grow in the absence of organic carbon. Instead, autotrophs use inorganic carbon sources such as CO and/or CO 2 . As a rule, the microorganism according to this invention is an autotroph. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the autotroph shown in table. 1.

Карбоксидотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать СО в качестве единственного источника углерода и энергии. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой карбоксидотроф. В предпочтительном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из карбоксидотрофа, приведенного в табл. 1.A carboxydotroph is a microorganism capable of using CO2 as its sole source of carbon and energy. As a rule, the microorganism according to this invention is a carboxydotroph. In a preferred embodiment, the microorganism according to this invention is obtained from the carboxydotroph shown in table. 1.

Метанотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать метан в качестве единственного источника углерода и энергии. Согласно определенным вариантам осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой метанотроф, или получен из метанотрофа. Согласно другим вариантам осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению не является метанотрофом или не получен из метанотрофа.A methanotroph is a microorganism capable of using methane as its sole source of carbon and energy. In certain embodiments, the microorganism according to the invention is a methanotroph, or derived from a methanotroph. In other embodiments, the microorganism of the invention is not a methanotroph or is not derived from a methanotroph.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению получают из кластера Clostridia, включающего в себя виды Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii и Clostridium ragsdalei. Такие виды были впервые описаны и исследованы в работах Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994 (Clostridium autoethanogenum), Tanner, Int J System Bacteriol, 43: 232-236, 1993 (Clostridium ljungdahlii) и Huhnke, WO 2008/028055 (Clostridium ragsdalei).According to a preferred embodiment, the microorganism according to the present invention is obtained from a Clostridia cluster including Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii and Clostridium ragsdalei species. Such species were first described and investigated in Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994 (Clostridium autoethanogenum), Tanner, Int J System Bacteriol, 43: 232-236, 1993 (Clostridium ljungdahlii) and Huhnke, WO 2008/ 028055 (Clostridium ragsdalei).

Перечисленные три вида имеют много похожих свойств. В частности, все эти виды являются С1фиксирующими, анаэробными, ацетогенными, этанологенными и карбоксидотрофными представителями рода Clostridium. Такие виды имеют аналогичные генотипы и фенотипы, и способы сохранения энергииThese three species have many similar properties. In particular, all these species are C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologenic, and carboxydotrophic representatives of the genus Clostridium. Such species have similar genotypes and phenotypes, and ways of conserving energy

- 7 042922 и ферментативного метаболизма. Кроме того, эти виды объединены в кластер гомологичной группы I клостридиальной рРНК, причем их ДНК 16S рРНК идентична больше чем на 99%, содержание G + С в ДНК составляет около 22-30% мол.%, они грамположительны, характеризуются схожей морфологией и размером (размер логарифмически растущих клеток находится в интервале между 0,5-0,7 х 3-5 мкм), являются мезофильными (оптимальный рост при температуре 30-37°C), характеризуются схожими диапазонами рН около 4-7,5 (при оптимальном значении рН около 5,5-6), не содержат цитохромов и сохраняют энергию посредством комплекса Rnf. Кроме того, как было показано, у этих видов происходит восстановление карбоновых кислот с образованием их соответствующих спиртов (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). Важно отметить, что все эти виды также демонстрируют сильный автотрофный рост на СО-содержащих газах, продуцируют этанол и ацетат (или уксусную кислоту) в качестве основных продуктов ферментации и при определенных условиях образуют небольшие количества 2,3бутандиола и молочной кислоты.- 7 042922 and enzymatic metabolism. In addition, these species are united in a cluster of homologous group I clostridial rRNA, and their 16S rRNA DNA is more than 99% identical, the content of G + C in DNA is about 22-30% mol.%, they are gram-positive, characterized by similar morphology and size (the size of logarithmically growing cells is in the range between 0.5-0.7 x 3-5 µm), are mesophilic (optimum growth at a temperature of 30-37°C), are characterized by similar pH ranges of about 4-7.5 (at optimal pH value of about 5.5-6), do not contain cytochromes and store energy through the Rnf complex. In addition, these species have been shown to reduce carboxylic acids to form their respective alcohols (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). It is important to note that all these species also show strong autotrophic growth on CO-containing gases, produce ethanol and acetate (or acetic acid) as the main fermentation products, and under certain conditions form small amounts of 2,3butanediol and lactic acid.

Однако эти три вида также имеют целый ряд различий. Эти виды были выделены из разных источников: Clostridium autoethanogenum - из кишечника кролика, Clostridium ljungdahlii - из отходов курятников и Clostridium ragsdalei - из пресноводных осадочных отложений. Эти виды отличаются по утилизации различных сахаров (например, рамнозы, арабинозы), кислот (например, глюконата, цитрата), аминокислот (например, аргинина, гистидина) и других субстратов (например, бетаина, бутанола). Кроме того, эти виды отличаются по ауксотрофии к определенным витаминам (например, тиамину, биотину). Эти виды имеют различия в последовательностях нуклеиновых кислот и аминокислот генов и белков пути Вуда-Льюнгдаля, хотя, как было обнаружено, общая организация и количество этих генов и белков одинаковы у всех видов (Kopke, Curr Opin Biotechnol, 22: 320-325, 2011).However, these three species also have a number of differences. These species have been isolated from various sources: Clostridium autoethanogenum from rabbit intestines, Clostridium ljungdahlii from chicken coop waste, and Clostridium ragsdalei from freshwater sediments. These species differ in the utilization of various sugars (eg rhamnose, arabinose), acids (eg gluconate, citrate), amino acids (eg arginine, histidine) and other substrates (eg betaine, butanol). In addition, these species differ in auxotrophy for certain vitamins (eg, thiamine, biotin). These species have differences in the nucleic acid and amino acid sequences of the genes and proteins of the Wood-Ljungdahl pathway, although the general organization and number of these genes and proteins have been found to be the same in all species (Kopke, Curr Opin Biotechnol, 22: 320-325, 2011 ).

Таким образом, в заключении, многие из характеристик Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei не являются специфическими для этого вида, но представляют собой достаточно общие характеристики для этого кластера С1-фиксирующих, анаэробных, ацетогенных, этанологенных и карбоксидотрофных членов рода Clostridium. Однако, поскольку в действительности эти виды отличаются, генетическая модификация или манипулирование одним из этих видов может не иметь идентичного эффекта в другом из этих видов. Например, могут наблюдаться различия в росте, производительности или продуцировании продукта.Thus, in conclusion, many of the characteristics of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei are not specific to this species, but are rather general characteristics for this cluster of C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologenic, and carboxydotrophic members of the genus Clostridium. However, since these species are actually different, genetic modification or manipulation of one of these species may not have the same effect in another of these species. For example, there may be differences in growth, productivity, or product production.

Микроорганизм согласно данному изобретению также может быть получен из изолята или мутанта Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. Изоляты и мутанты Clostridium autoethanogenum включают в себя JA1-1 (DSM10061) (Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994), LBS1560 (DSM19630) (WO 2009/064200) и LZ1561 (DSM23693) (wO 2012/015317). Изоляты и мутанты Clostridium ljungdahlii включают в себя АТСС 49587 (Tanner, Int J Syst Bacteriol, 43: 232-236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5593886), C-01 (ATCC 55988) (US 6368819), 0-52 (ATCC 55989) (US 6368819) и ОТА-1 (Tirado-Acevedo, Production of bioethanol from synthesis gas using Clostridium ljungdahlii, PhD thesis, North Carolina State University, 2010). Изоляты и мутанты Clostridium ragsdalei включают в себя PI 1 (ATCC BAA-622, ATCC PTA-7826) (WO 2008/028055).The microorganism according to the present invention can also be obtained from an isolate or mutant of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei. Isolates and mutants of Clostridium autoethanogenum include JA1-1 (DSM10061) (Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994), LBS1560 (DSM19630) (WO 2009/064200) and LZ1561 (DSM23693) (wO 2012/015 317) . Clostridium ljungdahlii isolates and mutants include ATCC 49587 (Tanner, Int J Syst Bacteriol, 43: 232-236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5593886), C-01 (ATCC 55988) (US 6368819), 0-52 (ATCC 55989) (US 6368819) and OTA-1 (Tirado-Acevedo, Production of bioethanol from synthesis gas using Clostridium ljungdahlii, PhD thesis, North Carolina State University, 2010). Clostridium ragsdalei isolates and mutants include PI 1 (ATCC BAA-622, ATCC PTA-7826) (WO 2008/028055).

Однако, в одном варианте осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению может также быть получен из по существу любого исходного микроорганизма, такого как исходный микроорганизм, выбранный из группы, состоящей из Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Escherichia coli, и Saccharomyces cerevisiae.However, in one embodiment, the microorganism of this invention may also be derived from essentially any parent microorganism, such as a parent microorganism selected from the group consisting of Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Escherichia coli, and Saccharomyces cerevisiae.

Изобретение предлагает микроорганизмы, способные продуцировать этиленгликоль, глиоксилат и гликолят, а также способы получения этиленгликоля, глиоксилата и гликолата, включающие в себя культивирование микроорганизма согласно данному изобретению в присутствии субстрата, посредством чего микроорганизм продуцирует этиленгликоль.The invention provides microorganisms capable of producing ethylene glycol, glyoxylate and glycolate, as well as methods for producing ethylene glycol, glyoxylate and glycolate, comprising culturing the microorganism according to this invention in the presence of a substrate, whereby the microorganism produces ethylene glycol.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает ацетил-КоА, например ацетил-КоА, продуцируемое в пути Вуда-Люнгдала, в пируват (реакции 1 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой пируватсинтазу (PFOR) [1.2.7.1] или АТФ:пируват, ортофосфатфосфотрансферазу [1.2.7.1]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts acetyl-CoA, eg acetyl-CoA produced in the Wood-Lungdal pathway, into pyruvate (reactions 1 of FIG. 1). This enzyme can be pyruvate synthase (PFOR) [1.2.7.1] or ATP:pyruvate orthophosphate phosphotransferase [1.2.7.1]. In some embodiments, the enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает пируват в оксалоацетата (реакция 2 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой пируват:диоксидлигазу [АДФ-образующая] [6.4.1.1]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает пируват в оксалоацетат, является эндогенным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает пируват в оксалоацетат.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts pyruvate to oxaloacetate (reaction 2 of FIG. 1). This enzyme may be pyruvate:dioxide ligase [ADP-forming] [6.4.1.1]. In some embodiments, the enzyme that converts pyruvate to oxaloacetate is an endogenous enzyme. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts pyruvate to oxaloacetate.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает оксалоацетат в цитрил-КоА (реакция 3 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой цитрил-КоАлиазу [4.1.3.34]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает оксалоацетат в цитрил-КоА, является эндогенным ферментом.The microorganism of the invention may contain an enzyme that converts oxaloacetate to citryl-CoA (reaction 3 of FIG. 1). This enzyme may be citryl-CoAlyase [4.1.3.34]. In some embodiments, the enzyme that converts oxaloacetate to citryl-CoA is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает цитрил-КоА в цитрат (реакция 4 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой цитрат-КоАтрансферазу [2.8.3.10]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает цитрилКоА в цитрат, является эндогенным ферментом.The microorganism of the invention may contain an enzyme that converts citryl-CoA to citrate (reaction 4 of FIG. 1). This enzyme may be citrate-CoAtransferase [2.8.3.10]. In some embodiments, the enzyme that converts citryl-CoA to citrate is an endogenous enzyme.

- 8 042922- 8 042922

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат (реакция 5 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой цитрат [Si]-синтазу [2.3.3.1], АТФ-цитрат-синтазу [2.3.3.8], или цитрат (Re)-синтазу [2.3.3.3]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат, представляет собой гетерологичный фермент. Например, в некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит цитрат-синтазу 1 [ЕС 2.3.3.16] из В. subtilis, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 1, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 2. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит цитратную (Re)-синтазу из С. kluyveri, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 3, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 4. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит цитрат (Si)-синтазу из Clostridium sp., так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 5, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 6. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит цитрат-синтазу 2 из В. subtilis, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 7, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 8. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts oxaloacetate to citrate (reaction 5 of FIG. 1). This enzyme can be citrate [Si]-synthase [2.3.3.1], ATP-citrate synthase [2.3.3.8], or citrate (Re)-synthase [2.3.3.3]. In some embodiments, the enzyme that converts oxaloacetate to citrate is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts oxaloacetate to citrate is a heterologous enzyme. For example, in some embodiments, the microorganism of this invention contains citrate synthase 1 [EC 2.3.3.16] from B. subtilis such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. In some embodiments, the microorganism of this invention contains citrate (Re)-synthase from C. kluyveri, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. In some embodiments, the microorganism of this invention contains citrate (Si)-synthase from Clostridium sp., such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO : 6. In some embodiments, the microorganism of this invention contains B. subtilis citrate synthase 2 such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts oxaloacetate to citrate.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат (реакции 6 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой аконитат-гидратазу [4.2.1.3]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат является эндогенным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate (reactions 6 of FIG. 1). This enzyme may be aconitate hydratase [4.2.1.3]. In some embodiments, the enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate is an endogenous enzyme. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат (реакция 7 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой изоцитратлиазу [4.1.3.1]. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит изоцитратлиазу из Z. mays, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 9, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 10. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит изоцитратлиазу из E. coli, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 11, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 12.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts isocitrate to glyoxylate (reaction 7 of FIG. 1). This enzyme may be isocitrate lyase [4.1.3.1]. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises an isocitrate lyase from Z. mays such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10. In some embodiments, the microorganism according to the invention contains isocitrate lyase from E. coli, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 11, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который преобразует глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой глицератдегидрогеназу [1.1.1.29], глиоксилат-редуктазу [1.1.1.26/79] или гликолят-дегидрогеназу [1.1.99.14]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает глиоксилат в гликолят, является эндогенным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает глиоксилат в гликолят.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of FIG. 1). This enzyme can be glycerate dehydrogenase [1.1.1.29], glyoxylate reductase [1.1.1.26/79] or glycolate dehydrogenase [1.1.99.14]. In some embodiments, the enzyme that converts glyoxylate to glycolate is an endogenous enzyme. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts glyoxylate to glycolate.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который преобразует гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой гликольальдегиддегидрогеназу [1.2.1.21], лактальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.22], сукцинат-полуальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.24], 2,5-диоксовалерат-дегидрогеназу [1.2.1.26], альдегид-дегидрогеназу [1.2.1.3/4/5], бетаинальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.8] или альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазу [1.2.7.5]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, является гетерологичным ферментом. Например, в некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит гамма-аминобутиральдегид-дегидрогеназу из Е. coli, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 49, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 50. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит альдегиддегидрогеназу из Е. coli, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 51, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 52. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит НАДФ-зависимую сукцинат-полуальдегид-дегидрогеназу I из Е. coli, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 53, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 54. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит лактальдегид-дегидрогеназу/гликольаль дегид-дегидрогеназу из G. oxydans, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 55, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 56. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобреThe microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of FIG. 1). This enzyme can be glycolaldehyde dehydrogenase [1.2.1.21], lactaldehyde dehydrogenase [1.2.1.22], succinate semialdehyde dehydrogenase [1.2.1.24], 2,5-dioxovalerate dehydrogenase [1.2.1.26], aldehyde dehydrogenase [1.2 .1.3/4/5], betainealdehyde dehydrogenase [1.2.1.8] or aldehyde ferredoxin oxidoreductase [1.2.7.5]. In some embodiments, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde is a heterologous enzyme. For example, in some embodiments, the microorganism of the present invention comprises gamma-aminobutyraldehyde dehydrogenase from E. coli, such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 49, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 50. In some embodiments, the microorganism of the present invention comprises an aldehyde dehydrogenase from E. coli such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 51, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 52. In some embodiments, the microorganism according to this invention contains NADP-dependent succinate semialdehyde dehydrogenase I from E. coli, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 53, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 54. In some embodiments, implementation , the microorganism of this invention contains lactaldehyde dehydrogenase/glycolal dehydrogenase from G. oxydans, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 55, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 56. In some embodiments implementation, the microorganism according to this invention

- 9 042922 тению содержит альдегид-дегидрогеназу А из P. fluorescens, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 57 или SEQ ID NO: 59, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 58 или SEQ ID NO: 60, соответственно. Дополнительные не ограничивающие примеры ферментов, которые превращают гликолят к гликоальдегид могут быть найдены в номерах доступа GenBank: WP_003202098, WP_003182567, АСТ39044, АСТ39074, WP_041112005 и АСТ40170. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид.- 9 042922 tenyu contains aldehyde dehydrogenase A from P. fluorescens, so that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 57 or SEQ ID NO: 59, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 58 or SEQ ID NO: 60, respectively. Additional non-limiting examples of enzymes that convert glycolate to glycoaldehyde can be found in GenBank accession numbers: WP_003202098, WP_003182567, ACT39044, ACT39074, WP_041112005 and ACT40170. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts glycolate to glycoaldehyde.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой лактальдегид-редуктазу [1.1.1.77], алкоголь-дегидрогеназу [1.1.1.1], алкоголь-дегидрогеназу (НАДФ+) [1.1.1.2], глицерол-дегидрогеназу [1.1.1.72], глицерол-3-фосфатдегидрогеназу [1.1.1.8] или альдегидредуктазу [1.1.1.21]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль, является эндогенным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют эндогенный фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль, является гетерологичным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит лактальдегид-редуктазу из С. saccharoperbutylacetonicum, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 61, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 62. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит лактальдегид-редуктазу из С. ljungdahlii, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 63, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 64. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит лактальдегид-редуктазу из Е. coli, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 65, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 66. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит лактальдегидредуктазу из С. beijerinckii, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 67, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 68. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют гетерологичный фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of FIG. 1). This enzyme can be lactaldehyde reductase [1.1.1.77], alcohol dehydrogenase [1.1.1.1], alcohol dehydrogenase (NADP+) [1.1.1.2], glycerol dehydrogenase [1.1.1.72], glycerol-3-phosphate dehydrogenase [1.1.1.8] or aldehyde reductase [1.1.1.21]. In some embodiments, the enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol is an endogenous enzyme. In some embodiments, an endogenous enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol is overexpressed. In other embodiments, the enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol is a heterologous enzyme. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises lactaldehyde reductase from C. saccharoperbutylacetonicum such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 61 that encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 62. In some embodiments, the implementation , the microorganism of this invention contains lactaldehyde reductase from C. ljungdahlii such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 63, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 64. In some embodiments, the microorganism according to this of the invention contains lactaldehyde reductase from E. coli, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 65, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 66. In some embodiments, the microorganism according to this invention contains lactaldehyde reductase from C. beijerinckii such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 67, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 68. In some embodiments, a heterologous enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol is overexpressed.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает пируват в малат (реакция 11 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой малат-дегидрогеназу [1.1.1.37], малат-дегидрогеназу (оксалоацетат-декарбоксилирующую) [1.1.1.38], малат-дегидрогеназу (декарбоксилирующую) [1.1.1.39], малат-дегидрогеназу (оксалоацетат-декарбоксилирующую) (НАДФ+) [1.1.1.40], малат-дегидрогеназу (НАДФ+) [1.1.1.82], D-малат-дегидрогеназу (декарбоксилирующую) [1.1.1.83], диметил-малат-дегидрогеназу [1.1.1.84], 3-изопропил-малат-дегидрогеназу [1.1.1.85], малатдегидрогеназу [НАД(Ф)+] [1.1.1.299] или малат-дегидрогеназу (хинон) [1.1.5.4]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает пируват в малат, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает пируват в малат, является гетерологичным ферментом. Например, в некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-дегидрогеназу из С. autoethanogenum, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 23, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 24. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит НАД-зависимый малатный фермент из С. autoethanogenum, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 25, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 26.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts pyruvate to malate (reaction 11 of FIG. 1). This enzyme can be malate dehydrogenase [1.1.1.37], malate dehydrogenase (oxaloacetate decarboxylating) [1.1.1.38], malate dehydrogenase (decarboxylating) [1.1.1.39], malate dehydrogenase (oxaloacetate decarboxylating) (NADP +) [1.1.1.40], malate dehydrogenase (NADP+) [1.1.1.82], D-malate dehydrogenase (decarboxylating) [1.1.1.83], dimethylmalate dehydrogenase [1.1.1.84], 3-isopropyl- malate dehydrogenase [1.1.1.85], malate dehydrogenase [NAD(P)+] [1.1.1.299] or malate dehydrogenase (quinone) [1.1.5.4]. In some embodiments, the enzyme that converts pyruvate to malate is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts pyruvate to malate is a heterologous enzyme. For example, in some embodiments, the microorganism of the invention comprises C. autoethanogenum malate dehydrogenase such that the microorganism comprises the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 23, which encodes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 24. In some embodiments, the microorganism of the present invention comprises the NAD-dependent malate enzyme from C. autoethanogenum such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 25, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 26.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который преобразует малат к глиоксилат (реакция 12 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой малат-синтазу [2.3.3.9] или изоцитратлиазу [4.1.3.1]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает малат в глиоксилат, является гетерологичным ферментом. Например, в некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу G из Sporosarcina sp., так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 27 или SEQ ID NO: 33, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 28 или SEQ ID NO: 34, соответственно. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу G из Bacillus sp., так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 29 или SEQ ID NO: 35, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 30 или SEQ ID NO: 36, соответственно. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу из S. coelicolor, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 31, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 32. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу G из В. infantis, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последоThe microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts malate to glyoxylate (reaction 12 of FIG. 1). This enzyme can be malate synthase [2.3.3.9] or isocitrate lyase [4.1.3.1]. In some embodiments, the enzyme that converts malate to glyoxylate is a heterologous enzyme. For example, in some embodiments, the microorganism of the invention comprises Sporosarcina sp. malate synthase G such that the microorganism comprises the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 27 or SEQ ID NO: 33 that encodes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 28 or SEQ ID NO: 34, respectively. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises Bacillus sp. malate synthase G such that the microorganism comprises the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 29 or SEQ ID NO: 35, which encodes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: : 30 or SEQ ID NO: 36, respectively. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises S. coelicolor malate synthase such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 31, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 32. In some embodiments, the implementation , the microorganism according to the invention contains malate synthase G from B. infantis, so that the microorganism contains a nucleotide sequence

- 10 042922 вательность, представленную в SEQ ID NO: 37, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 38. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу из С. cochlearium, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 39, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 40. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу G из В. megaterium, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 41, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 42. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малатсинтазу из Paenibacillus sp., так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 43, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 44. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малатсинтазу из Lysinibacillus sp., так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 45, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 46. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит малат-синтазу из В. cereus, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 47, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 48.- 10 042922 the value shown in SEQ ID NO: 37, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 38. In some embodiments, the microorganism according to this invention contains malate synthase from C. cochlearium, such that the microorganism contains the nucleotide sequence , shown in SEQ ID NO: 39, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 40. In some embodiments, the microorganism of this invention contains malate synthase G from B. megaterium, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 41, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 42. In some embodiments, the microorganism of this invention contains malate synthase from Paenibacillus sp., such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 43, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 44. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises malate synthase from Lysinibacillus sp., such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 45, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 46. In some embodiments, the microorganism of the invention comprises B. cereus malate synthase such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 47 that encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO. :48.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват (реакции 13 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой пируваткиназу [2.7.1.40], пируват фосфатдикиназу [2.7.9.1], или пируват водную дикиназу [2.7.9.2]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate (reactions 13 of FIG. 1). This enzyme can be pyruvate kinase [2.7.1.40], pyruvate phosphate dikinase [2.7.9.1], or pyruvate aqueous dikinase [2.7.9.2]. In some embodiments, the enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает фосфоенолпируват в 2-фосфо-D-глицерат (реакция 14 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфопируват-гидратазу [4.2.1.11]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает фосфоенолпируват в 2-фосфо-D-глицерат, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to 2-phospho-D-glycerate (reaction 14 of FIG. 1). This enzyme may be phosphopyruvate hydratase [4.2.1.11]. In some embodiments, the enzyme that converts phosphoenolpyruvate to 2-phospho-D-glycerate is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает 2фосфо-D-глицерат в 3-фосфо-D-глицерат (реакция 15 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфоглицерат-мутазу [5.4.2.11/12]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает 2-фосфо-D-глицерат в 3-фосфо-D-глицерат, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts 2phospho-D-glycerate to 3-phospho-D-glycerate (reaction 15 of FIG. 1). This enzyme may be phosphoglycerate mutase [5.4.2.11/12]. In some embodiments, the enzyme that converts 2-phospho-D-glycerate to 3-phospho-D-glycerate is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает 3фосфо-D-глицерат в 3-фосфонооксипируват (реакция 16 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфоглицерат-дегидрогеназу [1.1.1.95]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает 3-фосфо-D-глицерат в 3-фосфонооксипируват, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts 3phospho-D-glycerate to 3-phosphonooxypyruvate (reaction 16 of FIG. 1). This enzyme may be phosphoglycerate dehydrogenase [1.1.1.95]. In some embodiments, the enzyme that converts 3-phospho-D-glycerate to 3-phosphonooxypyruvate is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает 3фосфонооксипируват в 3-фосфо-Ь-серин (реакция 17 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфосерин-трансаминазу [2.6.1.52]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает 3-фосфонооксипируват в 3-фосфоХсерин, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts 3-phosphonooxypyruvate to 3-phospho-b-serine (reaction 17 of FIG. 1). This enzyme may be a phosphoserine transaminase [2.6.1.52]. In some embodiments, the enzyme that converts 3-phosphonooxypyruvate to 3-phosphoXserine is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает 3фосфо-Ь-серин в серин (реакция 18 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфосеринфосфатазу [3.1.3.3]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает 3-фосфо-Ьсерин в серин, является эндогенным ферментом.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts 3phospho-b-serine to serine (reaction 18 of FIG. 1). This enzyme may be a phosphoserine phosphatase [3.1.3.3]. In some embodiments, the enzyme that converts 3-phospho-Lserine to serine is an endogenous enzyme.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает серин в глицин (реакция 19 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой глицин-гидроксиметилтрансферазу [2.1.2.1]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает серин в глицин, является эндогенным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает серин в глицин.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts serine to glycine (reaction 19 of FIG. 1). This enzyme may be glycine hydroxymethyltransferase [2.1.2.1]. In some embodiments, the enzyme that converts serine to glycine is an endogenous enzyme. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts serine to glycine.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает глицин к глиоксилат (реакция 20 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой аланин-глиоксилат аминотрансферазу/трансаминазу [2.6.1.44], серин-глиоксилат аминотрансферазу/трансаминазу [2.6.1.45], серин-пируват аминотрансферазу/трансаминазу [2.6.1.51], глицин-оксалоацетат аминотрансферазу/трансаминазу [2.6.1.35], глицин-трансаминазу [2.6.1.4], глицин-дегидрогеназу [1.4.1.10], аланиндегидрогеназу [1.4.1.1] или глицин-дегидрогеназу [1.4.2.1]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает глицин в глиоксилат, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает глицин в глиоксилат, является гетерологичным ферментом. Например, в некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит серин-глиоксилат аминотрансферазу из Н. methylovorum, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 13, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 14. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит аланин-глиоксилат аминотрансферазу из S. thiotaurini, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную вThe microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts glycine to glyoxylate (reaction 20 of FIG. 1). This enzyme can be alanine glyoxylate aminotransferase/transaminase [2.6.1.44], serine glyoxylate aminotransferase/transaminase [2.6.1.45], serine pyruvate aminotransferase/transaminase [2.6.1.51], glycine oxaloacetate aminotransferase/transaminase [2.6. 1.35], glycine transaminase [2.6.1.4], glycine dehydrogenase [1.4.1.10], alanine dehydrogenase [1.4.1.1] or glycine dehydrogenase [1.4.2.1]. In some embodiments, the enzyme that converts glycine to glyoxylate is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts glycine to glyoxylate is a heterologous enzyme. For example, in some embodiments, the microorganism of this invention comprises a serine glyoxylate aminotransferase from H. methylovorum such that the microorganism comprises the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14. B in some embodiments, the microorganism of the invention contains an alanine glyoxylate aminotransferase from S. thiotaurini such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in

- 11 042922- 11 042922

SEQ ID NO: 15, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 16. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит аланин-глиоксилат аминотрансферазу из Т. tepidarius, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 17, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 18. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит аминотрансферазу класса V из С. acidurici, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 19, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 20. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит серин-пируват аминотрансферазу из Т. maritima, так что микроорганизм содержит нуклеотидную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 21, которая кодирует аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 22. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает глицин в глиоксилат.SEQ ID NO: 15, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16. In some embodiments, the microorganism of this invention contains an alanine glyoxylate aminotransferase from T. tepidarius, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: : 17, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18. In some embodiments, the microorganism according to this invention contains a class V aminotransferase from C. acidurici, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 19, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 20. In some embodiments, the microorganism according to this invention contains a serine pyruvate aminotransferase from T. maritima, such that the microorganism contains the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 21, which encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22. In some embodiments, an enzyme that converts glycine to glyoxylate is overexpressed.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает серин в гидроксипируват (реакция 21 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой серин-пируваттрансаминазу [2.6.1.51], серин-глиоксилат-трансаминазу [2.6.1.45], аланин-дегидрогеназу [1.4.1.1], Lаминокислотную дегидрогеназу [1.4.1.5], серин-2-дегидрогеназу [1.4.1.7], аланину-трансаминазу [2.6.1.2], глутамин-пируват-трансаминазу [2.6.1.15], D-аминокислотную трансаминазу [2.6.1.21], аланинглиоксилат-трансаминазу [2.6.1.44], или серин-пируват-трансаминазу [2.6.1.51]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает серин в гидроксипируват, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает серин в гидроксипируват, является гетерологичным ферментом. Неограничивающие примеры ферментов, способных превращать серин в гидроксипируват, могут быть найдены под номерами доступа GenBank: WP_009989311 и NP_511062.1. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает серин в гидроксипируват.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts serine to hydroxypyruvate (reaction 21 of FIG. 1). This enzyme can be serine pyruvate transaminase [2.6.1.51], serine glyoxylate transaminase [2.6.1.45], alanine dehydrogenase [1.4.1.1], L-amino acid dehydrogenase [1.4.1.5], serine 2-dehydrogenase [1.4. 1.7], alanine transaminase [2.6.1.2], glutamine pyruvate transaminase [2.6.1.15], D-amino acid transaminase [2.6.1.21], alanine glyoxylate transaminase [2.6.1.44], or serine pyruvate transaminase [2.6 .1.51]. In some embodiments, the enzyme that converts serine to hydroxypyruvate is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts serine to hydroxypyruvate is a heterologous enzyme. Non-limiting examples of enzymes capable of converting serine to hydroxypyruvate can be found under GenBank accession numbers: WP_009989311 and NP_511062.1. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts serine to hydroxypyruvate.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает гидроксипируват в гликоальдегид (реакция 22 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой гидроксипируват-декарбоксилазу [4.1.1.40] или пируват-декарбоксилазу [4.1.1.1]. Этот фермент также может представлять собой любую другую декарбоксилазу [4.1.1.-]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает гидроксипируват в гликоальдегид, является гетерологичным ферментом. Неограничивающие примеры ферментов, способных превращать гидроксипируват в гликоальдегид могут быть найдены под номерами доступа GenBank: CCG28866, SVF98953, РА0096, САА54522, KRU13460 и KLA26356.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts hydroxypyruvate to glycoaldehyde (reaction 22 of FIG. 1). This enzyme can be hydroxypyruvate decarboxylase [4.1.1.40] or pyruvate decarboxylase [4.1.1.1]. This enzyme can also be any other decarboxylase [4.1.1.-]. In some embodiments, the enzyme that converts hydroxypyruvate to glycoaldehyde is a heterologous enzyme. Non-limiting examples of enzymes capable of converting hydroxypyruvate to glycoaldehyde can be found under GenBank accession numbers: CCG28866, SVF98953, PA0096, CAA54522, KRU13460, and KLA26356.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает Dглицерат к гидроксипируват (реакция 23 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой глиоксилатредуктазу [ЕС 1.1.1.26], глицерат-дегидрогеназу [ЕС 1.1.1.29], или гидроксипируват-редуктазу [ЕС 1.1.1.81]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает D-глицерат в гидроксипируват, является гетерологичным ферментом. Неограничивающие примеры ферментов, способных превращать D-глицерат в гидроксипируват могут быть найдены под номерами доступа GenBank: SUK16841, RPK22618, KPA02240, AGW90762, САС11987, Q9CA90 и Q9UBQ7.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts D-glycerate to hydroxypyruvate (reaction 23 of FIG. 1). This enzyme can be glyoxylate reductase [EC 1.1.1.26], glycerate dehydrogenase [EC 1.1.1.29], or hydroxypyruvate reductase [EC 1.1.1.81]. In some embodiments, the enzyme that converts D-glycerate to hydroxypyruvate is a heterologous enzyme. Non-limiting examples of enzymes capable of converting D-glycerate to hydroxypyruvate can be found under GenBank accession numbers: SUK16841, RPK22618, KPA02240, AGW90762, CAC11987, Q9CA90, and Q9UBQ7.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать комплекс ферментов, который превращает 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин (реакция 24 фиг. 1). 5,10-метилентетрагидрофолат является кофактором в восстановительной ветви пути Вуда-Льюнгдаля и выступает в качестве каркаса при производстве ацетил-КоА. Этот комплекс может представлять собой систему расщепления глицина, включающую в себя глициндегидрогеназу [1.4.4.2], дигидро-липоил-дегидрогеназу [1.8.1.4] и аминометил-трансферазу (глицинсинтазу) [2.1.2.10]. В некоторых вариантах осуществления, ферменты комплекса, который превращает 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин, являются эндогенными ферментами. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют ферменты системы расщепления глицином.The microorganism according to the invention may contain an enzyme complex that converts 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine (reaction 24 of FIG. 1). 5,10-methylenetetrahydrofolate is a cofactor in the reducing branch of the Wood-Ljungdahl pathway and acts as a scaffold in the production of acetyl-CoA. This complex can be a glycine cleavage system, including glycine dehydrogenase [1.4.4.2], dihydro-lipoyl dehydrogenase [1.8.1.4], and aminomethyl transferase (glycine synthase) [2.1.2.10]. In some embodiments, the enzymes of the complex that converts 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine are endogenous enzymes. In some embodiments, the enzymes of the glycine cleavage system are overexpressed.

Микроорганизм согласно данному изобретению может содержать фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат (реакция 25 фиг. 1). Этот фермент может представлять собой фосфоенол-пируват-карбоксикиназу (АТФ) [4.1.1.49] или (ГТФ) [4.1.1.32]. В некоторых вариантах осуществления, фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат, является эндогенным ферментом. В других вариантах осуществления, фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат, является гетерологичным ферментом. В некоторых вариантах осуществления, сверхэкспрессируют фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат.The microorganism according to the invention may contain an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate (reaction 25 of FIG. 1). This enzyme can be phosphoenol pyruvate carboxykinase (ATP) [4.1.1.49] or (GTP) [4.1.1.32]. In some embodiments, the enzyme that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate is an endogenous enzyme. In other embodiments, the enzyme that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate is a heterologous enzyme. In some embodiments, an enzyme is overexpressed that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в оксалоацетат (реакция 2 фиг. 1), фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат (реакция 5 фиг. 1), фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат (реакция 6 фиг. 1), фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат (реакция 7 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неогра- 12 042922 ничивающем примере, фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат, может представлять собой цитрат-синтазу из В. subtilis (SEQ ID NO: 1-2). В неограничивающем примере, фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат, может представлять собой изоцитратлиазу из Е. coli (SEQ ID NO: 1112). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликоль-альдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегиддегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 2, 5, 6, 8, 9 и 10, как показано на фиг. 1; смотрите, например, пример 1 и фиг. 3B.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of Fig. 1), an enzyme that converts pyruvate to oxaloacetate (reaction 2 of Fig. 1), an enzyme that converts oxaloacetate to citrate (reaction 5 Fig. 1), an enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate (reaction 6 of Fig. 1), an enzyme that converts isocitrate to glyoxylate (reaction 7 of Fig. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1 1), the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of FIG. 1), and the enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of FIG. 1) produce ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts oxaloacetate to citrate may be citrate synthase from B. subtilis (SEQ ID NOS: 1-2). In a non-limiting example, the enzyme that converts isocitrate to glyoxylate may be E. coli isocitrate lyase (SEQ ID NO: 1112). In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycol aldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 2, 5, 6, 8, 9 and 10 may be overexpressed as shown in FIG. 1; see, for example, Example 1 and FIG. 3b.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват (реакция 13 фиг. 1), фермент, который превращает фосфоенолпируват в 2-фосфо-О-глицерат (реакция 14 фиг. 1), фермент, который превращает 2-фосфо-О-глицерат в 3-фосфо-О-глицерат (реакция 15 фиг. 1), фермент, который превращает 3-фосфо-О-глицерат в 3-фосфонооксипируват (реакция 16 фиг. 1), фермент, который превращает 3-фосфонооксипируват в 3-фосфо-Ь-серин (реакция 17 фиг. 1), фермент, который превращает 3-фосфо-Ь-серин в серин (реакция 18 фиг. 1), фермент, который превращает серин в глицин (реакция 19 фиг. 1), фермент, который превращает глицин в глиоксилат (реакция 20 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает глицин в глиоксилат, может представлять собой аланин-глиоксилат-аминотрансферазу из S. thiotaurini (SEQ ID NO: 15-16) или аминотрансферазу класса V из С. acidurici (SEQ ID NO: 19-20). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегид-дегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 19, 20, 8, 9 и 10, как показано на фиг. 1; смотрите, например, примеры 2-4 и фиг. 4В, 5В и 6В.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of FIG. 1), an enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate (reaction 13 of FIG. 1), an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to 2-phospho- O-glycerate (reaction 14 of Fig. 1), an enzyme that converts 2-phospho-O-glycerate to 3-phospho-O-glycerate (reaction 15 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phospho-O-glycerate to 3-phosphonooxypyruvate (reaction 16 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phosphonooxypyruvate to 3-phospho-L-serine (reaction 17 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phospho-L-serine to serine (reaction 18 Fig. 1), an enzyme that converts serine to glycine (reaction 19 of Fig. 1), an enzyme that converts glycine to glyoxylate (reaction 20 of Fig. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of FIG. 1) and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of FIG. 1) produce ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts glycine to glyoxylate can be an alanine glyoxylate aminotransferase from S. thiotaurini (SEQ ID NOs: 15-16) or a class V aminotransferase from C. acidurici (SEQ ID NOs: 19-20) . In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 19, 20, 8, 9 and 10 may be overexpressed as shown in FIG. 1; see, for example, examples 2-4 and FIG. 4V, 5V and 6V.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в оксалоацетат (реакция 2 фиг. 1), фермент, который превращает оксалоацетат в цитрил-КоА (реакция 3 фиг. 1), фермент, который превращает цитрил-КоА в цитрат (реакция 4 фиг. 1), фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат (реакция 6 фиг. 1), фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат (реакция 7 фиг. 1) фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат, может представлять собой изоцитратлиазу из Е. coli (SEQ ID NO: 11-12). В неограничивающем примере, фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат, может представлять собой изоцитратлиазу из Е. coli (SEQ ID NO: 11-12). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегид-дегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58).In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of Fig. 1), an enzyme that converts pyruvate to oxaloacetate (reaction 2 of Fig. 1), an enzyme that converts oxaloacetate to citryl-CoA ( reaction 3 of Fig. 1), an enzyme that converts citryl-CoA to citrate (reaction 4 of Fig. 1), an enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate (reaction 6 of Fig. 1), an enzyme that converts isocitrate to glyoxylate (reaction 7 of Fig. 1) an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of Fig. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of Fig. 1) produces ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts isocitrate to glyoxylate may be E. coli isocitrate lyase (SEQ ID NOS: 11-12). In a non-limiting example, the enzyme that converts isocitrate to glyoxylate may be E. coli isocitrate lyase (SEQ ID NOS: 11-12). In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58).

Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 2, 6, 8, 9 и 10, как показано на фиг. 1.One or more of the enzymes catalyzing reactions 2, 6, 8, 9 and 10 may be overexpressed as shown in FIG. 1.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в малат (реакция 11 фиг. 1), фермент, который превращает малат в глиоксилат (реакция 12 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1) производит этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 5556) или альдегид-дегидрогеназу из Р. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 8, 9 и 10, как показано на фиг. 1.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of Fig. 1), an enzyme that converts pyruvate to malate (reaction 11 of Fig. 1), an enzyme that converts malate to glyoxylate (reaction 12 Fig. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of Fig. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of Fig. 1) produces ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NO: 5556) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 8, 9 and 10 may be overexpressed as shown in FIG. 1.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий комплекс ферментов, который превращает 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин (реакция 24 фиг. 1), фермент, который превращает глицин в глиоксилат (реакция 20 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает глицин в глиоксилат, может представлять собой аланин-глиоксилат-аминотрансферазу из S. thiotaurini (SEQ ID NO: 15-16) или аминотрансферазу класса V из С. acidurici (SEQ ID NO: 19-20). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегид-дегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 8, 9, 10, 20 и 24.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme complex that converts 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine (reaction 24 of FIG. 1), an enzyme that converts glycine to glyoxylate (reaction 20 of FIG. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of Fig. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of Fig. 1) produce ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts glycine to glyoxylate can be an alanine glyoxylate aminotransferase from S. thiotaurini (SEQ ID NOs: 15-16) or a class V aminotransferase from C. acidurici (SEQ ID NOs: 19-20) . In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 8, 9, 10, 20 and 24 may be overexpressed.

- 13 042922- 13 042922

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват (реакция 13 фиг. 1), фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат (реакция 25 фиг. 1), фермент, который превращает оксалоацетат в цитрил-КоА (реакция 3 фиг. 1), фермент, который превращает цитрил-КоА в цитрат (реакция 4 фиг. 1), фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат (реакции 6 фиг. 1), фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат (реакция 7 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат, может представлять собой изоцитратлиазу из Е. coli (SEQ ID NO: 11-12). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегид-дегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 2, 6, 8, 9, 10 и 25, как показано на фиг. 1.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of FIG. 1), an enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate (reaction 13 of FIG. 1), an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate (reaction 25 Fig. 1), an enzyme that converts oxaloacetate to citryl-CoA (reaction 3 of Fig. 1), an enzyme that converts citryl-CoA to citrate (reaction 4 of Fig. 1), an enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate (reaction 6 of Fig. 1), an enzyme that converts isocitrate to glyoxylate (reaction 7 of Fig. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of Fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of Fig. 1) and the enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of FIG. 1) produces ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts isocitrate to glyoxylate may be E. coli isocitrate lyase (SEQ ID NOS: 11-12). In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 2, 6, 8, 9, 10 and 25 may be overexpressed as shown in FIG. 1.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват (реакция 13 фиг. 1), фермент, который превращает фосфоенолпируват в оксалоацетат (реакция 25 фиг. 1), фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат (реакция 5 фиг. 1), фермент, который превращает цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат (реакции 6 фиг. 1), фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат (реакция 7 фиг. 1), фермент, который превращает глиоксилат в гликолят (реакция 8 фиг. 1), фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид (реакция 9 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. В неограничивающем примере, фермент, который превращает оксалоацетат в цитрат, может представлять собой цитрат-синтазу из В. subtilis (SEQ ID NO: 1-2). В неограничивающем примере, фермент, который превращает изоцитрат в глиоксилат, может представлять собой изоцитратлиазу из Е. coli (SEQ ID NO: 11-12). В неограничивающем примере, фермент, который превращает гликолят в гликоальдегид, может представлять собой гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (SEQ ID NO: 55-56) или альдегиддегидрогеназу из P. fluorescens (SEQ ID NO: 57-58). Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов, катализирующих реакции 5, 6, 8, 9, 10 и 25, как показано на фиг. 1.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of FIG. 1), an enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate (reaction 13 of FIG. 1), an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to oxaloacetate (reaction 25 fig. 1), an enzyme that converts oxaloacetate to citrate (reaction 5 of fig. 1), an enzyme that converts citrate to aconitate and aconitate to isocitrate (reaction 6 of fig. 1), an enzyme that converts isocitrate to glyoxylate (reaction 7 of fig. 1), an enzyme that converts glyoxylate to glycolate (reaction 8 of fig. 1), an enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde (reaction 9 of fig. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of fig. 1), produces ethylene glycol. In a non-limiting example, the enzyme that converts oxaloacetate to citrate may be citrate synthase from B. subtilis (SEQ ID NOS: 1-2). In a non-limiting example, the enzyme that converts isocitrate to glyoxylate may be E. coli isocitrate lyase (SEQ ID NOS: 11-12). In a non-limiting example, the enzyme that converts glycolate to glycoaldehyde can be glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (SEQ ID NOs: 55-56) or aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens (SEQ ID NOs: 57-58). One or more of the enzymes catalyzing reactions 5, 6, 8, 9, 10 and 25 may be overexpressed as shown in FIG. 1.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает ацетил-КоА в пируват (реакция 1 фиг. 1), фермент, который превращает пируват в фосфоенолпируват (реакция 13 фиг. 1), фермент, который превращает фосфоенолпируват в 2-фосфо-О-глицерат (реакция 14 фиг. 1), фермент, который превращает 2-фосфо-О-глицерат в 3-фосфо-О-глицерат (реакция 15 фиг. 1), фермент который превращает 3-фосфо-О-глицерат в 3-фосфонооксипируват (реакция 16 фиг. 1), фермент, который превращает 3-фосфонооксипируват в 3-фосфо-Ь-серин (реакция 17 фиг. 1), фермент, который превращает 3-фосфоА-серин в серин (реакция 18 фиг. 1), содержит фермент, который превращает серин в гидроксипируват (реакция 21 фиг. 1), фермент, который превращает гидроксипируват в гликоальдегид (реакция 22 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), продуцирует этиленгликоль. Может быть сверхэкспрессирован фермент, катализирующий превращение гликоальдегида в этиленгликоль.In some embodiments, a microorganism containing an enzyme that converts acetyl-CoA to pyruvate (reaction 1 of FIG. 1), an enzyme that converts pyruvate to phosphoenolpyruvate (reaction 13 of FIG. 1), an enzyme that converts phosphoenolpyruvate to 2-phospho- O-glycerate (reaction 14 of Fig. 1), an enzyme that converts 2-phospho-O-glycerate to 3-phospho-O-glycerate (reaction 15 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phospho-O-glycerate to 3 -phosphonooxypyruvate (reaction 16 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phosphonooxypyruvate to 3-phospho-L-serine (reaction 17 of Fig. 1), an enzyme that converts 3-phosphoA-serine to serine (reaction 18 of Fig. 1 ), contains an enzyme that converts serine to hydroxypyruvate (reaction 21 of Fig. 1), an enzyme that converts hydroxypyruvate to glycoaldehyde (reaction 22 of Fig. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 of Fig. 1), produces ethylene glycol. An enzyme catalyzing the conversion of glycoaldehyde to ethylene glycol may be overexpressed.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм, содержащий фермент, который превращает D-глицерат в гидроксипируват (реакция 23 фиг. 1), фермент, который превращает гидроксипируват в гликоальдегид (реакция 22 фиг. 1), и фермент, который превращает гликоальдегид в этиленгликоль (реакция 10 фиг. 1), производит этиленгликоль. Может быть сверхэкспрессирован фермент, катализирующий превращение гликоальдегида в этиленгликоль.In some embodiments, a microorganism comprising an enzyme that converts D-glycerate to hydroxypyruvate (reaction 23 of FIG. 1), an enzyme that converts hydroxypyruvate to glycoaldehyde (reaction 22 of FIG. 1), and an enzyme that converts glycoaldehyde to ethylene glycol (reaction 10 Fig. 1) produces ethylene glycol. An enzyme catalyzing the conversion of glycoaldehyde to ethylene glycol may be overexpressed.

Ферменты согласно данному изобретению могут быть кодон-оптимизированными для экспрессии в микроорганизме согласно данному изобретению. Оптимизация кодонов относится к мутации нуклеиновой кислоты, например, гена, с целью оптимизированной или улучшенной трансляции нуклеиновой кислоты в конкретном штамме или видах микроорганизмов. Оптимизация кодонов может привести к увеличенным скоростям трансляции или более высокой точности трансляции. В предпочтительном варианте осуществления, гены согласно данному изобретению являются кодон-оптимизированными для экспрессии в микроорганизме согласно данному изобретению. Хотя оптимизация кодонов относится к лежащей в основе генетической последовательности, оптимизация кодонов часто приводит к улучшению трансляции и, таким образом, к улучшению экспрессии фермента. Соответственно, ферменты согласно данному изобретению также могут быть описаны как оптимизированные по кодонам.The enzymes of the invention may be codon-optimized for expression in the microorganism of the invention. Codon optimization refers to the mutation of a nucleic acid, such as a gene, to optimize or improve the translation of the nucleic acid in a particular strain or species of microorganism. Codon optimization can lead to increased translation rates or higher translation fidelity. In a preferred embodiment, the genes of the invention are codon-optimized for expression in the microorganism of the invention. Although codon optimization refers to the underlying genetic sequence, codon optimization often results in improved translation and thus improved enzyme expression. Accordingly, the enzymes of this invention can also be described as codon-optimized.

Могут быть сверхэкспрессированы один или большее количество ферментов согласно данному изобретению. Сверхэкспрессируемый относится к увеличению экспрессии нуклеиновой кислоты или белка в микроорганизме согласно данному изобретению по сравнению с микроорганизмом дикого типа или исходным микроорганизмом, от которого происходит микроорганизм согласно данному изобретению. Сверхэкспрессии можно достичь любыми способами, известными в данной области техники, включая изменение количества копий гена, скорости транскрипции гена, скорости трансляции гена или скорости разрушения фермента. Как описано выше, один или большее количество ферментов, катализируюOne or more of the enzymes of this invention may be overexpressed. Overexpressed refers to an increase in the expression of a nucleic acid or protein in a microorganism of the invention compared to the wild-type microorganism or parental microorganism from which the microorganism of the invention is derived. Overexpression can be achieved by any means known in the art, including altering the copy number of a gene, the rate of gene transcription, the rate of translation of a gene, or the rate of degradation of an enzyme. As described above, one or more enzymes catalyze

- 14 042922 щих реакции 2, 5, 6, 8, 9, 10, 19, 20, 24 или 25 на фиг. 1, могут быть сверхэкспрессированы.- 14 042922 for reactions 2, 5, 6, 8, 9, 10, 19, 20, 24 or 25 in FIG. 1 can be overexpressed.

Ферменты согласно данному изобретению могут содержать нарушающие мутации. В частности, нарушающая мутация относиться к мутации, которая уменьшает или подавляет (т.е., нарушает) экспрессию или активность гена или фермента. Нарушающая мутация может частично деактивировать, полностью деактивировать, или удалить ген или фермент. Нарушающая мутация может представлять собой нокаутную (KO) мутацию. Нарушающая мутация может представлять собой любую мутацию, которая уменьшает, предотвращает или блокирует биосинтез продукта, продуцируемого ферментом. Нарушающая мутация может включать в себя, например, мутацию в гене, кодирующем фермент, мутацию в генетическом регуляторном элементе, вовлеченном в экспрессию гена, кодирующего фермент, введение нуклеиновой кислоты, которая продуцирует белок, который уменьшает или ингибирует активность фермента, или введение нуклеиновой кислоты (например, антисмысловой РНК, миРНК, CRISPR) или белка, который ингибирует экспрессию фермента. Нарушающая мутация может быть внесена с использованием любого способа, известного в данной области техники.The enzymes of this invention may contain disruptive mutations. In particular, an offending mutation refers to a mutation that reduces or suppresses (ie, disrupts) the expression or activity of a gene or enzyme. An offending mutation may partially deactivate, completely deactivate, or remove a gene or enzyme. The offending mutation may be a knockout (KO) mutation. An offending mutation can be any mutation that reduces, prevents, or blocks the biosynthesis of a product produced by an enzyme. An offending mutation may include, for example, a mutation in a gene encoding an enzyme, a mutation in a genetic regulatory element involved in the expression of a gene encoding an enzyme, the introduction of a nucleic acid that produces a protein that reduces or inhibits the activity of the enzyme, or the introduction of a nucleic acid ( e.g. antisense RNA, siRNA, CRISPR) or a protein that inhibits the expression of an enzyme. The offending mutation may be introduced using any method known in the art.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нарушающую мутацию в изоцитрат-дегидрогеназе [1.1.1.41]. Изоцитрат-дегидрогеназа превращает изоцитрат в 2-оксоглутарат. Нарушение изоцитрат-дегидрогеназы, например, путем удаления изоцитратдегидрогеназы, приводит к повышению уровней изоцитрата.In some embodiments, the microorganism of the invention contains a disruptive mutation in isocitrate dehydrogenase [1.1.1.41]. Isocitrate dehydrogenase converts isocitrate to 2-oxoglutarate. Disruption of isocitrate dehydrogenase, for example by deletion of isocitrate dehydrogenase, results in elevated levels of isocitrate.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нарушающую мутацию в глицерат-дегидрогеназе [1.1.1.29]. Глицерат-дегидрогеназа превращает глиоксилат в гликолят. Нарушение глицерат-дегидрогеназы, например, путем удаления изоцитратдегидрогеназы, приводит к повышению уровней глиоксилата.In some embodiments, the microorganism of the invention contains a disruptive mutation in glycerate dehydrogenase [1.1.1.29]. Glycerate dehydrogenase converts glyoxylate to glycolate. Disruption of glycerate dehydrogenase, for example by deletion of isocitrate dehydrogenase, results in increased levels of glyoxylate.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нарушающую мутацию в гликолят-дегидрогеназе [1.1.99.14]. Гликолят-дегидрогеназа превращает глиоксилат в гликолят. Нарушение гликолят-дегидрогеназы, например, путем удаления гликолятдегидрогеназы, приводит к повышению уровня глиоксилата.In some embodiments, the microorganism of the invention contains a disruptive mutation in glycolate dehydrogenase [1.1.99.14]. Glycolate dehydrogenase converts glyoxylate to glycolate. Disruption of glycolate dehydrogenase, for example by removing glycolate dehydrogenase, results in an increase in glyoxylate levels.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нарушающую мутацию в альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазе [1.2.7.5]. Альдегид-ферредоксиноксидоредуктаза превращает гликолят в гликоальдегид. Нарушение альдегид-ферредоксиноксидоредуктазы, например, путем удаления альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы, приводит к повышению уровня гликолята.In some embodiments, the microorganism of the invention contains a disruptive mutation in aldehyde ferredoxin oxidoreductase [1.2.7.5]. Aldehyde ferredoxin oxidoreductase converts glycolate to glycoaldehyde. Disruption of aldehyde ferredoxin oxidoreductase, for example by deletion of aldehyde ferredoxin oxidoreductase, results in an increase in glycolate levels.

В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению содержит нарушающую мутацию в альдегид-дегидрогеназе [1.2.1.3/1.2.3.4/1.2.3.5]. Альдегид-дегидрогеназа превращает гликолят в гликоальдегид. Нарушение альдегид-дегидрогеназы, например, путем удаления альдегид-дегидрогеназы, приводит к повышению уровня гликолята.In some embodiments, the microorganism of the invention contains a disruptive mutation in aldehyde dehydrogenase [1.2.1.3/1.2.3.4/1.2.3.5]. Aldehyde dehydrogenase converts glycolate to glycoaldehyde. Disruption of aldehyde dehydrogenase, for example by removing aldehyde dehydrogenase, results in an increase in glycolate levels.

Внесение нарушающей мутации дает в результате микроорганизм согласно данному изобретению, который продуцирует нецелевой продукт, или по существу нецелевой продукт, или уменьшенное количество целевого продукта, по сравнению с исходным микроорганизмом, из которого получают микроорганизм согласно данному изобретению. Например, микроорганизм согласно данному изобретению может продуцировать нецелевой продукт или, по меньшей мере, около на 1%, 3%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% меньше целевого продукта, чем исходный микроорганизм. Например, микроорганизм согласно данному изобретению может продуцировать меньше чем около 0,001, 0,01, 0,10, 0,30, 0,50 или 1,0 г/л целевого продукта.The introduction of an offending mutation results in a microorganism of the invention that produces a non-target product, or a substantially non-target product, or a reduced amount of the desired product, compared to the parent microorganism from which the microorganism of the invention is derived. For example, the microorganism according to this invention may produce an off-target product, or at least about 1%, 3%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% , 90% or 95% less of the target product than the original microorganism. For example, the microorganism according to this invention may produce less than about 0.001, 0.01, 0.10, 0.30, 0.50, or 1.0 g/L of the desired product.

Хотя в данном документе приведены иллюстративные последовательности и источники для ферментов, изобретение никоим образом не ограничивается этими последовательностями и источниками оно также охватывает варианты. Термин варианты включает в себя нуклеиновые кислоты и белки, чья последовательность разниться с последовательностью исходной нуклеиновой кислоты и белка, например, последовательностью исходной нуклеиновой кислоты и белка, раскрытой в предшествующем уровне техники, или приведенной в качестве примера в данном документе. Данное изобретение может быть осуществлено на практике с использованием вариантов нуклеиновых кислот или белков, которые выполняют по существу ту же функцию, что и исходная нуклеиновая кислота или белок. Например, вариант белка может выполнять по существу ту же функцию или катализировать по существу ту же реакцию, что и исходный белок. Вариант гена может кодировать тот же или по существу тот же белок, что и исходный ген. Вариант промотора может обладать по существу такой же способностью стимулировать экспрессию одного или большего количества генов, что и исходный промотор.While illustrative sequences and sources for enzymes are provided herein, the invention is in no way limited to these sequences and sources, it also encompasses variants. The term variants includes nucleic acids and proteins whose sequence differs from that of the parent nucleic acid and protein, such as the parent nucleic acid and protein sequence disclosed in the prior art or exemplified herein. The invention may be practiced using variants of nucleic acids or proteins that perform essentially the same function as the original nucleic acid or protein. For example, a protein variant may perform essentially the same function or catalyze essentially the same reaction as the original protein. A gene variant may encode the same or substantially the same protein as the original gene. A promoter variant may have substantially the same ability to drive the expression of one or more genes as the original promoter.

Такие нуклеиновые кислоты или белки в данном документе могут называться функционально эквивалентными вариантами. Например, функционально эквивалентные варианты нуклеиновой кислоты могут включать в себя аллельные варианты, фрагменты гена, мутированные гены, полиморфизмы и т.п. Гомологичные гены из других микроорганизмов также являются примерами функционально эквивалентных вариантов. К ним относятся гомологичные гены у таких видов, как Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii или Clostridium ljungdahlii, подробная информация о которых общедоступна на таких веб-сайтах, как Genbank или NCBI. Функционально эквивалентные варианты также включают в себя нуклеиновые кислоты, последовательность которых изменяется в результате оптимизации кодонов дляSuch nucleic acids or proteins may be referred to herein as functionally equivalent variants. For example, functionally equivalent nucleic acid variants may include allelic variants, gene fragments, mutated genes, polymorphisms, and the like. Homologous genes from other microorganisms are also examples of functionally equivalent variants. These include homologous genes in species such as Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, or Clostridium ljungdahlii, details of which are publicly available on websites such as Genbank or NCBI. Functionally equivalent variants also include nucleic acids whose sequence changes as a result of codon optimization for

- 15 042922 конкретного микроорганизма. Функционально эквивалентный вариант нуклеиновой кислоты предпочтительно будет иметь по меньшей мере примерно 70%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95%, примерно 98% или больше идентичности последовательности нуклеиновой кислоты (процент гомологии) с исходной нуклеиновой кислотой. Функционально эквивалентный вариант белка предпочтительно будет иметь по меньшей мере примерно 70%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95%, примерно 98% или больше идентичности аминокислотной последовательности (процент гомологии) с эталонным белком. Функциональная эквивалентность варианта нуклеиновой кислоты или белка может быть оценена с использованием любого способа, известного в данной области техники.- 15 042922 specific microorganism. A functionally equivalent nucleic acid variant will preferably have at least about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 98% or more nucleic acid sequence identity (percent homology) with the parent nucleic acid. A functionally equivalent protein variant will preferably have at least about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 98% or more amino acid sequence identity (percent homology) with the reference protein. The functional equivalence of a nucleic acid or protein variant can be assessed using any method known in the art.

Нуклеиновые кислоты могут быть доставлены в микроорганизм согласно данному изобретению с использованием любого способа, известного в данной области техники. Например, нуклеиновые кислоты могут быть доставлены в виде чистых нуклеиновых кислот, или могут быть приготовлены с одним или большим количеством агентов, например, липосомами. Нуклеиновые кислоты могут представлять собой ДНК, РНК, кДНК или их комбинации, по необходимости. В определенных вариантах осуществления, могут быть использованы ингибиторы ограничения. Дополнительные векторы могут включать в себя плазмиды, вирусы, бактериофаги, космиды и искусственные хромосомы. В предпочтительном варианте осуществления, нуклеиновые кислоты доставляют в микроорганизм согласно данному изобретению с использованием плазмиды. Например, преобразование (включая трансдукцию или трансфекцию) может быть достигнуто посредством электропорации, ультразвука, опосредованной полиэтиленгликолем трансформации, химической или физической компетенции, трансформации протопластов, профаговой индукции или конъюгации. В некоторых вариантах осуществления с активными системами рестрикционных ферментов, это может быть необходимо для метилирования нуклеиновой кислоты перед введением нуклеиновой кислоты в микроорганизм.Nucleic acids can be delivered to the microorganism according to this invention using any method known in the art. For example, nucleic acids may be delivered as pure nucleic acids, or may be formulated with one or more agents, such as liposomes. Nucleic acids can be DNA, RNA, cDNA, or combinations thereof, as needed. In certain embodiments, restriction inhibitors may be used. Additional vectors may include plasmids, viruses, bacteriophages, cosmids, and artificial chromosomes. In a preferred embodiment, the nucleic acids are delivered to the microorganism of the invention using a plasmid. For example, transformation (including transduction or transfection) can be achieved by electroporation, ultrasound, polyethylene glycol-mediated transformation, chemical or physical competence, protoplast transformation, prophage induction, or conjugation. In some embodiments with active restriction enzyme systems, it may be necessary to methylate the nucleic acid prior to introducing the nucleic acid into the microorganism.

Кроме того, нуклеиновые кислоты могут быть сконструированы таким образом, чтобы они содержали регуляторный элемент, например, промотор, чтобы увеличить или иным образом контролировать экспрессию конкретной нуклеиновой кислоты. Промотор может быть конститутивным промотором или индуцируемым промотором. В идеальном варианте, промотор представляет собой промотор пути ВудаЛьюнгдаля, промотор ферредоксина, промотор пируват-ферредоксин-оксидоредуктазы, промотор оперона Rnf-комплекса, промотор оперона АТФ-синтазы, или промотор оперона фосфотрансацетилазы/ацетаткиназы.In addition, nucleic acids can be designed to contain a regulatory element, such as a promoter, to increase or otherwise control the expression of a particular nucleic acid. The promoter may be a constitutive promoter or an inducible promoter. Ideally, the promoter is a Wood-Ljungdahl pathway promoter, a ferredoxin promoter, a pyruvate-ferredoxin oxidoreductase promoter, an Rnf complex operon promoter, an ATP synthase operon promoter, or a phosphotransacetylase/acetate kinase operon promoter.

Субстрат относится к источнику углерода и/или энергии для микроорганизма согласно данному изобретению. Как правило, субстрат является газообразным и содержит источник С1-углерода, например, СО, СО2 и/или СН4. Предпочтительно, субстрат содержит источник С1-углерода в виде СО или СО + СО2. Субстрат может дополнительно содержать другие неуглеродные компоненты, например, Н2, N2 или электроны. Однако в других вариантах осуществления субстрат может представлять собой углевод, такой как сахар, крахмал, клетчатка, лигнин, целлюлоза или гемицеллюлоза, или их комбинацию. Например, углевод может представлять собой фруктозу, галактозу, глюкозу, лактозу, мальтозу, сахарозу, ксилозу или некоторые их комбинации. В некоторых вариантах осуществления, субстрат не содержит (D)-ксилозу (Alkim, Microb Cell Fact, 14: 127, 2015). В некоторых вариантах осуществления, субстрат не содержит пентозу, такую как ксилоза (Pereira, Metab Eng, 34: 80-87, 2016). В некоторых вариантах осуществления, субстрат может содержать как газообразные, так и углеводные субстраты (миксотрофная ферментация).The substrate refers to a source of carbon and/or energy for the microorganism according to this invention. Typically, the substrate is gaseous and contains a source of C1 carbon, such as CO, CO2 and/or CH 4 . Preferably, the substrate contains a source of C1-carbon in the form of CO or CO + CO2. The substrate may additionally contain other non-carbon components such as H 2 , N 2 or electrons. However, in other embodiments, the substrate may be a carbohydrate such as sugar, starch, fiber, lignin, cellulose, or hemicellulose, or a combination thereof. For example, the carbohydrate may be fructose, galactose, glucose, lactose, maltose, sucrose, xylose, or some combination thereof. In some embodiments, the substrate does not contain (D)-xylose (Alkim, Microb Cell Fact, 14: 127, 2015). In some embodiments, the substrate does not contain pentose, such as xylose (Pereira, Metab Eng, 34: 80-87, 2016). In some embodiments, the substrate may contain both gaseous and carbohydrate substrates (mixotrophic fermentation).

В целом, газообразный субстрат содержит по меньшей мере некоторое количество СО, например, около 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 мол.% СО. Газообразный субстрат может содержать СО в диапазоне, например, около 20-80, 30-70 или 40-60 мол.% СО. Предпочтительно, газообразный субстрат содержит около 40-70 мол.% СО (например, газ сталелитейных заводов или доменный газ), около 20-30 мол.% СО (например, газ конвертерной печи) или около 15-45 мол.% СО (например, синтез-газ). В некоторых вариантах осуществления, газообразный субстрат может содержать относительно низкое количество СО, например, около 1-10 или 1-20 мол.% СО. Микроорганизм согласно данному изобретению, как правило, преобразует по меньшей мере часть СО в газообразном субстрате в продукт. В некоторых вариантах осуществления, газообразный субстрат не содержит или по существу не содержит (<1 мол.%) СО.In general, the gaseous substrate contains at least some CO, such as about 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 mol% CO. The gaseous substrate may contain CO in the range of, for example, about 20-80, 30-70, or 40-60 mole % CO. Preferably, the gaseous substrate contains about 40-70 mole % CO (e.g. steel mill gas or blast furnace gas), about 20-30 mole % CO (e.g. converter furnace gas), or about 15-45 mole % CO (e.g. , synthesis gas). In some embodiments, the gaseous substrate may contain a relatively low amount of CO, such as about 1-10 or 1-20 mole % CO. The microorganism according to the invention typically converts at least a portion of the CO in the gaseous substrate to a product. In some embodiments, the gaseous substrate is free or substantially free (<1 mole%) of CO.

Газообразный субстрат может содержать некоторое количество Н2. Например, газообразный субстрат может содержать около 1, 2, 5, 10, 15, 20 или 30 мол.% Н2. В некоторых вариантах осуществления, газообразный субстрат может содержать относительно высокое количество Н2, например, около 60, 70, 80 или 90 мол.% Н2. В дополнительных вариантах осуществления, газообразный субстрат не содержит или по существу не содержит (<1 мол.%) Н2.The gaseous substrate may contain some H 2 . For example, the gaseous substrate may contain about 1, 2, 5, 10, 15, 20, or 30 mol % H 2 . In some embodiments, the gaseous substrate may contain a relatively high amount of H2, such as about 60, 70, 80, or 90 mol% H2 . In further embodiments, the gaseous substrate is free or substantially free (<1 mole%) of H 2 .

Газообразный субстрат может содержать некоторое количество СО2. Например, газообразный субстрат может содержать около 1-80 или 1-30 мол.% СО2. В некоторых вариантах осуществления, газообразный субстрат может содержать меньше чем около 20, 15, 10 или 5 мол.% СО2. В другом варианте осуществления, газообразный субстрат не содержит или по существу не содержит (<1 мол.%) СО2.The gaseous substrate may contain some CO2. For example, the gaseous substrate may contain about 1-80 or 1-30 mol.% CO 2 . In some embodiments, the implementation, the gaseous substrate may contain less than about 20, 15, 10 or 5 mol.% CO 2 . In another embodiment, the gaseous substrate is free or substantially free (<1 mole%) of CO 2 .

Газообразный субстрат также может быть представлен в альтернативных формах. Например, газоThe gaseous substrate may also be provided in alternative forms. For example, gas

- 16 042922 образный субстрат может быть растворен в жидкости или адсорбирован на твердом носителе.- 16 042922 shaped substrate can be dissolved in a liquid or adsorbed on a solid carrier.

Газообразный субстрат и/или источник С1-углерода может представлять собой отработанный газ, полученный в виде побочного продукта промышленного процесса или из какого-либо другого источника, например, из выхлопных газов автомобилей или от газификации биомассы. В определенных вариантах осуществления, промышленный процесс выбран из группы, состоящей из производства продукции черных металлов, например, сталелитейного производства, производства продукции из цветных металлов, переработки нефти, газификации угля, производства электроэнергии, производства чистого углерода, производства аммиака, производства метанола и производства кокса. В этих вариантах осуществления, газообразный субстрат и/или источник С1-углерода может быть извлечен из промышленного процесса перед его выбросом в атмосферу с применением любого удобного способа.The gaseous substrate and/or source of C1 carbon may be an exhaust gas obtained as a by-product of an industrial process or from some other source such as vehicle exhaust or biomass gasification. In certain embodiments, the industrial process is selected from the group consisting of ferrous product manufacturing, e.g., steelmaking, nonferrous metal product manufacturing, petroleum refining, coal gasification, power generation, pure carbon production, ammonia production, methanol production, and coke production. . In these embodiments, the gaseous substrate and/or C1 carbon source may be removed from the industrial process prior to release to the atmosphere using any convenient method.

Газообразный субстрат и/или источник С1-углерода может представлять собой синтез-газ, например, синтез-газ, полученный при газификации угля или остатков нефтеперерабатывающей промышленности, газификации биомассы или лигноцеллюлозного материала или при риформинге природного газа. В другом варианте осуществления, синтез-газ может быть получен в результате газификации твердых бытовых отходов или твердых промышленных отходов.The gaseous substrate and/or source of C1 carbon can be synthesis gas, for example, synthesis gas obtained from gasification of coal or oil refinery residues, gasification of biomass or lignocellulosic material, or natural gas reforming. In another embodiment, synthesis gas may be obtained from the gasification of municipal solid waste or industrial solid waste.

Композиция газообразного субстрата может оказывать значительное влияние на эффективность и/или стоимость реакции. Например, присутствие кислорода (О2) может понизить эффективность процесса анаэробной ферментации. В зависимости от композиции субстрата может быть желательным обработать, очистить или отфильтровать субстрат для удаления любых нежелательных примесей, например, токсинов, нежелательных компонентов или частиц пыли, и/или для увеличения концентрации желаемых компонентов.The composition of the gaseous substrate can have a significant impact on the efficiency and/or cost of the reaction. For example, the presence of oxygen (O 2 ) can reduce the efficiency of an anaerobic fermentation process. Depending on the composition of the substrate, it may be desirable to treat, purify or filter the substrate to remove any undesirable contaminants, such as toxins, undesirable components or dust particles, and/or to increase the concentration of the desired components.

В некоторых вариантах осуществления, ферментацию проводят без углеводных субстратов, таких как сахар, крахмал, лигнин, целлюлоза или гемицеллюлоза.In some embodiments, the fermentation is carried out without carbohydrate substrates such as sugar, starch, lignin, cellulose, or hemicellulose.

В некоторых вариантах осуществления, общая энергетика СО и Н2 для этиленгликоля (МЭГ) предпочтительнее, чем от глюкозы до этиленгликоля, как показано ниже, где более отрицательные значения свободной энергии Гиббса, ArG'm, для СО и Н2 указывают на большую движущую силу в направлении этиленгликоля. Расчеты общей дельта G реакции для сравнения глюкозы с СО в качестве субстрата были выполнены с использованием эквилибратора (http://equilibrator.weizmann.ac.il/), который является стандартным способом оценки общей осуществимости пути или отдельных этапов в путях в биологических системах (Flamholz, E. Noor, A. Bar-Even, R. Milo (2012) eQuilibrator - the biochemical thermodynamics calculator Nucleic Acids Res 40:D770-5; Noor, A. Bar-Even, A. Flamholz, Y. Lubling, D. Davidi, R. Milo (2012) An integrated open framework for thermodynamics of reactions that combines accuracy and coverage Bio informatics 28:2037-2044; Noor, H.S. Haraldsd0ttir, R. Milo, R.M.T. Fleming (2013) Consistent Estimation of Gibbs Energy Using Component Contributions PLoS Comput Biol 9(7): e1003098; Noor, A. Bar-Even, A. Flamholz, E. Reznik, W. Liebermeister, R. Milo (2014) Pathway Thermodynamics Highlights Kinetic Obstacles in Central Metabolism PLoS Comput Biol 10(2):e1003483).In some embodiments, the overall energetics of CO and H 2 for ethylene glycol (MEG) is preferred over glucose to ethylene glycol, as shown below, where more negative Gibbs free energies, ArG'm, for CO and H 2 indicate a greater driving force towards ethylene glycol. Calculations of the overall delta G response for comparing glucose with CO as a substrate were performed using an equilibrator (http://equilibrator.weizmann.ac.il/), which is a standard way to evaluate the overall feasibility of a pathway or individual steps in pathways in biological systems ( Flamholz, E. Noor, A. Bar-Even, R. Milo (2012) eQuilibrator - the biochemical thermodynamics calculator Nucleic Acids Res 40:D770-5; Noor, HS Haraldsd0ttir, R. Milo, RMT Fleming (2013) Consistent Estimation of Gibbs Energy Using Component Contributions PLoS Comput Biol 9(7): e1003098 Noor, A. Bar-Even, A. Flamholz, E. Reznik, W. Liebermeister, R. Milo (2014) Pathway Thermodynamics Highlights Kinetic Obstacles in Central Metabolism PLoS Comput Biol 10 (2):e1003483).

Расчеты выполняют следующим образом:Calculations are performed as follows:

глюкоза (водн.) + 3 NADH (водн.) 3 МЭГ (водн.) + 3 NAD+ (водн.) ArG'm -104 кДж/моль,glucose (aq) + 3 NADH (aq) 3 MEG (aq) + 3 NAD+ (aq) ArG'm -104 kJ/mol,

СО (водн.) + 3 Н2 (водн.) + 6 NADH (водн.) 3 МЭГ (водн.) + 6 NAD+ (водн.) ArG'm -192 кДж/моль.CO (aq) + 3 H 2 (aq) + 6 NADH (aq) 3 MEG (aq) + 6 NAD+ (aq) ArG'm -192 kJ/mol.

Физиологические условия:Physiological conditions:

глюкоза (водн.) + 3 NADH (водн.) 3 МЭГ (водн.) + 3 NAD+ (водн.) ArG'm -70 кДж/моль,glucose (aq) + 3 NADH (aq) 3 MEG (aq) + 3 NAD+ (aq) ArG'm -70 kJ/mol,

СО (водн.) + 3 Н2 (водн.) + 6 NADH (водн.) 3 MEG (водн.) + 6 NAD+ (водн.) ArG'm -295 кДж/моль.CO (aq) + 3 H 2 (aq) + 6 NADH (aq) 3 MEG (aq) + 6 NAD+ (aq) ArG'm -295 kJ/mol.

В дополнение к этиленгликолю, глиоксилату и/или гликолату микроорганизм согласно изобретению может культивироваться для получения одного или большего количества сопутствующих продуктов. Так, например, микроорганизм согласно данному изобретению может продуцировать или может быть генетически сконструирован для продукции этанола (WO 2007/117157), ацетата (WO 2007/117157), бутанола (WO 2008/115080 и WO 2012/053905), бутирата (WO 2008/115080), 2,3-бутандиола (WO 2009/151342 и WO 2016/094334), лактата (WO 2011/112103), бутена (WO 2012/024522), бутадиена (WO 2012/024522), метилэтилкетона (2-бутанона) (WO 2012/024522 и WO 2013/185123), этилена (WO 2012/026833), ацетона (WO 2012/115527), изопропанола (WO 2012/115527), липидов (WO 2013/036147), 3-гидроксипропионата (3-НР) (WO 2013/180581), изопрена (WO 2013/180584), жирных кислот (WO 2013/191567), 2-бутанола (WO 2013/185123), 1,2-пропандиола (WO 2014/036152), 1-пропанола (WO 2014/0369152), продуктов, полученных из хоризмата (WO 2016/191625), 3-гидроксибутирата (WO 2017/066498) и 1,3-бутандиола (WO 2017/0066498). В некоторых вариантах осуществления, в дополнение к этиленгликолю микроорганизм согласно данному изобретению также продуцирует этанол, 2,3-бутандиол и/или сукцинат. В некоторых вариантах осуществления, саму микробную биомассу можно рассматривать как продукт.In addition to ethylene glycol, glyoxylate and/or glycolate, the microorganism of the invention may be cultured to produce one or more by-products. Thus, for example, the microorganism according to the invention may produce or may be genetically engineered to produce ethanol (WO 2007/117157), acetate (WO 2007/117157), butanol (WO 2008/115080 and WO 2012/053905), butyrate (WO 2008 /115080), 2,3-butanediol (WO 2009/151342 and WO 2016/094334), lactate (WO 2011/112103), butene (WO 2012/024522), butadiene (WO 2012/024522), methyl ethyl ketone (2-butanone ) (WO 2012/024522 and WO 2013/185123), ethylene (WO 2012/026833), acetone (WO 2012/115527), isopropanol (WO 2012/115527), lipids (WO 2013/036147), 3-hydroxypropionate (3 -HP) (WO 2013/180581), isoprene (WO 2013/180584), fatty acids (WO 2013/191567), 2-butanol (WO 2013/185123), 1,2-propanediol (WO 2014/036152), 1 -propanol (WO 2014/0369152), products derived from chorismate (WO 2016/191625), 3-hydroxybutyrate (WO 2017/066498) and 1,3-butanediol (WO 2017/0066498). In some embodiments, in addition to ethylene glycol, the microorganism of this invention also produces ethanol, 2,3-butanediol and/or succinate. In some embodiments, the microbial biomass itself can be considered as a product.

Нативный продукт представляет собой продукт, продуцируемый генетически немодифицированным микроорганизмом. Например, этанол, ацетат и 2,3-бутандиол являются нативными продуктами Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, и Clostridium ragsdalei. Ненативный продукт представ- 17 042922 ляет собой продукт, продуцируемый генетически модифицированным микроорганизмом, однако, он не продуцируется генетически немодифицированным микроорганизмом, из которого получают генетически модифицированный микроорганизм. Неизвестным является то, что этиленгликоль продуцируется какимлибо природным микроорганизмом, так что он является неродным продуктом всех микроорганизмов.A native product is a product produced by a non-genetically modified microorganism. For example, ethanol, acetate, and 2,3-butanediol are native products of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, and Clostridium ragsdalei. A non-native product is a product produced by a genetically modified microorganism, however, it is not produced by the non-genetically modified microorganism from which the genetically modified microorganism is derived. What is not known is that ethylene glycol is produced by any natural microorganism, so that it is a non-native product of all microorganisms.

Селективность относится к отношению получения целевого продукта к получению всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом. Микроорганизм согласно данному изобретению может быть сконструирован для продуцирования продуктов с определенной селективностью или с минимальной селективностью. В одном варианте осуществления, целевой продукт, такой как этилен гликоль, составляет по меньшей мере около 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50% или 75% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно данному изобретению. В одном варианте осуществления, этилен гликоль составляет по меньшей мере 10% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно данному изобретению, таким образом, микроорганизм согласно данному изобретению обладает селективностью по отношению к этилен гликолю, составляющей по меньшей мере 10%. В другом варианте осуществления, этилен гликоль составляет по меньшей мере 30% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно данному изобретению, таким образом, микроорганизм согласно данному изобретению обладает селективностью по отношению к этилен гликолю, составляющей по меньшей мере 30%.Selectivity refers to the ratio of obtaining the desired product to obtaining all fermentation products produced by the microorganism. The microorganism according to this invention can be designed to produce products with a certain selectivity or with a minimum selectivity. In one embodiment, the target product, such as ethylene glycol, is at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50%, or 75% of all fermentation products produced by the microorganism according to this invention. In one embodiment, ethylene glycol makes up at least 10% of all fermentations produced by the microorganism of this invention, thus the microorganism of this invention has a selectivity for ethylene glycol of at least 10%. In another embodiment, ethylene glycol makes up at least 30% of all fermentations produced by the microorganism of this invention, thus the microorganism of this invention has a selectivity for ethylene glycol of at least 30%.

Как правило, культивирование проводят в биореакторе. Термин биореактор включает в себя устройство для культивирования/ферментации, состоящее из одного или большего количества сосудов, колонн или разводок трубопроводов, например, реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием (CSTR), реактор на основе иммобилизованных клеток (ICR), реактор с орошаемым слоем (TBR), барботажную колонку, газлифтный ферментёр, статический смеситель, или другой сосуд или другое устройство, подходящее для приведения в контакт газа с жидкостью. В некоторых вариантах осуществления, биореактор может содержать первый реактор для выращивания и второй реактор для культивирования/ферментации. Один или оба из таких реакторов могут быть обеспечены субстратом. Как применяется в данном документе, термины культивирование и ферментация используют взаимозаменяемо. Указанные термины охватывают как фазу роста, так и фазу биосинтеза продукта в процессе культивирования/ферментации.As a rule, the cultivation is carried out in a bioreactor. The term bioreactor includes a culture/fermentation device consisting of one or more vessels, columns, or piping, e.g. TBR), bubble column, gas lift fermenter, static mixer, or other vessel or other device suitable for contacting a gas with a liquid. In some embodiments, the bioreactor may comprise a first growth reactor and a second culture/fermentation reactor. One or both of these reactors may be provided with a substrate. As used herein, the terms culture and fermentation are used interchangeably. These terms cover both the growth phase and the biosynthetic phase of the product during cultivation/fermentation.

Культивирование обычно поддерживают в водной культуральной среде, содержащей питательные вещества, витамины и/или минералы, достаточные для обеспечения роста микроорганизма. Водная культуральная среда предпочтительно представляет собой среду для анаэробного микробного роста, такую как минимальная среда для анаэробного микробного роста. Подходящие среды хорошо известны в данной области техники.Cultivation is usually maintained in an aqueous culture medium containing sufficient nutrients, vitamins and/or minerals to ensure growth of the microorganism. The aqueous culture medium is preferably an anaerobic microbial growth medium, such as a minimal anaerobic microbial growth medium. Suitable media are well known in the art.

Для получения этиленгликоля культивирование/ферментацию желательно проводить в соответствующих условиях. Как правило, культивирование/ферментацию выполняют в анаэробных условиях. Условия реакции, которые следует учитывать, включают в себя давление (или парциальное давление), температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, рН среды, окислительно-восстановительный потенциал среды, скорость перемешивания (при применении реактора непрерывного действия с перемешиванием), уровень инокулята, максимальные концентрации газового субстрата чтобы удостовериться, что газ в жидкой фазе не станет ограничивающим фактором, и максимальные концентрации продукта для избежания ингибирования продукта. В частности, можно регулировать скорость введения субстрата, чтобы удостовериться, что концентрация газа в жидкой фазе не стала ограничивающей.To obtain ethylene glycol, the cultivation/fermentation is preferably carried out under appropriate conditions. As a rule, cultivation/fermentation is performed under anaerobic conditions. Reaction conditions to be considered include pressure (or partial pressure), temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the medium, redox potential of the medium, stirring rate (when using a continuously stirred reactor), inoculum level , maximum gas substrate concentrations to ensure that gas in the liquid phase does not become a limiting factor, and maximum product concentrations to avoid product inhibition. In particular, the rate of introduction of the substrate can be adjusted to ensure that the gas concentration in the liquid phase does not become limiting.

Эксплуатация биореактора при повышенных давлениях позволяет повысить скорость массопереноса газа из газовой фазы в жидкую фазу. Соответственно, в общем случае предпочтительно осуществлять культивирование/ферментацию при давлениях выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость превращения газа частично зависит от времени удерживания субстрата, при этом время удерживания диктует необходимый объем биореактора, применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для культивирования/ферментация. Это, в свою очередь, означает, что при поддержании биореакторов при повышенном давлении, а не при атмосферном давлении, можно уменьшить время удерживания, определяемое как объем жидкости в биореакторе, деленный на скорость потока нагнетаемого газа. Оптимальные условия реакции будут частично зависеть от конкретного используемого микроорганизма. Однако, в общем случае предпочтительно проводить ферментацию при давлении выше атмосферного давления. Также, поскольку данная скорость преобразования газа отчасти зависит от времени удерживания субстрата, а достижение требуемого времени удерживания, в свою очередь, определяет требуемый объем биореактора, то применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для ферментации.The operation of the bioreactor at elevated pressures makes it possible to increase the rate of gas mass transfer from the gas phase to the liquid phase. Accordingly, it is generally preferred to carry out the culture/fermentation at pressures above atmospheric pressure. In addition, since the desired gas conversion rate depends in part on the retention time of the substrate, with the retention time dictating the required volume of the bioreactor, the use of pressurized systems can significantly reduce the required volume of the bioreactor and hence the capital cost of the culture/fermentation equipment. This, in turn, means that by maintaining the bioreactors at elevated pressure, rather than at atmospheric pressure, it is possible to reduce the retention time, defined as the volume of liquid in the bioreactor divided by the flow rate of the injected gas. The optimum reaction conditions will depend in part on the particular microorganism used. However, it is generally preferred to carry out the fermentation at a pressure above atmospheric pressure. Also, since this gas conversion rate depends in part on the retention time of the substrate, and achieving the required retention time in turn determines the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and hence the capital cost of fermentation equipment. .

В некоторых вариантах осуществления, ферментацию выполняют в отсутствие света или в присутствии некоторого количества света, недостаточного для удовлетворения энергетических потребностей фотосинтетических микроорганизмов. В некоторых вариантах осуществления, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой нефотосинтезирующий микроорганизм.In some embodiments, the fermentation is performed in the absence of light or in the presence of some amount of light that is insufficient to meet the energy requirements of the photosynthetic microorganisms. In some embodiments, the microorganism of this invention is a non-photosynthetic microorganism.

Способ согласно данному изобретению может дополнительно включать в себя отделение этиленг- 18 042922 ликоля от ферментационного бульона. Этиленгликоль может быть отделен или очищен от ферментационного бульона любым способом или комбинацией способов, известных в данной области техники, включая, например, дистилляцию, процессы с псевдодвижущимся слоем, мембранную очистку, испарение, испарение через полупроницаемую мембрану, отгонку газом, разделение фаз, ионный обмен, или экстрактивную ферментацию, включая, например, жидкость-жидкостную экстракцию. В одном варианте осуществления, этиленгликоль может быть сконцентрирован из ферментационного бульона с использованием обратного осмоса и/или испарения через полупроницаемую мембрану (США 5552023). Вода может быть удалена дистилляцией, а остатки (содержащие высокую долю этиленгликоля) могут быть затем извлечены с использованием дистилляции или вакуумной дистилляции для получения фракции этиленгликоля высокой чистоты. В альтернативном варианте, с или без концентрирования путем обратного осмоса и/или испарения через полупроницаемую мембрану, этиленгликоль может быть дополнительно очищен путем реакционной дистиляции с альдегидом (Atul, Chem Eng Sci, 59: 2881-2890, 2004) или азеотропной дистиляции с использованием углеводорода (US 2218234). В другом подходе, этиленгликоль может быть захвачен на активированном угле или полимерном абсорбенте из водного раствора (с или без обратного осмоса и/или испарением через полупроницаемую мембрану) и извлечен с использованием низкокипящего органического растворителя (Chinn, Recovery of Glycols, Sugars, and Related Multiple -OH Compounds from Dilute-Aqueous Solution by Regenerable Adsorption onto Activated Carbons, University of California Berkeley, 1999). Этиленгликоль затем может быть извлечен из органического растворителя дистилляцией. В некоторых вариантах осуществления, этиленгликоль извлекают из ферментационного бульона непрерывным удалением части бульона из биореактора, отделением микробных клеток от бульона (обычно фильтрованием), и выделением этиленгликоля из бульона. Побочные продукты, такие как спирты или кислоты, также могут быть отделены или очищены от бульона. Спирты и/или ацетон можно выделять, например, дистилляцией. Кислоты могут быть выделены, например, адсорбцией на активированном древесном угле. Отделенные микробные клетки могут быть возвращены в биореактор в некоторых вариантах осуществления. Фильтрат, не содержащий клеток, остающийся после удаления целевых продуктов, также предпочтительно возвращают в биореактор, целиком или частично. В фильтрат, не содержащий клеток, можно добавлять дополнительные питательные вещества (такие как витамины В) для пополнения среды перед ее возвратом в биореактор.The method of the present invention may further include separating the ethylene lycol from the fermentation broth. Ethylene glycol can be separated or purified from the fermentation broth by any method or combination of methods known in the art, including, for example, distillation, fluidized bed processes, membrane purification, evaporation, semi-permeable membrane evaporation, gas stripping, phase separation, ion exchange , or extractive fermentation, including, for example, liquid-liquid extraction. In one embodiment, the ethylene glycol can be concentrated from the fermentation broth using reverse osmosis and/or evaporation through a semi-permeable membrane (US 5,552,023). The water can be removed by distillation and the residues (containing a high proportion of ethylene glycol) can then be recovered using distillation or vacuum distillation to obtain a high purity ethylene glycol fraction. Alternatively, with or without reverse osmosis concentration and/or semi-permeable membrane evaporation, ethylene glycol can be further purified by reactive distillation with aldehyde (Atul, Chem Eng Sci, 59: 2881-2890, 2004) or azeotropic distillation using hydrocarbon (US 2218234). In another approach, ethylene glycol can be captured on activated carbon or polymeric absorbent from an aqueous solution (with or without reverse osmosis and/or evaporation through a semi-permeable membrane) and recovered using a low-boiling organic solvent (Chinn, Recovery of Glycols, Sugars, and Related Multiple -OH Compounds from Dilute-Aqueous Solution by Regenerable Adsorption onto Activated Carbons, University of California Berkeley, 1999). The ethylene glycol can then be recovered from the organic solvent by distillation. In some embodiments, the ethylene glycol is recovered from the fermentation broth by continuously removing a portion of the broth from the bioreactor, separating the microbial cells from the broth (typically by filtration), and isolating the ethylene glycol from the broth. By-products such as alcohols or acids can also be separated or refined from the broth. Alcohols and/or acetone can be isolated, for example, by distillation. Acids can be isolated, for example, by adsorption on activated charcoal. The separated microbial cells may be returned to the bioreactor in some embodiments. The cell-free filtrate remaining after removal of the desired products is also preferably returned to the bioreactor, in whole or in part. Additional nutrients (such as B vitamins) can be added to the cell-free filtrate to replenish the medium before it is returned to the bioreactor.

Извлечение диолов из водных сред было продемонстрировано рядом способов. Технология псевдодвижущегося слоя (SMB) была использована для извлечения 2,3-бутандиола из водной смеси этанола и связанных оксигенатов (патент США № 8658,45). Также было продемонстрировано реакционное разделение для эффективного извлечения диола. В некоторых вариантах осуществления, извлечение этиленгликоля проводят взаимодействием диолсодержащей фракции с альдегидами, фракционированием и восстановлением диола, окончательным фракционированием для восстановления фракции концентрированного диола; смотрите, например, патент США № 7951980.Recovery of diols from aqueous media has been demonstrated in a number of ways. A pseudo-moving bed (SMB) technique has been used to recover 2,3-butanediol from an aqueous mixture of ethanol and related oxygenates (US Pat. No. 8,658.45). Reactive separation has also been demonstrated to efficiently recover the diol. In some embodiments, the recovery of ethylene glycol is carried out by reacting the diol-containing fraction with aldehydes, fractionating and reducing the diol, final fractionating to recover the concentrated diol fraction; see, for example, US Pat. No. 7,951,980.

Изобретение предлагает композиции, содержащие этиленгликоль, продуцируемый микроорганизмами, и согласно способам, описанным в данном документе. Например, композиция, содержащая этиленгликоль может представлять собой антифриз, консервант, дегидратирующий агент, или буровой раствор.The invention provides compositions containing ethylene glycol produced by microorganisms and according to the methods described herein. For example, the composition containing ethylene glycol can be an antifreeze, a preservative, a dehydrating agent, or a drilling fluid.

Изобретение также предлагает полимеры, содержащие этиленгликоль, продуцируемый микроорганизмами, и согласно способам, описанным в данном документе. Такими полимерами могут быть, например, гомополимеры, такие как полиэтиленгликоль, или сополимеры, такие как полиэтилентерефталат. Способы синтеза таких полимеров хорошо известны в данной области техники; смотрите, например, Herzberger et al., Chem Rev., 116(4): 2170-2243 (2016) and Xiao et al., Ind Eng Chem Res. 54(22): 5862-5869 (2015).The invention also provides polymers containing ethylene glycol produced by microorganisms and according to the methods described herein. Such polymers can be, for example, homopolymers such as polyethylene glycol or copolymers such as polyethylene terephthalate. Methods for the synthesis of such polymers are well known in the art; see, for example, Herzberger et al., Chem Rev., 116(4): 2170-2243 (2016) and Xiao et al., Ind Eng Chem Res. 54(22): 5862-5869 (2015).

Данное изобретение дополнительно предлагает композиции, содержащие полимеры, содержащие этиленгликоль, продуцируемый микроорганизмами, и согласно способам, описанным в данном документе. Например, композиция может представлять собой волокно, смолу, пленку, или пластика.This invention further provides compositions containing polymers containing ethylene glycol produced by microorganisms and according to the methods described herein. For example, the composition may be a fiber, resin, film, or plastic.

ПримерыExamples

Следующие примеры дополнительно иллюстрируют данное изобретение, но, разумеется, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем каким-либо образом.The following examples further illustrate the invention, but of course should not be construed as limiting its scope in any way.

Пример 1. Конструирование гетерологичного вектора экспрессии, содержащего цитрат-синтазу В. subtilis, изоцитрат-лиазу Е. coli и гликольальдегид-дегидрогеназу G. oxydans для получения этиленгликоля из СО и/или СО2 и Н2 в С. autoethanogenum.Example 1 Construction of a heterologous expression vector containing B. subtilis citrate synthase, E. coli isocitrate lyase and G. oxydans glycolaldehyde dehydrogenase to produce ethylene glycol from CO and/or CO 2 and H 2 in C. autoethanogenum.

Гены, кодирующие цитратсинтазу из В. subtilis (citZ; SEQ ID NO: 1-2), изоцитратлиазу из E. coli (icl; SEQ ID NO: 11-12) и гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (aldA1; SEQ ID NO: 55-56) были кодон-адаптированы и синтезированы для экспрессии в С. autoethanogenum. Адаптированные гены клонировали в челночный вектор экспрессии, pIPL12, с использованием стандартного набора Golden Gate Cloning Bsal (New England Biolabs, Ипсвич, Массачусетс). pIPL12 содержит точку начала репликации как для Е. coli, так и для С. autoethanogenum, что позволяет ему реплицироваться и поддерживаться в обеих видах; pIPL12 также работает в большинстве Clostridia. pIPL12 дополнительно содержит 23S рРНК (аденин(2058)-N(6))-метилтрансферазу Erm (В), обеспечивающую устойчивость к эритромици- 19 042922 ну/кларитромицину для положительного отбора, TraJ для конъюгативного переноса из Е. coli, и промотор для экспрессии гетерологичных генов; смотрите фиг. 2А. Вектор экспрессии, созданный путем клонирования citZ, icl и aldA1 в pIPL12, упоминается в данном документе как pMEG042 (фиг. 2В).Genes encoding citrate synthase from B. subtilis (citZ; SEQ ID NO: 1-2), isocitrate lyase from E. coli (icl; SEQ ID NO: 11-12), and glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (aldA1; SEQ ID NO: : 55-56) were codon-adapted and synthesized for expression in C. autoethanogenum. The adapted genes were cloned into a shuttle expression vector, pIPL12, using the Golden Gate Cloning Bsal standard kit (New England Biolabs, Ipswich, MA). pIPL12 contains an origin of replication for both E. coli and C. autoethanogenum, allowing it to replicate and be maintained in both species; pIPL12 also works in most Clostridia. pIPL12 additionally contains 23S rRNA (adenine(2058)-N(6)) methyltransferase Erm (B) conferring resistance to erythromycin/clarithromycin for positive selection, TraJ for conjugative transfer from E. coli, and a promoter for expression heterologous genes; see fig. 2A. The expression vector generated by cloning citZ, icl and aldA1 into pIPL12 is referred to herein as pMEG042 (FIG. 2B).

Таблица 2table 2

Олигонуклеотиды, использованные для конструирования вектора экспрессии pMEG042Oligonucleotides used to construct the expression vector pMEG042

SEQ ID NO SEQID NO Название Name Последовательность Subsequence 69 69 plPL12-bb-F plPL12-bb-F CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG 70 70 plPL12-bb-R plPL12-bb-R CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C 71 71 citZ_Bs1-F citZ_Bs1-F CACACCAGGTCTCACATATGACAGCAACAAGGGGC C CACACCAGGTCTCACATATGACAGCAACAAGGGGC C 72 72 citZ_Bs1-R citZ_Bs1-R CACACCAGGTCTCAATTGTAACACCTCCTTAATTAGT TATGCTCTTTCTTCTATAGGTACAAATTTTTG CACACCAGGTCTCAATTGTAACACCTCCTTAATTAGT TATGTCTCTTTCTTCTATAGGTACAAATTTTTG 73 73 lcl_Ec-F lcl_Ec-F CACACCAGGTCTCACAATGAAAACAAGAACTCAACA AATAG CACACCAGGTCTCACAATGAAAACAAGAACTCAACA AATAG 74 74 lcl_Ec-R lcl_Ec-R CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTA AAATTGAGATTCTTCAGTTGAACCTG CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTA AAATTGAGATTCTTCAGTTGAACCTG 75 75 aldA1_Go-F aldA1_Go-F CACACCAGGTCTCAACACATATGACTGAAAAAAATA ATTTATTCATAAATGGATC CACACCAGGTCTCAACACATATGACTGAAAAAAAATA ATTTATTCATAAATGGATC 76 76 aldA1_Go-R aldA1_Go-R CACACCAGGTCTCAGGTTATGCATTTAGATATATTGT TTTTGTCTGTACG CACACCAGGTCTCAGGTTATGCATTTAGATATATTGT TTTTGTCTGTACG

Конструкция pMEG042 была трансформирована в С. autoethanogenum путем конъюгации. Вектор экспрессии был впервые введен в конъюгативный донорный штамм E.coli HB101+R702 (СА434) (Williams et al. 1990) (донор) с использованием стандартной трансформации тепловым шоком. Донорные клетки восстанавливали в среде SOC при 37°C в течение 1 ч, после чего помещали на чашки со средой LB, содержащей 100 мкг/мл спектиномицина и 500 мкг/мл эритромицина, и инкубировали при 37°C в течение ночи. На следующий день 5 мл аликвот LB, содержащих 100 мкг/мл спектиномицина и 500 мкг/мл эритромицина, инокулировали несколькими донорными колониями и инкубировали при 37°C, встряхивая в течение примерно 4 ч или до тех пор, пока культура не станет заметно концентрированней, но при этом еще не вошла в стационарную фазу. 1,5 мл донорной культуры собирали центрифугированием при 4000 об/мин и 20-25°C в течение 2 мин и удаляли супернатант. Донорные клетки осторожно ресуспендировали в 500 мкл стерильного буфера ФСБ и центрифугировали при 4000 об/мин в течение 2 мин, и супернатант ФБС удаляли.The construct pMEG042 was transformed into C. autoethanogenum by conjugation. The expression vector was first introduced into the E. coli conjugative donor strain HB101+R702 (CA434) (Williams et al. 1990) (donor) using standard heat shock transformation. Donor cells were reconstituted in SOC medium at 37°C for 1 h, after which they were placed on dishes with LB medium containing 100 μg/ml spectinomycin and 500 μg/ml erythromycin and incubated at 37°C overnight. The next day, 5 ml aliquots of LB containing 100 μg/ml spectinomycin and 500 μg/ml erythromycin were inoculated with several donor colonies and incubated at 37°C with shaking for about 4 h or until the culture became noticeably more concentrated, but has not yet entered the stationary phase. 1.5 ml of donor culture was collected by centrifugation at 4000 rpm and 20-25°C for 2 min and the supernatant was removed. Donor cells were carefully resuspended in 500 μl of sterile PBS buffer and centrifuged at 4000 rpm for 2 min, and the PBS supernatant was removed.

Осадок вносили в анаэробную камеру и осторожно ресуспендировали в 200 мкл во время поздней экспоненциальной фазы культуры С. autoethanogenum (реципиент). С. autoethanogenum DSM10061 и DSM23693 (производное DSM10061) получали из DSMZ (Немецкая коллекция микроорганизмов и клеточных культур, Inhoffenstraβe 7B, 38124, Брауншвейг, Германия). Штаммы выращивали при 37°C в среде РЕТС (смотрите патент США № 9738875) при рН 5,6 с использованием стандартных анаэробных методов (Hungate 1969; Wolfe 1971).The pellet was introduced into an anaerobic chamber and carefully resuspended in 200 μl during the late exponential phase of the culture of C. autoethanogenum (recipient). C. autoethanogenum DSM10061 and DSM23693 (derived from DSM10061) were obtained from DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, Inhoffenstraβe 7B, 38124 Braunschweig, Germany). The strains were grown at 37° C. in PETC medium (see US Pat. No. 9,738,875) at pH 5.6 using standard anaerobic methods (Hungate 1969; Wolfe 1971).

Смесь для конъюгации (смесь донорных и реципиентных клеток) наносили на чашки с PETC-MES + фруктозный агар и оставляли сушиться. Когда пятна больше не были визуально влажными, чашки помещали в камеру под давлением, повышали давление синтез-газом (50% СО, 10% N2, 30% СО2, 10% Н2) до 25-30 фунтов на квадратный дюйм, и инкубировали при 37°C в течение примерно 24 ч. Затем конъюгационную смесь удаляли с чашек путем осторожного соскабливания с использованием 10 мкл инокуляционной петли. Удаленную смесь суспендировали в 200-300 мкл среды РЕТС. Аликвоты по 100 мкл конъюгационной смеси высевали на чашки с агаризированной средой РЕТС с добавлением 5 мкг/мл кларитромицина для отбора трансформантов, несущих плазмиду.The conjugation mixture (a mixture of donor and recipient cells) was applied to PETC-MES + fructose agar plates and left to dry. When the spots were no longer visually wet, the cups were placed in a pressure chamber, pressurized with synthesis gas (50% CO, 10% N 2 , 30% CO 2 , 10% H 2 ) to 25-30 psi, and incubated at 37° C. for approximately 24 hours. The conjugation mixture was then removed from the plates by gentle scraping using a 10 μl inoculation loop. The removed mixture was suspended in 200-300 μl of PETC medium. Aliquots of 100 µl of the conjugation mixture were plated on plates with PETS agar medium supplemented with 5 µg/ml clarithromycin to select plasmid-bearing transformants.

Три отдельные колонии С. autoethanogenum, несущие плазмиду pMEG042, инокулировали в 2 мл среды PETC-MES с 5 мкг/мл кларитромицина, и выращивали автотрофно при 37°C с 50% СО, 10% N2, 30% СО2, 10% Н2 и 100 об/мин орбитальном встряхивании в течение трех дней. Культуры разбавляли до OD600 0,05 в 10 мл среды PETC-MES с 5 мкг/мл кларитромицина во флаконах с сывороткой и выращивали автотрофно при 37°C с 50% СО, 10% N2, 30% СО2, 10% Н2 и 100 об/мин орбитальном встряхивании в течение 20 дней, ежедневно отбирая пробы для измерения биомассы и метаболитов (фиг. 3A и 3B). Продукцию этиленгликоля измеряли с помощью газовой хроматографии масс-спектрометрии (ГХ-МС), а другие метаболиты измеряли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), как описано ниже.Three separate colonies of C. autoethanogenum carrying plasmid pMEG042 were inoculated into 2 ml PETC-MES medium with 5 μg/ml clarithromycin and grown autotrophically at 37°C with 50% CO, 10% N 2 , 30% CO 2 , 10% H 2 and 100 rpm orbital shaking for three days. Cultures were diluted to OD 600 0.05 in 10 ml PETC-MES medium with 5 μg/ml clarithromycin in serum vials and grown autotrophically at 37°C with 50% CO, 10% N 2 , 30% CO 2 , 10% H 2 and 100 rpm orbital shaking for 20 days, sampling daily for biomass and metabolite measurements (FIGS. 3A and 3B). Ethylene glycol production was measured by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) and other metabolites were measured by high performance liquid chromatography (HPLC) as described below.

Концентрации этиленгликоля измеряли с помощью Thermo Scientific ISQ LT GCMS, оборудованного колонкой Agilent VF-WAXms (15 м x 0,25 мкм x 0,25 мкм) и автосамплером RSH. Образцы готовили разбавлением 200 мкл бульона 200 мкл метанола. Образцы встряхивали, затем центрифугировали в течение 3 мин при 14000 об/мин; 200 мкл супернатанта переносили в стеклянный флакон со вставкой. Образцы переносили в автосамплер для анализа, используя инъекцию 1,0 мкл, соотношение разделения 5:1, и температуру на входе 240 °C. Хроматографию выполняли с программой нагрева: 80°C с выдержкой в течение 0,5 мин до поднятия 10°C/мин до 150°C, до поднятия 25°C/мин до 220°C, с конечным выдерживанием в течение 3 мин. Скорость потока в колонке составляла 4,0 мл/мин с выдержкой 0,5 мин, затем снижалась до 1,5 мл/мин со скоростью 100 мл/мин/мин с использованием гелия в качестве газа-носителя. Источник ионов МС поддерживали при 260°C, а переходную линию устанавливали на 240°C. Количественное определение проводили с использованием линейной калибровки внешним стандартом, используяEthylene glycol concentrations were measured using a Thermo Scientific ISQ LT GCMS equipped with an Agilent VF-WAXms (15 m x 0.25 µm x 0.25 µm) column and RSH autosampler. Samples were prepared by diluting 200 µl of broth with 200 µl of methanol. Samples were shaken, then centrifuged for 3 min at 14,000 rpm; 200 µl of the supernatant was transferred into a glass vial with an insert. Samples were transferred to an autosampler for analysis using a 1.0 µL injection, a 5:1 split ratio, and an inlet temperature of 240°C. Chromatography was performed with a heating program: 80°C with a hold of 0.5 min to raise 10°C/min to 150°C, to raise 25°C/min to 220°C, with a final hold of 3 min. The column flow rate was 4.0 ml/min with a hold of 0.5 min, then decreased to 1.5 ml/min at a rate of 100 ml/min/min using helium as the carrier gas. The MS ion source was maintained at 260°C and the transition line was set to 240°C. Quantification was performed using linear calibration with an external standard using

- 20 042922- 20 042922

33,0 m/z в качестве пика количественного определения и 31,0 + 62,0 m/z в качестве подтверждающих пиков.33.0 m/z as quantification peak and 31.0 + 62.0 m/z as confirmation peaks.

Этанол, ацетат, 2,3-бутандиол, глиоксилат, и концентрации гликолята измеряли с помощью ВЭЖХ на Agilent 1260 Infinity LC с определением показателя преломления (RI) при 35°C. Образцы готовили путем нагревания в течение 5 мин при 80°C, за которым следовало 3 мин центрифугирование при 14000 об/мин; супернатант переносили в стеклянный флакон для анализа. Разделение проводили с помощью 10 мкл инъекции в колонку Phenomenex Rezex™ ROA-Органическая кислота Н+ (8%) (300 мм х 7,8 мм х 8 мкм) при 0,7 мл/мин и 35°C в изократических условиях, с использованием подвижной фазы в виде 5 мМ серной кислоты.Ethanol, acetate, 2,3-butanediol, glyoxylate, and glycolate concentrations were measured by HPLC on an Agilent 1260 Infinity LC with refractive index (RI) determination at 35°C. Samples were prepared by heating for 5 min at 80° C. followed by 3 min centrifugation at 14,000 rpm; the supernatant was transferred into a glass vial for analysis. Separations were performed with a 10 µl Phenomenex Rezex™ ROA-Organic Acid H+ (8%) (300 mm x 7.8 mm x 8 µm) column injection at 0.7 ml/min and 35°C under isocratic conditions, s using a mobile phase in the form of 5 mm sulfuric acid.

Через примерно 3 дня автотрофного роста обнаруживали гликолятный прекурсор этиленгликоля, и через 10 дней обнаруживали продукцию этиленгликоля (фиг. 3B).After about 3 days of autotrophic growth, the ethylene glycol glycolate precursor was detected, and ethylene glycol production was detected after 10 days (FIG. 3B).

Пример 2. Конструирование гетерологичного вектора экспрессии, содержащего аланин-глиоксилатаминотрансферазу S. thiotaurini и альдегид-дегидрогеназу Р. fluorescens для получения этиленгликоля из СО и/или СО2 и Н2 в С. autoethanogenum.Example 2 Construction of a heterologous expression vector containing S. thiotaurini alanine glyoxylate aminotransferase and P. fluorescens aldehyde dehydrogenase to produce ethylene glycol from CO and/or CO 2 and H 2 in C. autoethanogenum.

Гены, кодирующие аланин-глиоксилат-аминотрансферазу из S. thiotaurini (pucG; SEQ ID NO: 15-16) и альдегид-дегидрогеназу из P. fluorescens Q8r1-96 (aldA1; SEQ ID NO: 57-58) были кодон-адаптированы и синтезированы для экспрессии в С. autoethanogenum. Кодон-адаптированные гены клонировали в pIPL12 (фиг. 2А), и полученный вектор экспрессии, pMEG058, вводили в С. autoethanogenum, как описано в примере 1; смотрите фиг. 2С.The genes encoding alanine glyoxylate aminotransferase from S. thiotaurini (pucG; SEQ ID NOs: 15-16) and aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens Q8r1-96 (aldA1; SEQ ID NOs: 57-58) were codon-adapted and synthesized for expression in C. autoethanogenum. The codon adapted genes were cloned into pIPL12 (FIG. 2A) and the resulting expression vector, pMEG058, was introduced into C. autoethanogenum as described in Example 1; see fig. 2C.

Таблица 3Table 3

Олигонуклеотиды, использованные для конструирования вектора экспрессии pMEG058Oligonucleotides used to construct the expression vector pMEG058

SEQ ID NO SEQID NO Название Name Последовательность Subsequence 69 69 plPL12-bb-F plPL12-bb-F CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG 70 70 plPL12-bb-R plPL12-bb-R CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C 77 77 PucG_Sthi1-F PucG_Sthi1-F CACACCAGGTCTCACATATGCAATTTAGGCCTTTTAA TCCACCA CACACCAGGTCTCACATATGCAATTTAGGCCTTTTAA TCCACCA 78 78 PucG_Sthi1-R PucG_Sthi1-R CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTAT GCTTGCGCAAGTGCCT CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTAT GCTTGCGCAAGTGCCT 79 79 aldA1_Pfq8-F aldA1_Pfq8-F CACACCAGGTCTCAACACATATGTCTTCAGTGCCTG TATTCCAG CACACCAGGTCTCAACACATATGTCTTCAGTGCCTG TATTCCAG 80 80 aldA1_Pfq8-R aldA1_Pfq8-R CACACCAGGTCTCAGGTTAAGACTGGAGATATACTG CATGAG CACACCAGGTCTCAGGTTAAGACTGGAGATATACTG CATGAG

Две отдельные колонии С. autoethanogenum, несущие плазмиду pMEG058, инокулировали в 2 мл среды PETC-MES с 5 мкг/мл кларитромицина и выращивали автотрофно, как описано в примере 1; смотрите фиг. 4А. Через примерно 3 дня автотрофного роста обнаруживали гликолят, а через 8 дней обнаруживали продукцию этиленгликоля (фиг. 4В).Two separate colonies of C. autoethanogenum carrying plasmid pMEG058 were inoculated into 2 ml PETC-MES medium with 5 μg/ml clarithromycin and grown autotrophically as described in Example 1; see fig. 4A. After about 3 days of autotrophic growth, glycolate was detected, and after 8 days, ethylene glycol production was detected (FIG. 4B).

Пример 3. Конструирование гетерологичного вектора экспрессии, содержащего аланин-глиоксилатаминотрансферазу S. thiotaurini и гликольальдегид-дегидрогеназу G. oxydans для получения этиленгликоля из СО и/или CO2 и Н2 в С. autoethanogenum.Example 3 Construction of a heterologous expression vector containing S. thiotaurini alanine glyoxylate aminotransferase and G. oxydans glycolaldehyde dehydrogenase to produce ethylene glycol from CO and/or CO 2 and H 2 in C. autoethanogenum.

Гены, кодирующие аланин-глиоксилат-аминотрансферазу из S. thiotaurini (pucG; SEQ ID NO: 15-16) и гликольальдегид-дегидрогеназу из G. oxydans (aldA1; SEQ ID NO: 55-56) были кодон-адаптированы и синтезированы для экспрессии в С. autoethanogenum. Кодон-адаптированные гены клонировали в pIPL12 (фиг. 2А), и полученный вектор экспрессии, pMEG059, вводили в С. autoethanogenum, как описано в примере 1; смотрите фиг. 2D.The genes encoding alanine glyoxylate aminotransferase from S. thiotaurini (pucG; SEQ ID NO: 15-16) and glycolaldehyde dehydrogenase from G. oxydans (aldA1; SEQ ID NO: 55-56) were codon-adapted and synthesized for expression in C. autoethanogenum. The codon adapted genes were cloned into pIPL12 (FIG. 2A) and the resulting expression vector, pMEG059, was introduced into C. autoethanogenum as described in Example 1; see fig. 2D.

Таблица 4Table 4

Олигонуклеотиды, использованные для конструирования вектора экспрессии pMEG059Oligonucleotides used to construct the expression vector pMEG059

SEQ ID NO SEQID NO Название Name Последовательность Subsequence 69 69 plPL12-bb-F plPL12-bb-F CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCC TG 70 70 plPL12-bb-R plPL12-bb-R CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGG C 77 77 PucG_Sthi1-F PucG_Sthi1-F CACACCAGGTCTCACATATGCAATTTAGGCCTTTTAA TCCACCA CACACCAGGTCTCACATATGCAATTTAGGCCTTTTAA TCCACCA 78 78 PucG_Sthi1-R PucG_Sthi1-R CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTAT GCTTGCGCAAGTGCCT CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCTTAT GCTTGCGCAAGTGCCT 75 75 aldA1_Go-F aldA1_Go-F CACACCAGGTCTCAACACATATGACTGAAAAAAATA ATTTATTCATAAATGGATC CACACCAGGTCTCAACACATATGACTGAAAAAAAATA ATTTATTCATAAATGGATC 76 76 aldA1_Go-R aldA1_Go-R CACACCAGGTCTCAGGTTATGCATTTAGATATATTGT TTTTGTCTGTACG CACACCAGGTCTCAGGTTATGCATTTAGATATATTGT TTTTGTCTGTACG

Две отдельные колонии С. autoethanogenum, несущие плазмиду pMEG059, инокулировали в 2 мл среды PETC-MES с 5 мкг/мл кларитромицина и выращивали автотрофно, как описано в примере 1; смотрите фиг. 5А. Через примерно 3 дня автотрофного роста обнаруживали гликолят, а через 10 дней обнаруживали продукцию этиленгликоля (фиг. 5В).Two separate colonies of C. autoethanogenum carrying plasmid pMEG059 were inoculated into 2 ml PETC-MES medium with 5 μg/ml clarithromycin and grown autotrophically as described in Example 1; see fig. 5A. After about 3 days of autotrophic growth, glycolate was detected, and after 10 days, ethylene glycol production was detected (FIG. 5B).

Пример 4. Конструирование гетерологичного вектора экспрессии, содержащего аланин-глиоксилатаминотрансферазу и альдегид-дегидрогеназу для получения этиленгликоля из СО и/или СО2 и Н2 в С. autoethanogenum.Example 4 Construction of a heterologous expression vector containing alanine glyoxylate aminotransferase and aldehyde dehydrogenase to produce ethylene glycol from CO and/or CO 2 and H 2 in C. autoethanogenum.

Гены, кодирующие аминотрансферазу класса V из С. acidurici (SgA; SEQ ID NO: 19, 20) и альдегиддегидрогеназу из Р. fluorescens Q8r1-96 (aldA1; SEQ ID NO: 57-58) были кодон-адаптированы и синтезированы для экспрессии в С. autoethanogenum. Кодон-адаптированные гены клонировали в pIPL12 (фиг. 2А), и полученный вектор экспрессии, pMEG061, вводили в С. autoethanogenum, как описано вThe genes encoding class V aminotransferase from C. acidurici (SgA; SEQ ID NO: 19, 20) and aldehyde dehydrogenase from P. fluorescens Q8r1-96 (aldA1; SEQ ID NO: 57-58) were codon-adapted and synthesized for expression in C. autoethanogenum. The codon-adapted genes were cloned into pIPL12 (Fig. 2A) and the resulting expression vector, pMEG061, was introduced into C. autoethanogenum as described in

- 21 042922 примере 1; смотрите фиг. 2Е.- 21 042922 example 1; see fig. 2E.

Таблица 5Table 5

Олигонуклеотиды, использованные для конструирования вектора экспрессии pMEG061Oligonucleotides used to construct the expression vector pMEG061

SEQ ID NO SEQID NO Название Name Последовательность Subsequence 69 69 plPL12-bb-F plPL12-bb-F CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCCT G CACACCAGGTCTCAAACCATGGAGATCTCGAGGCCT G 70 70 plPL12-bb-R plPL12-bb-R CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGGC CACACCAGGTCTCACATATGATAAGAAGACTCTTGGC 81 81 SgaA_Caci1-F SgaA_Caci1-F CACACCAGGTCTCACATATGAGAACTCCATTTATTAT GAC CACACCAGGTCTCACATATGAGAACTCCATTTATTAT GAC 82 82 SgaA_Caci1-R SgaA_Caci1-R CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCCTAA TCTACAAAGTGCTTG CACACCAGGTCTCAGTGTTCCTCCTATGTGTTCCTAA TCTACAAAGTGCTTG 79 79 aldA1_Pfq8-F aldA1_Pfq8-F CACACCAGGTCTCAACACATATGTCTTCAGTGCCTGT ATTCCAG CACACCAGGTCTCAACACATATGTCTTCAGTGCCTGT ATTCCAG 80 80 aldA1_Pfq8-R aldA1_Pfq8-R CACACCAGGTCTCAGGTTAAGACTGGAGATATACTGC ATGAG CACACCAGGTCTCAGGTTAAGACTGGAGATATACTGC ATGAG

Три отдельные колонии С. autoethanogenum, несущие плазмиду pMEG061, инокулировали в 2 мл среды PETC-MES с 5 мкг/мл кларитромицина и выращивали автотрофно, как описано в примере 1; смотрите фиг. 6А. Через примерно 3 дня автотрофного роста обнаруживали гликолят, а через 16 дней обнаруживали продукцию этиленгликоля (фиг. 6В).Three separate colonies of C. autoethanogenum carrying plasmid pMEG061 were inoculated into 2 ml PETC-MES medium with 5 μg/ml clarithromycin and grown autotrophically as described in Example 1; see fig. 6A. After about 3 days of autotrophic growth, glycolate was detected, and after 16 days, ethylene glycol production was detected (FIG. 6B).

Пример 5. Моделирование максимальных выходов различных путей для этиленгликоля.Example 5 Simulation of Maximum Yields of Various Pathways for Ethylene Glycol.

Для предсказания максимальных выходов различных путей для этиленгликоля использовали модель метаболизма Clostridium autoethanogenum в геномном масштабе, подобную модели, описанной в Marcellin, Green Chem, 18: 3020-3028, 2016. Для этого к структуре модели Clostridium autoethanogenum дикого типа добавили гетерологичные метаболические реакции, представляющие включение пути продукции ненативного соединения. Хотя модель, использованная для экспериментальной работы, описанной в данном документе, основана на Clostridium autoethanogenum, можно ожидать, что полученные результаты будут применимы и к другим микроорганизмам Вуда-Льюнгдаля, учитывая сходство их метаболизма.To predict the maximum yields of different pathways for ethylene glycol, a genome-scale model of Clostridium autoethanogenum metabolism, similar to that described in Marcellin, Green Chem, 18: 3020-3028, 2016, was used. including the production path of a non-native connection. Although the model used for the experimental work described in this document is based on Clostridium autoethanogenum, it can be expected that the results obtained will be applicable to other Wood-Ljungdahl microorganisms, given the similarity of their metabolism.

Продуцирование этиленгликоля моделировали с использованием методов вычислительного моделирования на основе ограничений анализа баланса потоков (FBA) и линейной минимизации метаболической корректировки (LMOMA) (Maia, Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference Companion on - GECCO '17, New York, New York, ACM Press, 1661-1668, 2017) с использованием cobrapy версии 0.8.2 (Ebrahim., COBRApy: COnstraints-Based Reconstruction and Analysis for Python, BMC Syst Biol, 7: 74, 2013), optlang версии 1.2.3 (Jensen, Optlang: An Algebraic Modeling Language for Mathematical Optimization, The Journal of Open Source Software, 2, doi:10.21105/joss.00139, 2017) в качестве интерфейса поиска решений и Gurobi Optimizer версии 7.0.2 в качестве средства поиска решений оптимизации.Ethylene glycol production was modeled using flow balance analysis (FBA) constraint and linear minimization of metabolic adjustment (LMOMA) computational modeling techniques (Maia, Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference Companion on - GECCO '17, New York, New York, ACM Press, 1661-1668, 2017) using cobrapy version 0.8.2 (Ebrahim., COBRApy: COnstraints-Based Reconstruction and Analysis for Python, BMC Syst Biol, 7: 74, 2013), optlang version 1.2.3 (Jensen, Optlang : An Algebraic Modeling Language for Mathematical Optimization, The Journal of Open Source Software, 2, doi:10.21105/joss.00139, 2017) as the solution search interface and Gurobi Optimizer version 7.0.2 as the optimization solution search tool.

Моделирование показало прогнозируемый выход 0,37 моль этиленгликоля/моль СО по путям, описанным в данном документе в примерах 1-4. Это более чем вдвое превышает прогнозируемый выход от гипотетических путей, описанных в Islam et al. Metab Eng, 41: 173-181, 2017, которые требуют глюконеогенеза; было установлено, что самые высокие предсказанные выходы составляют примерно 0,44 г этиленгликоля/г СО, что соответствует примерно 0,18 моль этиленгликоля/моль СО.The simulation showed a predicted yield of 0.37 mol ethylene glycol/mol CO for the routes described herein in examples 1-4. This is more than double the predicted yield from the hypothetical pathways described in Islam et al. Metab Eng, 41: 173-181, 2017 that require gluconeogenesis; the highest predicted yields were found to be about 0.44 g ethylene glycol/g CO, corresponding to about 0.18 mol ethylene glycol/mol CO.

Все ссылки, в том числе публикации, патентные заявки и патенты, приведенные в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и конкретно указана для включения посредством ссылки и изложена в данном документе в полном объеме. В данном описании ссылка на любой известный уровень техники не является и не должна рассматриваться как признание того, что такой известный уровень техники является частью общедоступных известных знаний в области деятельности в любой стране.All references, including publications, patent applications, and patents, cited herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each reference were individually and specifically indicated to be incorporated by reference and are set forth herein in their entirety. volume. In this specification, reference to any prior art is not, and should not be construed as an admission that such prior art is part of the public knowledge of the art in any country.

Следует считать, что применение терминов в единственном числе и аналогичных ссылок в контексте описания данного изобретения (особенно в контексте приведенной ниже формулы изобретения) охватывает как единственное, так и множественное число, если только в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту. Термины содержащий, имеющий, включающий и охватывающий следует рассматривать как неограничивающие термины (т.е. означающие включая, но не ограничиваясь лишь этими), если не указано иное. Термин по существу состоящий из ограничивает объем композиции, процесса или способа указанными материалами или стадиями, или тем, что не оказывает существенного влияния на основные и новые характеристики композиции, процесса или способа. Использование альтернативы (например, или) следует понимать как означающее одну, обе, или любую из вышеуказанных комбинацию альтернатив. Как применяется в данном документе, термин около означает ± 20% указанного диапазона, значения или структуры, если не указано иное.The use of terms in the singular and similar references in the context of the description of this invention (especially in the context of the claims below) should be considered to cover both the singular and the plural, unless otherwise specified in this document or otherwise clearly contradicts the context. The terms containing, having, including, and covering are to be considered as non-limiting terms (i.e., meaning including, but not limited to) unless otherwise noted. The term essentially consisting of limits the scope of the composition, process or method to the specified materials or steps, or to that which does not significantly affect the essential and new characteristics of the composition, process or method. The use of an alternative (eg, or) should be understood to mean one, both, or any combination of the above alternatives. As used herein, the term about means ±20% of the specified range, value, or structure, unless otherwise noted.

Перечисление в данном документе диапазонов значений просто предназначено для того, чтобы служить сокращенным способом ссылки по отдельности на каждое отдельное значение, попадающее в указанный диапазон, если в данном документе не указано иное, при этом каждое отдельное значение включено в данное описание, как если бы оно было отдельно приведено в данном документе. Например, любой диапазон концентраций, диапазон процентов, диапазон соотношений, диапазон целых чисел, диапазон размеров или диапазон толщины следует понимать как включающий значение любого целого числа в указанном диапазоне и, если это уместно, его долей (например, одной десятой и одной сотой целого числа), если не указано иное.The listing in this document of ranges of values is merely intended to serve as a shorthand way of referring individually to each individual value falling within the specified range, unless otherwise noted in this document, with each individual value included in this description as if it were has been provided separately in this document. For example, any concentration range, percentage range, ratio range, integer range, size range, or thickness range should be understood to include the value of any integer within the specified range and, if appropriate, its fractions (e.g., one tenth and one hundredth of an integer ), unless otherwise specified.

Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядAll methods described in this document may be performed in any suitable order.

- 22 042922 ке, если в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту. Использование любых и всех примеров, или вводных слов (например, такой как), приведенных в данном документе, предназначено просто для лучшего освещения данного изобретения и не налагает ограничения на объем изобретения, если не заявлено иное. Ни одно выражение, приведенное в данном описании, не следует понимать как указание на какой-либо незаявленный элемент как необходимый для практического осуществления данного изобретения.- 22 042922 ke, unless otherwise indicated in this document or otherwise clearly does not contradict the context. The use of any and all examples or introductory words (eg, such as) provided herein is merely intended to better illuminate the present invention and is not intended to limit the scope of the invention unless otherwise stated. None of the expressions given in this description, should not be understood as an indication of any unclaimed element as necessary for the practical implementation of this invention.

В данном документе описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения. Вариации этих предпочтительных вариантов осуществления станут очевидными для специалистов в данной области при прочтении представленного выше описания. Авторы изобретения ожидают, что квалифицированные специалисты будут использовать такие вариации при необходимости, и авторы изобретения предполагают, что данное изобретение будет осуществляться на практике иначе, чем конкретно описано в данном документе. Соответственно, данное изобретение включает в себя все модификации и эквиваленты объекта изобретения, приведенные в прилагаемой формуле изобретения, как это установлено действующим законодательством. Кроме того, любая комбинация описанных выше элементов во всех возможных их вариациях охватывается данным изобретением до тех пор, пока в данном документе не указано иное, или иное явно не противоречит контексту.This document describes the preferred embodiments of the present invention. Variations of these preferred embodiments will become apparent to those skilled in the art upon reading the above description. The inventors expect those skilled in the art to make use of such variations as needed, and the inventors expect the invention to be practiced otherwise than specifically described herein. Accordingly, this invention includes all modifications and equivalents of the subject matter set forth in the appended claims, as provided by applicable law. In addition, any combination of the elements described above in all their possible variations is covered by this invention as long as this document does not indicate otherwise, or otherwise clearly contradicts the context.

Claims (15)

1. Генетически сконструированный микроорганизм, способный продуцировать этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля из газообразного субстрата, причем генетически сконструированный микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum, трансформированный одним из следующих векторов:1. A genetically engineered microorganism capable of producing ethylene glycol or an ethylene glycol precursor from a gaseous substrate, wherein the genetically engineered microorganism is Clostridium autoethanogenum transformed with one of the following vectors: (i) вектор экспрессии, содержащий гены гетерологичных цитрат-синтазы, изоцитрат-лиазы и гликольальдегид-дегидрогеназы;(i) an expression vector containing genes for heterologous citrate synthase, isocitrate lyase, and glycolaldehyde dehydrogenase; (ii) вектор экспрессии, содержащий гены гетерологичных аланин-глиоксилат-аминотрансферазы и альдегид-дегидрогеназы; и (iii) вектор экспрессии, содержащий гены гетерологичных аланин-глиоксилат-аминотрансферазы и гликольальдегид-дегидрогеназы.(ii) an expression vector containing heterologous alanine-glyoxylate aminotransferase and aldehyde dehydrogenase genes; and (iii) an expression vector containing heterologous alanine-glyoxylate aminotransferase and glycolaldehyde dehydrogenase genes. 2. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что указанный микроорганизм продуцирует этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля через одно или большее количество промежуточных соединений, выбранных из группы, состоящей из 5,10-метилентетрагидрофолата, оксалоацетата, цитрата, малата и глицина.2. A microorganism according to claim 1, characterized in that said microorganism produces ethylene glycol or an ethylene glycol precursor via one or more intermediates selected from the group consisting of 5,10-methylenetetrahydrofolate, oxaloacetate, citrate, malate and glycine. 3. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что указанный микроорганизм содержит один или большее количество из:3. Microorganism according to claim 1, characterized in that said microorganism contains one or more of: a) гетерологичного фермента, способного превращать оксалоацетат в цитрат;a) a heterologous enzyme capable of converting oxaloacetate to citrate; b) гетерологичного фермента, способного превращать глицин в глиоксилат;b) a heterologous enzyme capable of converting glycine to glyoxylate; c) гетерологичного фермента, способного превращать изоцитрат в глиоксилат; иc) a heterologous enzyme capable of converting isocitrate to glyoxylate; And d) гетерологичного фермента, способного превращать гликолят в гликоальдегид.d) a heterologous enzyme capable of converting glycolate to glycoaldehyde. 4. Микроорганизм по п.3, отличающийся тем, что:4. The microorganism according to claim 3, characterized in that: a) гетерологичный фермент, способный превращать оксалоацетат в цитрат, представляет собой цитрат [Si]-синтазу [2.3.3.1], АТФ-цитрат-синтазу [2.3.3.8] или цитрат (Re)-синтазу [2.3.3.3];a) a heterologous enzyme capable of converting oxaloacetate to citrate is citrate [Si]-synthase [2.3.3.1], ATP-citrate synthase [2.3.3.8] or citrate (Re)-synthase [2.3.3.3]; b) гетерологичный фермент, способный превращать глицин в глиоксилат, представляет собой аланин-глиоксилат-трансаминазу [2.6.1.44], серин-глиоксилат-трансаминазу [2.6.1.45], серин-пируваттрансаминазу [2.6.1.51], глицин-оксалоацетат-трансаминазу [2.6.1.35], глицин-трансаминазу [2.6.1.4], глицин-дегидрогеназу [1.4.1.10], аланин-дегидрогеназу [1.4.1.1] или глицин-дегидрогеназу [1.4.2.1];b) a heterologous enzyme capable of converting glycine to glyoxylate is alanine glyoxylate transaminase [2.6.1.44], serine glyoxylate transaminase [2.6.1.45], serine pyruvate transaminase [2.6.1.51], glycine oxaloacetate transaminase [ 2.6.1.35], glycine transaminase [2.6.1.4], glycine dehydrogenase [1.4.1.10], alanine dehydrogenase [1.4.1.1] or glycine dehydrogenase [1.4.2.1]; c) гетерологичный фермент, способный превращать изоцитрат в глиоксилат, представляет собой изоцитрат-лиазу [4.1.3.1] и/илиc) the heterologous enzyme capable of converting isocitrate to glyoxylate is isocitrate lyase [4.1.3.1] and/or d) гетерологичный фермент, способный превращать гликолят в гликоальдегид, представляет собой гликольальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.21], лактальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.22], сукцинатполуальдегид-дегидрогеназу [1.2.1.24], 2,5-диоксовалерат-дегидрогеназу [1.2.1.26], альдегиддегидрогеназу [1.2.1.3/4/5], бетаин-альдегид-дегидрогеназу [1.2.1.8] или альдегид-ферредоксиноксидоредуктазу [1.2.7.5].d) a heterologous enzyme capable of converting glycolate to glycoaldehyde is glycolaldehyde dehydrogenase [1.2.1.21], lactaldehyde dehydrogenase [1.2.1.22], succinate semialdehyde dehydrogenase [1.2.1.24], 2,5-dioxovalerate dehydrogenase [1.2. 1.26], aldehyde dehydrogenase [1.2.1.3/4/5], betaine aldehyde dehydrogenase [1.2.1.8], or aldehyde ferredoxin oxidoreductase [1.2.7.5]. 5. Микроорганизм по п.3, отличающийся тем, что один или большее количество гетерологичных ферментов являются кодон-оптимизированными для экспрессии в микроорганизме.5. The microorganism according to claim 3, characterized in that one or more of the heterologous enzymes are codon-optimized for expression in the microorganism. 6. Микроорганизм по п.3, отличающийся тем, что указанный микроорганизм дополнительно содержит один или большее количество из фермента, способного превращать ацетил-КоА в пируват; фермента, способного превращать пируват в оксалоацетат; фермента, способного превращать пируват в малат; фермента, способного превращать пируват в фосфенолпируват; фермента, способного превращать оксалоацетат в цитрил-КоА; фермента, способного превращать цитрил-КоА в цитрат; фермента, способного превращать цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат; фермента, способного превращать фосфоенолпируват в оксалоацетат; фермента, способного превращать фосфоенолпируват в 2-фосфо-D-глицерат; фер6. The microorganism according to claim 3, characterized in that said microorganism additionally contains one or more of an enzyme capable of converting acetyl-CoA to pyruvate; an enzyme capable of converting pyruvate to oxaloacetate; an enzyme capable of converting pyruvate to malate; an enzyme capable of converting pyruvate to phosphenolpyruvate; an enzyme capable of converting oxaloacetate to citryl-CoA; an enzyme capable of converting citryl-CoA to citrate; an enzyme capable of converting citrate to aconitate and aconitate to isocitrate; an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to oxaloacetate; an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to 2-phospho-D-glycerate; fer - 23 042922 мента, способного превращать 2-фосфо^-глицерат в 3-фосфо^-глицерат; фермента, способного превращать 3-фосфо^-глицерат в 3-фосфонооксипируват; фермента, способного превращать 3-фосфонооксипируват в 3-фосфо-L-серин; фермента, способного превращать 3-фосфо-Ь-серин в серин; фермента, способного превращать серин в глицин; фермента, способного превращать 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин; фермента, способного превращать серин в гидроксипируват; фермента, способного превращать D-глицерат в гидроксипируват; фермента, способного превращать малат в глиоксилат; фермента, способного превращать глиоксилат в гликолят; фермента, способного превращать гидроксипируват в гликоальдегид; и фермента, способного превращать гликоальдегид в этиленгликоль.- 23 042922 menta capable of converting 2-phospho^-glycerate to 3-phospho^-glycerate; an enzyme capable of converting 3-phospho^-glycerate to 3-phosphonooxypyruvate; an enzyme capable of converting 3-phosphonooxypyruvate to 3-phospho-L-serine; an enzyme capable of converting 3-phospho-L-serine to serine; an enzyme capable of converting serine to glycine; an enzyme capable of converting 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine; an enzyme capable of converting serine to hydroxypyruvate; an enzyme capable of converting D-glycerate to hydroxypyruvate; an enzyme capable of converting malate to glyoxylate; an enzyme capable of converting glyoxylate to glycolate; an enzyme capable of converting hydroxypyruvate to glycoaldehyde; and an enzyme capable of converting glycoaldehyde to ethylene glycol. 7. Микроорганизм по п.3, отличающийся тем, что указанный микроорганизм сверхэкспрессирует:7. The microorganism according to claim 3, characterized in that said microorganism overexpresses: a) гетерологичный фермент, способный превращать оксалоацетат в цитрат;a) a heterologous enzyme capable of converting oxaloacetate to citrate; b) гетерологичный фермент, способный превращать глицин в глиоксилат; и/илиb) a heterologous enzyme capable of converting glycine to glyoxylate; and/or c) гетерологичный фермент, способный превращать гликолят в гликоальдегид.c) a heterologous enzyme capable of converting glycolate to glycoaldehyde. 8. Микроорганизм по п.6, отличающийся тем, что указанный микроорганизм сверхэкспрессирует:8. The microorganism according to claim 6, characterized in that said microorganism overexpresses: a) фермент, способный превращать пируват в оксалоацетат;a) an enzyme capable of converting pyruvate to oxaloacetate; b) фермент, способный превращать цитрат в аконитат и аконитат в изоцитрат;b) an enzyme capable of converting citrate to aconitate and aconitate to isocitrate; c) фермент, способный превращать фосфоенолпируват в оксалоацетат;c) an enzyme capable of converting phosphoenolpyruvate to oxaloacetate; d) фермент, способный превращать серин в глицин;d) an enzyme capable of converting serine to glycine; e) фермент, способный превращать 5,10-метилентетрагидрофолат в глицин;e) an enzyme capable of converting 5,10-methylenetetrahydrofolate to glycine; f) фермент, способный превращать глиоксилат в гликолят; и/илиf) an enzyme capable of converting glyoxylate to glycolate; and/or g) фермент, способный превращать гликоальдегид в этиленгликоль.g) an enzyme capable of converting glycoaldehyde to ethylene glycol. 9. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что указанный микроорганизм содержит нарушающую мутацию в одном или большем количестве из изоцитрат-дегидрогеназы, глицерат-дегидрогеназы, гликолят-дегидрогеназы, альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы и альдегид-дегидрогеназы.9. A microorganism according to claim 1, characterized in that said microorganism contains a disruptive mutation in one or more of isocitrate dehydrogenase, glycerate dehydrogenase, glycolate dehydrogenase, aldehyde ferredoxin oxidoreductase and aldehyde dehydrogenase. 10. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что прекурсор этиленгликоля представляет собой глиоксилат или гликолят.10. Microorganism according to claim 1, characterized in that the ethylene glycol precursor is glyoxylate or glycolate. 11. Способ получения этиленгликоля или прекурсора этиленгликоля, включающий в себя культивирование микроорганизма по п.1 в питательной среде, в присутствии газообразного субстрата, в результате чего микроорганизм продуцирует этиленгликоль или прекурсор этиленгликоля.11. A method for producing ethylene glycol or an ethylene glycol precursor, which includes cultivating the microorganism according to claim 1 in a nutrient medium, in the presence of a gaseous substrate, as a result of which the microorganism produces ethylene glycol or an ethylene glycol precursor. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что газообразный субстрат содержит один или более из СО и CO2, а также Н2.12. The method according to claim 11, characterized in that the gaseous substrate contains one or more of CO and CO 2 and H 2 . 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что прекурсор этиленгликоля представляет собой глиоксилат или гликолят.13. The method of claim 11, wherein the ethylene glycol precursor is glyoxylate or glycolate. 14. Способ по п.11, дополнительно включающий в себя отделение этиленгликоля или прекурсора этиленгликоля от питательной среды.14. The method of claim 11 further comprising separating the ethylene glycol or ethylene glycol precursor from the growth medium. 15. Способ по п.11, отличающийся тем, что указанный микроорганизм дополнительно продуцирует одно или большее количество из этанола, 2,3-бутандиола и сукцината.15. The method according to claim 11, characterized in that said microorganism additionally produces one or more of ethanol, 2,3-butanediol and succinate.
EA202091457 2017-12-19 2018-12-19 MICROORGANISMS AND METHODS FOR THE BIOLOGICAL PRODUCTION OF ETHYLENE GLYCOL EA042922B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/607,446 2017-12-19
US62/683,454 2018-06-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA042922B1 true EA042922B1 (en) 2023-04-05

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11555209B2 (en) Microorganisms and methods for the biological production of ethylene glycol
AU2016339989B2 (en) Genetically engineered bacterium comprising energy-generating fermentation pathway
KR20200050470A (en) Gene knockout from Wood-Lundal microorganisms
TWI824995B (en) Arginine supplementation to improve efficiency in gas fermenting acetogens
US20210292732A1 (en) Fermentative production of 2-phenylethanol from gaseous substrates
EA042922B1 (en) MICROORGANISMS AND METHODS FOR THE BIOLOGICAL PRODUCTION OF ETHYLENE GLYCOL
US11952607B2 (en) Microorganisms and methods for improved biological production of ethylene glycol
AU2021284451B2 (en) Microorganism with knock-in at acetolactate decarboxylase gene locus
EP3397769A1 (en) Microorganism with modified hydrogenase activity
CN117693588A (en) Microorganisms and methods for improving the biological production of ethylene glycol
JP2014161252A (en) Recombinant cells