EA044562B1 - OBTAINING POLYHYDROXYBUTYRATE IN THE WOOD-LJUNGDAHL MICROORGANISM - Google Patents

OBTAINING POLYHYDROXYBUTYRATE IN THE WOOD-LJUNGDAHL MICROORGANISM Download PDF

Info

Publication number
EA044562B1
EA044562B1 EA202090887 EA044562B1 EA 044562 B1 EA044562 B1 EA 044562B1 EA 202090887 EA202090887 EA 202090887 EA 044562 B1 EA044562 B1 EA 044562B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
microorganism
coa
pseudomonas
clostridium
rnv
Prior art date
Application number
EA202090887
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Райан Кристофер Тэппел
Джеймс Брюс Ярнтон Хэйкок Берендорфф
Михель Кёпке
Эстебан Марселлин
Ренато де Соуза Пинту Лемгрубер
Каспар Вальгепея
Ларс Нильсен
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 EA044562B1 publication Critical patent/EA044562B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application

В данной заявке испрашивается приоритет по заявке на патент США 62/568127, поданной 4 октябряThis application claims priority to US patent application 62/568127, filed October 4

2017 г., которая включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки.2017, which is incorporated herein by reference in its entirety.

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Данное изобретение относится к генетически модифицированным микроорганизмам и способам получения полигидроксибутирата (РНВ) посредством микробиологической ферментации, в частности, посредством микробиологической ферментации газообразного субстрата.This invention relates to genetically modified microorganisms and methods for producing polyhydroxybutyrate (PHB) through microbiological fermentation, in particular through microbiological fermentation of a gaseous substrate.

Уровень техникиState of the art

Полимерные материалы, получаемые из нефти, стали жизненно необходимыми в современной жизни, преимущественно благодаря их легкости, прочности, долговечности и устойчивости к разложению. Однако, зависимость от полимерных материалов, получаемых из нефти, привела к множеству серьезных проблем, включая истощение запасов сырой нефти, загрязнение и накопление на свалках. Для уменьшения воздействия полимерных материалов на окружающую среду предпринимаются усилия по замене обычных полимерных материалов, получаемых из нефти, на биополимеры, например, полилактид, полисахариды, алифатические полиэфиры и полигидроксиалканоаты, которые имеют физико-химические свойства, аналогичные свойствам обычных пластмасс (Anjum, Int J Biol Macromol, 89: 161-174, 2016). Однако, микроорганизмы и способы получения таких биополимеров, практически, все еще не разработаны.Polymeric materials derived from petroleum have become vital to modern life, mainly due to their lightness, strength, durability and resistance to degradation. However, dependence on petroleum-derived polymer materials has led to many serious problems, including crude oil depletion, pollution and landfill accumulation. To reduce the environmental impact of polymeric materials, efforts are being made to replace conventional petroleum-derived polymeric materials with biopolymers, such as polylactide, polysaccharides, aliphatic polyesters and polyhydroxyalkanoates, which have physicochemical properties similar to those of conventional plastics (Anjum, Int J Biol Macromol, 89: 161-174, 2016). However, microorganisms and methods for producing such biopolymers are practically still not developed.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В данном изобретении предлагается генетически модифицированный микроорганизм, способный продуцировать РНВ. В частности, в данном изобретении предлагается не встречающийся в природе микроорганизм Вуда-Льюнгдаля, содержащий (а) фермент, который преобразует ацетил-КоА в ацетоацетилКоА, (b) фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА, и (с) фермент, который преобразует 3-гидроксибутирил-КоА в РНВ.This invention provides a genetically modified microorganism capable of producing RNV. In particular, the present invention provides a non-naturally occurring Wood-Ljungdahl microorganism comprising (a) an enzyme that converts acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA, (b) an enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA, and (c ) an enzyme that converts 3-hydroxybutyryl-CoA to RHB.

В одном варианте осуществления изобретения фермент, который преобразует ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА, представляет собой ацетил-КоА-С-ацетилтрансферазу (ЕС 2.3.1.9). Например, ацетил-КоАС-ацетилтрансфераза может быть получена изIn one embodiment of the invention, the enzyme that converts acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA is acetyl-CoA-C acetyltransferase (EC 2.3.1.9). For example, acetyl-CoAS acetyltransferase can be obtained from

Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudom onas oleovorans, Pseudomonas putida or Streptomyces coelicolor.

В одном варианте осуществления изобретения фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3гидроксибутирил-КоА, представляет собой ацетоацетил-КоА-редуктазу (ЕС 1.1.1.36) или 3гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназу (ЕС 1.1.1.157). Например, ацетоацетил-КоА-редуктаза может быть получена изIn one embodiment of the invention, the enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3hydroxybutyryl-CoA is acetoacetyl-CoA reductase (EC 1.1.1.36) or 3hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.157). For example, acetoacetyl-CoA reductase can be obtained from

Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida or Stre ptomyces coelicolor.

В другом примере 3-гидроксибутирил-СоА-дегидрогеназа может быть получена из Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum или Clostridium kluyveri.In another example, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase can be obtained from Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum or Clostridium kluyveri.

В одном варианте осуществления изобретения фермент, который преобразует 3-гидроксибутирилКоА в полигидроксибутират, представляет собой полигидроксиалканоат-синтазу (ЕС 2.3.1.-). Например, полигидроксиалканоат-синтаза может быть получена изIn one embodiment of the invention, the enzyme that converts 3-hydroxybutyrylCoA to polyhydroxybutyrate is polyhydroxyalkanoate synthase (EC 2.3.1.-). For example, polyhydroxyalkanoate synthase can be obtained from

Aeromonas caviae, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida, Pseudomonas sp. 61-3, Rhodospirillum rubrum или Streptomyces coelicolor.Aeromonas caviae, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida, Pseudom onas sp. 61-3, Rhodospirillum rubrum or Streptomyces coelicolor.

- 1 044562- 1 044562

В одном варианте осуществления изобретения микроорганизм является представителем рода, выбранного из группы, состоящей из: Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium,In one embodiment of the invention, the microorganism is a member of a genus selected from the group consisting of: Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium,

Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa и Thermoanaerobacter. Например, микроорганизм может быть получен из родительского микроорганизма, выбранного из группы, состоящей из:Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa and Thermoanaerobacter. For example, the microorganism may be 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 Ijungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides и Thermoanaerobacter kiuvi.Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clo stridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica , Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides and Thermoanaerobacter kiuvi.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм получен из родительской бактерии, выбранной из группы, состоящей из: Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii и Clostridium ragsdalei.In a preferred embodiment of the invention, the microorganism is derived from a parent bacterium selected from the group consisting of: Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii and Clostridium ragsdalei.

В одном варианте осуществления изобретения микроорганизм потребляет газообразные субстраты, содержащие один или большее количество из: СО, CO2 и Н2. В другом варианте осуществления изобретения микроорганизм является анаэробным. В еще одном варианте осуществления изобретения микроорганизм не способен разлагать РНВ.In one embodiment of the invention, the microorganism consumes gaseous substrates containing one or more of: CO, CO 2 and H 2 . In another embodiment of the invention, the microorganism is anaerobic. In yet another embodiment of the invention, the microorganism is not capable of degrading RNV.

В данном изобретении также предлагается способ получения РНВ, включающий в себя культивирование микроорганизма по изобретению в присутствии газообразного субстрата. Например, газообразный субстрат может содержать один или большее количество из: СО, СО2 и Н2. В одном варианте осуществления изобретения культивирование проводят в анаэробных условиях. В другом варианте осуществления изобретения культивирование проводят в отсутствие углеводных субстратов. В еще одном варианте осуществления изобретения культивирование проводят в отсутствие света.This invention also provides a method for producing RNV, which includes cultivating a microorganism according to the invention in the presence of a gaseous substrate. For example, the gaseous substrate may contain one or more of: CO, CO 2 and H 2 . In one embodiment of the invention, cultivation is carried out under anaerobic conditions. In another embodiment of the invention, cultivation is carried out in the absence of carbohydrate substrates. In yet another embodiment of the invention, cultivation is carried out in the absence of light.

Эти и другие особенности 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 become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying claims. It should be noted that the scope of the claims is determined by the statements therein and not by specific consideration of the features and advantages set forth herein.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На фиг. 1 проиллюстрирована диаграмма, на которой изображен ферментативный путь получения полигидроксибутирата (РНВ).In fig. 1 illustrates a diagram depicting the enzymatic pathway for the production of polyhydroxybutyrate (PHB).

На фиг. 2 проиллюстрирована карта плазмиды pPHB_01.In fig. Figure 2 illustrates a map of plasmid pPHB_01.

На фиг. 3 проиллюстрирован график, на котором изображено продуцирование РНВ в С. autoethanogenum, несущем плазмиду путем биосинтеза РНВ (pPHB_01) либо пустую плазмиду (pMTL83157) в качестве отрицательного контроля. Бактерии вырастили анаэробно в бутылках с повышенным давлением, в которых источником углерода являлись только СО и СО2. Выход РНВ (выраженный в мас.% сухой клеточной массы (СКМ)) определили методом ВЭЖХ. Значения представляют собой средние значения биологических триплетов плюс или минус стандартные отклонения относительно этих средних значений. РНВ не был обнаружен в образцах, содержащих плазмиду pMTL83157 (пустую).In fig. 3 is a graph depicting the production of RNV in C. autoethanogenum carrying the RNV biosynthesis plasmid (pPHB_01) or an empty plasmid (pMTL83157) as a negative control. The bacteria were grown anaerobically in pressurized bottles in which the carbon source was only CO and CO 2 . The yield of RNF (expressed as wt.% dry cell mass (DMC)) was determined by HPLC. Values represent the means of biological triplets plus or minus standard deviations around these means. RNV was not detected in samples containing plasmid pMTL83157 (empty).

На фиг. 4A-4D проиллюстрированы графики, на которых изображен рост С. autoethanogenum при различных условиях роста. Бактерии содержали пустую плазмиду (pMTL83157) либо плазмиду, содержащую путь синтеза РНВ (pPHB_01). На каждом графике проиллюстрирован различный набор условий. На фиг. 4А (условие 1) проиллюстрировано повторение условий, применяемых для получения данных, наблюдаемых на фиг. 3, с использованием газовой смеси, содержащей 50/18/3/29 CO/CO2/H2/N2 в качестве единственного источника углерода. На фиг. 4В (условие 2) проиллюстрированы идентичные условию 1 условия, но с новым газовым субстратом (50/30/10/10 CO/CO2/H2/N2). На фиг. 4С (условие 3) проиллюстрированы идентичные условию 2 условия, но с продленным временем инкубации. На фиг. 4D (условие 4) проиллюстрированы идентичные условию 3 условия, но с периодическим обновлением газового субстрата. Значения представляют собой средние значения биологических триплетов плюс или минус стандартные отклонения относительно этих средних значений.In fig. 4A-4D illustrate graphs depicting the growth of C. autoethanogenum under various growth conditions. The bacteria contained an empty plasmid (pMTL83157) or a plasmid containing the RNV synthesis pathway (pPHB_01). Each graph illustrates a different set of conditions. In fig. 4A (Condition 1) illustrates a repetition of the conditions used to obtain the data observed in FIG. 3, using a gas mixture containing 50/18/3/29 CO/CO 2 /H 2 /N 2 as the sole carbon source. In fig. 4B (condition 2) illustrates conditions identical to condition 1, but with a new gas substrate (50/30/10/10 CO/CO 2 /H 2 /N 2 ). In fig. 4C (condition 3) illustrates conditions identical to condition 2, but with extended incubation time. In fig. 4D (condition 4) illustrates conditions identical to condition 3, but with periodic renewal of the gas substrate. Values represent the means of biological triplets plus or minus standard deviations around these means.

На фиг. 5 проиллюстрирован график, на котором изображено продуцирование РНВ в С. autoethanogenum в условиях 1-4, как описано совместно с фиг. 4A-4D. Значения представляют собой средние значения биологических триплетов плюс или минус стандартные отклонения относительно этих средних значений. РНВ не был обнаружен в образцах, содержащих плазмиду pMTL83157 (пустую).In fig. 5 is a graph depicting the production of RNV in C. autoethanogenum under conditions 1-4, as described in conjunction with FIG. 4A-4D. Values represent the means of biological triplets plus or minus standard deviations around these means. RNV was not detected in samples containing plasmid pMTL83157 (empty).

На фиг. 6 проиллюстрирован график, на котором изображено продуцирование РНВ в С. autoethano- 2 044562 genum из газообразных источников углерода при непрерывной ферментации. Бактерии конъюгировали с плазмидой pPHB_01, содержащей путь синтеза РНВ. При завершении ферментации измерили РНВ. Газовые субстраты содержали 20% водорода либо 2% водорода в составе их смесей из 50/20/20/10 СО/СО22/Аг или 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2, соответственно. pH поддерживали на уровне 5. Значения представляют собой средние значения в точности воспроизведенных ферментации плюс или минус стандартные отклонения относительно этих средних значений.In fig. 6 illustrates a graph depicting the production of RHB in C. autoethano- 2 044562 genum from gaseous carbon sources during continuous fermentation. Bacteria were conjugated to the pPHB_01 plasmid containing the RNV synthesis pathway. At the end of fermentation, RNV was measured. The gas substrates contained 20% hydrogen or 2% hydrogen in their mixtures of 50/20/20/10 CO/CO 2 /H 2 /Ar or 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2, respectively. The pH was maintained at 5. Values are the means of exactly replicated fermentations plus or minus standard deviations around these means.

На фиг. 7 проиллюстрирован график, на котором изображено усиление продуцирования РНВ в С. autoethanogenum из источников газообразного углерода при непрерывной ферментации. Бактерии конъюгировали с плазмидой pPHB_01, содержащей путь синтеза РНВ. При завершении ферментации измерили РНВ. Газовые субстраты содержали 20% водорода либо 2% водорода в составе их смесей из 50/20/20/10 СО/СО22/Аг или 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2, соответственно. 20% водорода, низкая биомасса имела пониженную концентрацию биомассы по сравнению с другими циклами. 20% водорода, изменение pH начиналось с pH 6, а затем снизилось до 5,5. 20% водорода, pH 6 поддерживали в течение всего цикла ферментации, пока культуры не уменьшились. Значения представляют собой средние значения в точности воспроизведенных ферментаций плюс или минус стандартные отклонения относительно этих средних значений.In fig. 7 is a graph depicting the enhancement of RHB production in C. autoethanogenum from carbon gas sources during continuous fermentation. Bacteria were conjugated to the pPHB_01 plasmid containing the RNV synthesis pathway. At the end of fermentation, RNV was measured. The gas substrates contained 20% hydrogen or 2% hydrogen in their mixtures of 50/20/20/10 CO/CO 2 /H 2 /Ar or 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2, respectively. 20% hydrogen, low biomass had a reduced biomass concentration compared to other cycles. 20% hydrogen, pH change started at pH 6 and then dropped to 5.5. 20% hydrogen, pH 6 was maintained throughout the fermentation cycle until the cultures were reduced. Values represent the average of exactly replicated fermentations plus or minus standard deviations around these averages.

На фиг. 8 проиллюстрирован график, на котором изображены значения РНВ для моделирования с использованием реконструкций метаболической модели в масштабе генома (GEM). Экспериментально обнаруженный РНВ сравнивали с уровнями РНВ, предсказанными GEM, с использованием максимизации выхода РНВ. Максимизация выхода РНВ также был испытана с поглощением 2 ммоль/гСКМ/ч любого из: NADH (восстановленного никотинамидадениндинуклеотида), NADPH (восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата), Fdred (восстановленного ферредоксина) или АТР (аденозинтрифосфата). Испытанными условиями были РНВ20 (контроль); PHBLowB (низкая биомасса) и PHBpH5,5 (pH 5,5). Было установлено, что АТР ограничивает РНВ наиболее (было достигнуто наивысшее значение РНВ), за ним следует Fdred, NADPH и затем NADH. Данные представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение двух биологических повторов хемостатов.In fig. 8 illustrates a graph depicting RNV values for simulations using genome-wide metabolic model (GEM) reconstructions. Experimentally detected RNV was compared with RNV levels predicted by GEM using RNV yield maximization. Maximization of RNV yield was also tested with uptake of 2 mmol/gBM/h of either NADH, NADPH, Fd red , or ATP. Conditions tested were RHB20 (control); PHBLowB (low biomass) and PHBpH5.5 (pH 5.5). ATP was found to limit PHB the most (the highest PHB value was achieved), followed by Fd red , NADPH and then NADH. Data represent the mean ± standard deviation of two biological replicates of chemostats.

Описание изобретенияDescription of the invention

Уже давно обнаружено, что каталитические процессы, например, процесс Фишера-Тропша, могут быть использованы для преобразования газов, содержащих диоксид углерода (CO2), монооксид углерода (СО) и/или водород (H2), например, промышленного отработанного газа или синтез-газа, в разнообразные топлива и химреагенты. Однако, в последнее время ферментация газа стала альтернативной платформой для биологической фиксации углерода таких газов. В частности, было продемонстрировано, что ацетогенные микроорганизмы (т.е. Вуда-Льюнгдаля) преобразуют газы, содержащие СО, CO2 и/или H2 в продукцию, например, этанол и 2,3-бутандиол. Целесообразность получения более сложных полимерных молекул, например, РНВ, из этих газов является хорошо обоснованной (Drzyzga, J Chem Technol Biotechnol, 90: 1735-1751, 2015). Однако, путь Вуда-Льюнгдаля работает на термодинамической границе жизни (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014), что затрудняет накопление микроорганизмами ВудаЛьюнгдаля достаточного количества углерода даже для роста и поддержания клеток, продуцируется гораздо меньше сложных углеродных продуктов. Эти метаболические проблемы усугубляются плохим растворением газообразных субстратов (например, СО, CO2 и/или H2) в ферментационных средах по сравнению с углеводными или сахарными субстратами. Поэтому представляется маловероятным, что микроорганизмы Вуда-Льюнгдаля могут быть сконструированы с возможностью синтеза РНВ или других полигидроксиалканоатов, тем более, что эти полимеры изначально продуцируются такими видами, как Rhodospirillum rubrum и Cupriavidus necator в качестве средств для хранения избытка углерода. Действительно, на сегодняшний день попытки создать ацетогенные микроорганизмы для получения РНВ из CO2 и/или H2 были безуспешными (европейский проект SYNPOL, биополимеры из брожения синтезгаза, 2012-2017).It has long been discovered that catalytic processes, such as the Fischer-Tropsch process, can be used to convert gases containing carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) and/or hydrogen (H2), such as industrial waste gas or synthesis gas. gas, into a variety of fuels and chemicals. However, recently, gas fermentation has emerged as an alternative platform for biological carbon fixation of such gases. In particular, acetogenic microorganisms (ie Wood-Ljungdahl) have been demonstrated to convert gases containing CO, CO2 and/or H2 into products such as ethanol and 2,3-butanediol. The feasibility of obtaining more complex polymer molecules, for example, RHB, from these gases is well substantiated (Drzyzga, J Chem Technol Biotechnol, 90: 1735-1751, 2015). However, the Wood-Ljungdahl pathway operates at the thermodynamic boundary of life (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014), which makes it difficult for Wood-Ljungdahl microorganisms to accumulate enough carbon even for cell growth and maintenance, producing far fewer complex carbon products. These metabolic problems are exacerbated by the poor dissolution of gaseous substrates (e.g. CO, CO2 and/or H2) in fermentation media compared to carbohydrate or sugar substrates. It therefore seems unlikely that Wood-Ljungdahl microorganisms could be engineered to synthesize RHB or other polyhydroxyalkanoates, especially since these polymers are initially produced by species such as Rhodospirillum rubrum and Cupriavidus necator as a means of storing excess carbon. Indeed, to date, attempts to create acetogenic microorganisms to produce RNF from CO2 and/or H2 have been unsuccessful (European project SYNPOL, biopolymers from syngas fermentation, 2012-2017).

Однако, после кропотливых исследований и инженерных разработок авторы изобретения достигли первого в мире синтеза РНВ в микроорганизмах Вуда-Льюнгдаля. Это является важной вехой на пути к получению возобновляемых и устойчивых биополимеров.However, after painstaking research and engineering, the inventors achieved the world's first synthesis of RNV in Wood-Ljungdahl microorganisms. This is an important milestone towards the production of renewable and sustainable biopolymers.

В первом аспекте, в данном изобретении предлагается микроорганизм Вуда-Льюнгдаля, способный продуцировать РНВ. Во втором аспекте, в данном изобретении предлагается способ получения РНВ посредством культивирования вышеупомянутого микроорганизма Вуда-Льюнгдаля в присутствии газообразного субстрата.In a first aspect, the present invention provides a Wood-Ljungdahl microorganism capable of producing RNV. In a second aspect, the present invention provides a method for producing RNV by cultivating the aforementioned Wood-Ljungdahl microorganism in the presence of a gaseous substrate.

ПутьPath

Поскольку микроорганизмы Вуда-Льюнгдаля нативно не продуцируют РНВ, получение РНВ в микроорганизме Вуда-Льюнгдаля требует введения по меньшей мере одного гетерологичного фермента. Микроорганизм по изобретению, как правило, содержит три гетерологичных фермента, а именно: (а) фермент, который преобразует ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА, (b) фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА, и (с) фермент, который преобразует 3-гидроксибутирил-КоА в полигидроксибутират. Этот путь проиллюстрирован на фиг. 1.Since Wood-Ljungdahl microorganisms do not natively produce RNV, production of RNV in a Wood-Ljungdahl microorganism requires the introduction of at least one heterologous enzyme. The microorganism of the invention typically contains three heterologous enzymes, namely: (a) an enzyme that converts acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA, (b) an enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA, and (c ) an enzyme that converts 3-hydroxybutyryl-CoA to polyhydroxybutyrate. This path is illustrated in Fig. 1.

(1) Преобразование ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА(1) Conversion of acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA

- 3 044562- 3 044562

Преобразование ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА может быть катализировано любым подходящим ферментом. Хотя возможно, что нативная активность для этой реакции может присутствовать в некоторых ацетогенных бактериях, как правило, необходимо вводить гетерологичный (т.е. не нативный) фермент, чтобы катализировать эту реакцию. В предпочтительном варианте осуществления изобретения фермент представляет собой ацетил-КоА-С-ацетилтрансферазу (также известную как тиолазу или 3кетотиолазу), которая имеет активность, определяемую ЕС 2.3.1.9 (т.е. 2-ацетилКоА^КоА+ацетоацетил-КоА). Ацетил-КоА-С-ацетилтрансфераза может быть получена из любого подходящего микроорганизма-хозяина, например,The conversion of acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA can be catalyzed by any suitable enzyme. Although it is possible that native activity for this reaction may be present in some acetogenic bacteria, it is generally necessary to introduce a heterologous (ie, non-native) enzyme to catalyze this reaction. In a preferred embodiment, the enzyme is an acetyl-CoA-C-acetyltransferase (also known as a thiolase or 3-ketothiolase) which has the activity defined by EC 2.3.1.9 (ie 2-acetyl-CoA-C-CoA+acetoacetyl-CoA). Acetyl-CoA-C acetyltransferase can be obtained from any suitable host microorganism, e.g.

Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudom onas oleovorans, Pseudomonas putida or Streptomyces coelicolor.

В частности, ацетил-КоА-С-ацетилтрансфераза может представлять собой или может быть получена из Acinetobacter baumannii PhaA (SCZ16966), Aeromonas hydrophilia PhaA (WP_043162470), Alcaligenes latus PhaA (AAC83659), Arthrospira platensis PhaA (WP_006617472), Bacillus subtilis PhaA (CUB52080), Burkholderia cepacia PhaA (WP_043187452), Clostridium acetobutylicum Th1A (WP_0109661571), Cupriavidus necator PhaA (WP_013956452.1), Cupriavidus necator BktB (WP_011615089.1), Cupriavidus necator phaA (WP_010810132.1), Escherichia coli AtoB (NP_416728.1), Haloferax mediterranei PhaA (WP_004059344), Pseudomonas aeruginosa PhaA (WP_038823536), Pseudomonas fluorescens PhaA (WP_073525707), Pseudomonas mandelii PhaA (WP_019582144), Pseudomonas oleovorans PhaA (WP_074859314), Pseudomonas putida PhaA (WP_058540218) или Streptomyces coelicolor PhaA (WP_011030221).In particular, the acetyl-CoA-C acetyltransferase may be or may be obtained from Acinetobacter baumannii PhaA (SCZ16966), Aeromonas hydrophilia PhaA (WP_043162470), Alcaligenes latus PhaA (AAC83659), Arthrospira platensis PhaA (WP_006617472), Bacillus subtilis PhaA ( CUB52080), Burkholderia cepacia PhaA (WP_043187452), Clostridium acetobutylicum Th1A (WP_0109661571), Cupriavidus necator PhaA (WP_013956452.1), Cupriavidus necator BktB (WP_011615089.1), Cupriavidus necator phaA ( WP_010810132.1), Escherichia coli AtoB (NP_416728. 1), Haloferax mediterranei PhaA (WP_004059344), Pseudomonas aeruginosa PhaA (WP_038823536), Pseudomonas fluorescens PhaA (WP_073525707), Pseudomonas mandelii PhaA (WP_019582144), Pseudomonas oleovorans PhaA ( WP_074859314), Pseudomonas putida PhaA (WP_058540218) or Streptomyces coelicolor PhaA (WP_011030221 ).

(2) Преобразование ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА(2) Conversion of acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA

Преобразование ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА может быть катализировано любым подходящим ферментом. Хотя возможно, что нативная активность для этой реакции может присутствовать в некоторых ацетогенных бактериях, как правило, необходимо вводить гетерологичный (т.е. не нативный) фермент, чтобы катализировать эту реакцию. В предпочтительном варианте осуществления изобретения фермент представляет собой ацетоацетил-КоА-редуктазу, которая обладает активностью, определяемой ЕС 1.1.1.36 (т.е. (R)-3-гидроксиацил-КоА + NADP+θ3-оксоацил-КоА+NADPH+Н+). Ацетоацетил-КоА-редуктаза может быть получена из любого подходящего микроорганизма-хозяина, например,The conversion of acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA can be catalyzed by any suitable enzyme. Although it is possible that native activity for this reaction may be present in some acetogenic bacteria, it is generally necessary to introduce a heterologous (ie, non-native) enzyme to catalyze this reaction. In a preferred embodiment, the enzyme is an acetoacetyl-CoA reductase which has the activity defined by EC 1.1.1.36 (i.e. (R)-3-hydroxyacyl-CoA + NADP + θ3-oxoacyl-CoA + NADPH + H + ). Acetoacetyl-CoA reductase can be obtained from any suitable host microorganism, e.g.

Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida or Stre ptomyces coelicolor.

В частности, ацетоацетил-КоА-редуктаза может представлять собой Acinetobacter baumannii PhaB (WP_095389464), Aeromonas hydrophilia PhaB (WP_041216919), Alcaligenes latus PhaB (AAC83660), Arthrospira platensis PhaB (WP_043469113), Bacillus subtilis PhaB (WP_070548955), Burkholderia cepacia PhaB (WP_059234032), Cupriavidus necator PhaB (WP_010810131.1), Haloferax mediterranei PhaB (WP_004572392), Pseudomonas aeruginosa PhaB (WP_031690879), Pseudomonas fluorescens PhaB (WP_030141425), Pseudomonas mandelii PhaB (WP_094467462), Pseudomonas oleovorans PhaB (WP_074858624), Pseudomonas putida PhaB (BAB96554) или Streptomyces coelicolor PhaB (WP_011027734). В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения фермент представляет собой 3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназу, которая имеет активность, определяемую ЕС 1.1.1.157 (т.е. (S)-3-гидроксибутаноил-КоА+NADP+=3-ацетоацетил-КоА+NADPH+Н+). 3гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназа может представлять собой или может быть получена из любого подходящего микроорганизма-хозяина, например, Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum или Clostridium kluyveri. В частности, 3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназа может представлять собой Clostridium beijerinckii Hbd (WP_011967675.1), Clostridium acetobutylicum Hbd (NP_349314.1) или Clostridium kluyveri Hbd1 (WP_011989027.1).In particular, the acetoacetyl-CoA reductase may be Acinetobacter baumannii PhaB (WP_095389464), Aeromonas hydrophilia PhaB (WP_041216919), Alcaligenes latus PhaB (AAC83660), Arthrospira platensis PhaB (WP_043469113), Bacillus subtilis PhaB (WP_070 548955), Burkholderia cepacia PhaB ( WP_059234032), Cupriavidus necator PhaB (WP_010810131.1), Haloferax mediterranei PhaB (WP_004572392), Pseudomonas aeruginosa PhaB (WP_031690879), Pseudomonas fluorescens PhaB (WP_030141425), Pseudomona s mandelii PhaB (WP_094467462), Pseudomonas oleovorans PhaB (WP_074858624), Pseudomonas putida PhaB (BAB96554) or Streptomyces coelicolor PhaB (WP_011027734). In another preferred embodiment of the invention, the enzyme is 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, which has the activity defined by EC 1.1.1.157 (i.e. (S)-3-hydroxybutanoyl-CoA+NADP + =3-acetoacetyl-CoA+ NADPH+H + ). The 3hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase may be or may be obtained from any suitable host microorganism, for example Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum or Clostridium kluyveri. In particular, the 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase may be Clostridium beijerinckii Hbd (WP_011967675.1), Clostridium acetobutylicum Hbd (NP_349314.1) or Clostridium kluyveri Hbd1 (WP_011989027.1).

Предпочтительно, фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА, является ^-специфическим, т.е. продуцирует (R)-3-гидроксибутирил-КоА, так как (R)-3гидроксибутирил-КоА является типичным субстратом для ферментативного продуцирования РНВ. Однако, в некоторых случаях, фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА,Preferably, the enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA is β-specific, i.e. produces (R)-3-hydroxybutyryl-CoA, since (R)-3hydroxybutyryl-CoA is a typical substrate for the enzymatic production of RNV. However, in some cases, the enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA

- 4 044562 является (S)-специфическим, т.е. продуцирует (S)-3-гидроксибутирил-КоА. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, авторы изобретения полагают, что нативная или введенная эпимеразная активность в ацетогенной бактерии может позволить взаимопреобразования (S)- и (R)-3гидроксибутирил-КоА, например, (S)-3-гидроксибуmирил-КоА может быть преобразован в (R)-3гидроксибутирил-КоА, который затем может быть преобразован в РНВ.- 4 044562 is (S)-specific, i.e. produces (S)-3-hydroxybutyryl-CoA. Without wishing to be bound by any particular theory, the inventors believe that native or introduced epimerase activity in an acetogenic bacterium may allow interconversion of (S)- and (R)-3hydroxybutyryl-CoA, e.g., (S)-3-hydroxybutyryl-CoA can be converted to (R)-3hydroxybutyryl-CoA, which can then be converted to RHB.

(3) Преобразование 3-гидроксибутирил-КоА в РНВ(3) Conversion of 3-hydroxybutyryl-CoA to RHB

Преобразование 3-гидроксибутирил-КоА в РНВ может быть катализировано любым подходящим ферментом. Хотя возможно, что нативная активность для этой реакции может присутствовать в некоторых ацетогенных бактериях, как правило, необходимо вводить гетерологичный (т.е. не нативный) фермент, чтобы катализировать эту реакцию. В предпочтительном варианте осуществления изобретения фермент представляет собой полигидроксиалканоат-синтазу, которая обладает активностью, определяемой ЕС 2.3.1.-, например, ЕС 2.3.1.В2 (тип I) (т.е. 3-гидроксибутирил-КоА+ [(R)-3-гидроксибутаноат]n= [(R)-3-гидроксибутаноат]n+1+ КоА), ЕС 2.3.1.В3 (тип II) (т.е. 3-гидроксиацил-КоА+[(R)-3гидроксиацил]n=[(R)-3-гидроксиацил]n+1+КоА) или ЕС 2.3.1.В4 (тип III) (т.е. 3-гидроксиацил-КоА+[(R)3-гидроксиацил]n=[(R)-3-гидроксиацил]n+1+КоА). Этот фермент также может упоминаться как полигидроксиалканоат-полимераза, полигидроксибутират-синтаза, полигидроксибутират-полимераза и аналогичными терминами. Полигидроксиалканоат-синтаза может быть получена из любого подходящего микроорганизма-хозяина, например,The conversion of 3-hydroxybutyryl-CoA to RHB can be catalyzed by any suitable enzyme. Although it is possible that native activity for this reaction may be present in some acetogenic bacteria, it is generally necessary to introduce a heterologous (ie, non-native) enzyme to catalyze this reaction. In a preferred embodiment, the enzyme is a polyhydroxyalkanoate synthase which has activity defined by EC 2.3.1.-, for example EC 2.3.1.B2 (type I) (i.e. 3-hydroxybutyryl-CoA+ [(R )-3-hydroxybutanoate] n = [(R)-3-hydroxybutanoate] n +1+ CoA), EC 2.3.1.B3 (type II) (i.e. 3-hydroxyacyl-CoA+[(R)- 3hydroxyacyl] n =[(R)-3-hydroxyacyl] n +1+CoA) or EC 2.3.1.B4 (type III) (i.e. 3-hydroxyacyl-CoA+[(R)3-hydroxyacyl] n =[(R)-3-hydroxyacyl] n +1+CoA). This enzyme may also be referred to as polyhydroxyalkanoate polymerase, polyhydroxybutyrate synthase, polyhydroxybutyrate polymerase, and similar terms. The polyhydroxyalkanoate synthase can be obtained from any suitable host microorganism, e.g.

Acinetobacter baumannii, Aeromonas caviae,Acinetobacter baumannii, Aeromonas caviae,

Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida, Pseudomonas sp. 61-3, Rhodospirillum rubrum или Streptomyces coelicolor.Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida, Pseudomonas sp. 61-3, Rhodospirillum rubrum or Streptomyces coelicolor.

В частности, полигидроксиалканоат-синтаза может представлять собой или может быть получена из Acinetobacter baumannii PhaC (SCY71072), Aeromonas caviae PhaC (WP_045524574), Aeromonas hydrophilia PhaC1 (WP_017780191) или PhaC2 (AAV41872), Alcaligenes latus PhaC (WP_084267317), Arthrospira platensis PhaC (WP_006617456), Bacillus subtilis PhaC (CUB58881), Burkholderia cepacia PhaC (WP_027784567), Cupriavidus necator PhaC (WP_011615085 или WP_013956451.1), Haloferax mediterranei PhaC (WP_004056138), Pseudomonas aeruginosa PhaC1 (WP_038823539) или PhaC2 (WP_025271419), Pseudomonas fluorescens PhaC1 (WP_057399292) or PhaC2 (WP_030141001), Pseudomonas mandelii PhaC1 (WP_094467460) или PhaC2 (WP_010465951), Pseudomonas oleovorans PhaC1 (AAL17611) или PhaC2 (WP_037049875), Pseudomonas putida PhaC1 (BAB96552) или PhaC2 (WP_029886362), Pseudomonas sp. 61-3 PhaC1 (BAA36198) или PhaC2 (BAA36202), Rhodospirillum rubrum PhaC1 (WP_011388028), PhaC2 (WP_011390166), или PhaC3 (WP011398569), или Streptomyces coelicolor PhaC.In particular, the polyhydroxyalkanoate synthase may be or may be derived from Acinetobacter baumannii PhaC (SCY71072), Aeromonas caviae PhaC (WP_045524574), Aeromonas hydrophilia PhaC1 (WP_017780191) or PhaC2 (AAV41872), Alcaligenes latus PhaC (WP_084267317 ), Arthrospira platensis PhaC (WP_006617456), Bacillus subtilis PhaC (CUB58881), Burkholderia cepacia PhaC (WP_027784567), Cupriavidus necator PhaC (WP_011615085 or WP_013956451.1), Haloferax mediterranei PhaC (WP_004056138), Pseudom onas aeruginosa PhaC1 (WP_038823539) or PhaC2 (WP_025271419), Pseudomonas fluorescens PhaC1 (WP_057399292) or PhaC2 (WP_030141001), Pseudomonas mandelii PhaC1 (WP_094467460) or PhaC2 (WP_010465951), Pseudomonas oleovorans PhaC1 (AAL17611) or PhaC2 (WP_037049875), P seudomonas putida PhaC1 (BAB96552) or PhaC2 (WP_029886362), Pseudomonas sp. 61-3 PhaC1 (BAA36198) or PhaC2 (BAA36202), Rhodospirillum rubrum PhaC1 (WP_011388028), PhaC2 (WP_011390166), or PhaC3 (WP011398569), or Streptomyces coelicolor PhaC.

В некоторых вариантах осуществления изобретения одна или большее количество деструктивных мутаций могут быть введены в один или большее количество эндогенных ферментов для уменьшения или устранения конкуренции с введенными гетерологичными ферментами. В частности, деструктивная мутация представляет собой мутацию, которая уменьшает или устраняет (т.е., разрушает) экспрессию или активность гена или фермента. Деструктивная мутация может частично деактивировать, полностью деактивировать или удалить ген или фермент. Деструктивная мутация может представлять собой нокаутную (КО) мутацию. Деструктивная мутация может представлять собой любую мутацию, которая снижает, предотвращает или блокирует биосинтез продукта, продуцируемого ферментом. Деструктивная мутация может включать в себя, например, мутацию в гене, кодирующем фермент, мутацию в генетическом регуляторном элементе, участвующем в экспрессии гена, кодирующего фермент, введение нуклеиновой кислоты, которая продуцирует белок, который уменьшает или ингибирует активность фермента, или введение нуклеиновой кислоты (например, антисмысловой РНК, миРНК, направляющей РНК) и/или белка (например, белка Cas), который ингибирует экспрессию фермента. Деструктивная мутация может быть введена с использованием любого способа, известного в данной области техники.In some embodiments, one or more disruptive mutations may be introduced into one or more endogenous enzymes to reduce or eliminate competition with the introduced heterologous enzymes. In particular, a disruptive mutation is a mutation that reduces or eliminates (ie, destroys) the expression or activity of a gene or enzyme. A destructive mutation can partially inactivate, completely inactivate, or remove a gene or enzyme. The destructive mutation may be a knockout (KO) mutation. A destructive mutation can be any mutation that reduces, prevents, or blocks the biosynthesis of a product produced by an enzyme. A disruptive 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 ( eg antisense RNA, siRNA, guide RNA) and/or a protein (eg Cas protein) that inhibits enzyme expression. A destructive mutation can be introduced using any method known in the art.

Например, микроорганизм по изобретению может иметь деструктивную мутацию в эндогенном ферменте тиоэстеразе. У Clostridium autoethanogenum были идентифицированы три предполагаемые тиоэстеразы: (1) тиоэстераза 1 (AGY74947.1; аннотирована как пальмитоил-КоА-гидролаза), (2) тиоэстераза 2 (AGY75747.1; аннотирована как 4-гидроксибензоил-КоА-тиоэстераза) и (3) тиоэстераза 3 (AGY75999.1; аннотирована как предполагаемая тиоэстераза). У Clostridium ljungdahlii были также идентифицированы три предполагаемые тиоэстеразы: (1) тиоэстераза 1 (ADK15695.1; аннотирована как предсказанная ацил-КоА-тиоэстераза 1), (2) тиоэстераза 2 (ADK16655.1; аннотирована как предсказанная тиоэстераза) и (3) тиоэстераза 3 (ADK16959.1; аннотирована как предсказанная тиоэстераза). Дест- 5 044562 руктивная мутация может влиять на любую из этих тиоэстераз или любые другие тиоэстеразы, которые могут быть эндогенными для микроорганизма по изобретению.For example, a microorganism of the invention may have a destructive mutation in the endogenous thioesterase enzyme. Three putative thioesterases have been identified in Clostridium autoethanogenum: (1) thioesterase 1 (AGY74947.1; annotated as palmitoyl-CoA hydrolase), (2) thioesterase 2 (AGY75747.1; annotated as 4-hydroxybenzoyl-CoA thioesterase), and ( 3) thioesterase 3 (AGY75999.1; annotated as a putative thioesterase). Three putative thioesterases have also been identified in Clostridium ljungdahlii: (1) thioesterase 1 (ADK15695.1; annotated as predicted acyl-CoA thioesterase 1), (2) thioesterase 2 (ADK16655.1; annotated as predicted thioesterase), and (3) thioesterase 3 (ADK16959.1; annotated as a predicted thioesterase). A destructive mutation may affect any of these thioesterases or any other thioesterases that may be endogenous to the microorganism of the invention.

МикроорганизмMicroorganism

Микроорганизм представляет собой микроскопический организм, в частности, бактерию, архею, вирус или грибок. Микроорганизм по данному изобретению, как правило, представляет собой бактерию. В контексте данного изобретения следует считать, что термин микроорганизм включает в себя термин бактерия.A microorganism is a microscopic organism, such as a bacterium, archaea, virus or fungus. The microorganism of this invention is typically a bacterium. In the context of this invention, the term microorganism should be considered to include the term bacterium.

Микроорганизм по изобретению не встречается в природе. 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. В отличие от этого, термин дикий тип относится к типичной форме организма, штамма, гена или характеристики, в какой они встречаются в природе.The microorganism of the invention does not occur in nature. 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 naturally occurring strain of the listed species, including wild-type strains of the listed species. Non-naturally occurring microorganisms are typically developed in a laboratory or research facility. In contrast, the term wild type refers to the typical form of an organism, strain, gene, or characteristic as it occurs 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 генетически сконструированный относятся к микроорганизму, содержащему такую генетическую модификацию, генетическое изменение или генетическое конструирование. Эти термины могут быть использованы для разграничения созданного в лаборатории микроорганизма от встречающегося в природе микроорганизма. Способы генетической модификации включают в себя, например, экспрессию гетерологичного гена, вставку или делецию гена или промотора, мутацию нуклеиновой кислоты, экспрессию или инактивацию измененного гена, ферментную инженерию, направленное развитие, конструирование на основе знаний, способы случайного мутагенеза, генную перетасовку и оптимизацию кодонов.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. Likewise, the terms genetically modified, genetically altered or genetically engineered refer to a microorganism containing such a genetic modification, genetic alteration or genetic engineering. These terms can be used to distinguish a laboratory-created microorganism from a naturally occurring microorganism. Genetic modification methods include, for example, heterologous gene expression, insertion or deletion of a gene or promoter, nucleic acid mutation, expression or inactivation of an altered gene, enzyme engineering, directed development, knowledge-based design, random mutagenesis techniques, gene shuffling, and codon optimization. .

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 нескольких источников, например, двух или большего количества разных штаммов или видов микроорганизмов. Микроорганизм по данному изобретению, как правило, является рекомбинантным.Recombinant means that a 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 obtained from multiple sources, such as two or more different strains or species of microorganisms. The microorganism of this invention is typically recombinant.

Термин полученный из означает, что нуклеиновая кислота, белок или микроорганизм модифицированы или адаптированы из отличной (например, родительского или дикого типа) нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма с целью получения новой нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма. Такие модификации или адаптации, как правило, включают в себя вставку, делецию, мутацию или замену нуклеиновых кислот или генов. В целом, микроорганизм по изобретению получают из родительского микроорганизма, который представляет собой микроорганизм, используемый для создания микроорганизма по изобретению. Родительский микроорганизм может быть встречающимся в природе микроорганизмом (т.е. микроорганизмом дикого типа) или микроорганизмом, который был предварительно модифицирован (т.е. мутантным или рекомбинантным микроорганизмом). Микроорганизм по изобретению может быть модифицирован для экспрессии или сверхэкспрессии одного или большего количества ферментов, которые не были экспрессированы или сверхэкспрессированы в родительском микроорганизме. Аналогично, микроорганизм по изобретению может быть модифицирован для включения в него одного или большего количества генов, которые не были включены в него родительским микроорганизмом. Микроорганизм по изобретению также может быть модифицирован, чтобы не экспрессировать или экспрессировать меньшие количества одного или большего количества ферментов, которые были экспрессированы в родительском микроорганизма. В одном варианте осуществления изобретения микроорганизм по изобретению получен из родительского микроорганизма, выбранного из группы, состоящей из: Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по изобретению получен из родительского микроорганизма Clostridium autoethanogenum LZ1561, который был депонирован 7 июня 2010 года в Немецкой коллекции микроорганизмов и клеточных культур GmbH (DSMZ), расположенной в Inhoffenstrae 7B, D-38124 Braunschwieg, Германия 7 июня 2010 года в соответствии с условиями Будапештского договора о международном признании депонирования микроорганизмов для целей патентной процедуры с предоставленным инвентарным номером DSM23693. Этот штамм описан в международной патентной заявке № PCT/NZ2011/000144, которая опубликована как WO 2012/015317.The term derived from means that a nucleic acid, protein or microorganism is modified or adapted from a different (eg, parent or wild type) nucleic acid, protein or microorganism to produce a new nucleic acid, protein or microorganism. Such modifications or adaptations generally include insertion, deletion, mutation or substitution of nucleic acids or genes. In general, the microorganism of the invention is obtained from a parent microorganism, which is the microorganism used to create the microorganism of the invention. The parent microorganism may be a naturally occurring microorganism (ie, a wild-type microorganism) or a microorganism that has been previously modified (ie, a mutant or recombinant microorganism). The microorganism of the invention may be modified to express or overexpress one or more enzymes that were not expressed or overexpressed in the parent microorganism. Likewise, a microorganism of the invention may be modified to include one or more genes that were not included by the parent microorganism. The microorganism of the invention may also be modified not to express or to express lesser amounts of one or more enzymes that were expressed in the parent microorganism. In one embodiment of the invention, the microorganism of the invention is derived from a parent microorganism selected from the group consisting of: Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of the invention is derived from the parent microorganism Clostridium autoethanogenum LZ1561, which was deposited on June 7, 2010 in the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH (DSMZ), located at Inhoffenstrae 7B, D-38124 Braunschwieg, Germany on June 7, 2010 in accordance with the terms of the Budapest Treaty for the International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the Purposes of Patent Procedure with the supplied accession number DSM23693. This strain is described in international patent application No. PCT/NZ2011/000144, which is published as WO 2012/015317.

Микроорганизм по данному изобретению может быть дополнительно классифицирован на основе функциональных характеристик. Например, микроорганизм по данному изобретению может представлять собой или может быть получен из микроорганизма Вуда-Льюнгдаля, С1-фиксирующего микроорганизма, анаэроба, ацетогена, этанологена и/или карбоксидотрофа. В табл. 1 приведен репрезентативный перечень микроорганизмов и указаны их функциональные характеристики.The microorganism of this invention can be further classified based on functional characteristics. For example, the microorganism of this invention may be or may be derived from a Wood-Ljungdahl microorganism, a C1-fixing microorganism, an anaerobic, an acetogen, an ethanologen, and/or a carboxydotroph. In table 1 provides a representative list of microorganisms and their functional characteristics.

- 6 044562- 6 044562

Таблица 1Table 1

Вуда-Льюнгдаля Wood-Ljungdahl С1 -фиксирующий микроорганизм C1 - fixing microorganism Анаэроб Anaerobe Ацетоген Acetogen Этанологен Ethanologen Автотроф Autotroph Карбоксидотроф Carboxydotroph Acetobacterium woodii Acetobacterium woodii + + + + + + + + +/-1 +/- 1 + + - - Alkalibaculum bacchii Alkalibaculum bacchii + + + + + + + + + + + + + + Blautia producta Blautia producta + + + + + + + + - - + + + + Butyribacterium methylotrophicum Butyribacterium methylotrophicum + + + + + + + + + + + + + + Clostridium aceticum Clostridium aceticum + + + + + + + + - - + + + + Clostridium autoethanogenum Clostridium autoethanogenum + + + + + + + + + + + + + + Clostridium carboxidivorans Clostridium carboxidivorans + + + + + + + + + + + + + + Clostridium coskatii Clostridium coskatii + + + + + + + + + + + + + + Clostridium drakei Clostridium drakei + + + + + + + + - - + + + + Clostridium formicoaceticum Clostridium formicoaceticum + + + + + + + + - - + + + + Clostridium Ijungdahlii Clostridium Ijungdahlii + + + + + + + + + + + + + + Clostridium magnum Clostridium magnum + + + + + + + + - - + + +/-2 +/- 2 Clostridium ragsdalei Clostridium ragsdalei + + + + + + + + + + + + + + Clostridium scatologenes Clostridium scatologenes + + + + + + + + - - + + + + Eubacterium limosum Eubacterium limosum + + + + + + + + - - + + + + Moorella thermautotrophica Moorella thermoautotrophica + + + + + + + + + + + + + + Moorella thermoacetica (ранее Clostridium thermoaceticum) Moorella thermoacetica (formerly Clostridium thermoaceticum) + + + + + + + + 3 3 + + + + Oxobacter pfennigii Oxobacter pfennigii + + + + + + + + - - + + + + Sporomusa ovata Sporomusa ovata + + + + + + + + - - + + +/-4 +/- 4 Sporomusa silvacetica Sporomusa silvacetica + + + + + + + + - - + + +/-5 +/- 5 Sporomusa sphaeroides Sporomusa sphaeroides + + + + + + + + - - + + +/-6 +/- 6 Thermoanaerobacter kiuvi Thermoanaerobacter kiuvi + + + + + + + + - - + + - -

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

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

3Сообщалось, что один штамм из Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, продуцирует этанол из газа. 3 It has been reported that one strain from Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, produces ethanol from gas.

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

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

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

Термин Вуда-Льюнгдаля относится к пути фиксации углерода Вуда-Льюнгдаля, описанном, например, в Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008. Микроорганизмы Вуда-Льюнгдаля, предсказуемо, относятся к микроорганизмам, составляющим путь Вуда-Льюнгдаля. В целом, микроорганизм по изобретению составляет нативный путь Вуда-Льюнгдаля. В контексте данного изобретения путь Вуда-Льюнгдаля может быть нативным, немодифицированным путем Вуда-Льюнгдаля или он может быть путем Вуда-Льюнгдаля с некоторой степенью генетической модификации (например, сверхэкспрессией, гетерологической экспрессией, нокаутом и т.д.) при условии, что он по-прежнему функционирует для преобразования СО, СО2 и/или Н2 в ацетил-КоА.The term 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 predictably refer to the microorganisms that make up the Wood-Ljungdahl pathway. In general, the microorganism of the invention constitutes the native Wood-Ljungdahl pathway. In the context of the present invention, the Wood-Ljungdahl pathway may be the native, unmodified Wood-Ljungdahl pathway, or it may be the Wood-Ljungdahl pathway with some degree of genetic modification (e.g., overexpression, heterologous expression, knockout, etc.) provided that it still functions to convert CO, CO2 and/or H2 to acetyl-CoA.

С1 относится к молекуле с одним атомом углерода, например, СО, СО2 или СН3ОН. Clоксигенат относится к молекуле с одним атомом углерода, которая также содержит по меньшей мере один атом кислорода, например, СО, СО2 или СН3ОН. Источник Cl-углерода относится к молекуле с одним атомом углерода, которая служит частичным или единственным источником углерода для микроорганизма по данному изобретению. Например, источник С1-углерода может включать в себя одно или большее количество соединений, выбранных из СО, СО2, СН3ОН или СН2О2. Источник С1-углерода предпочтительно включает в себя одно или большее количество соединений, выбранных из СО и СО2. С1-фиксирующий микроорганизм представляет собой микроорганизм, способный продуцировать один или большее количество продуктов из источника С1-углерода. Как правило, микроорганизм по данному изобретению представляет собой С1-фиксирующую бактерию. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получают из С1-фиксирующего микроорганизма, приведенного в табл. 1. Для целей данного изобретения метан (СН4) мог бы рассматриваться как источник С1-углерода, но только если бактерия по данному изобретению была сконструирована так, чтобы она составляла метаболический путь метана, как описано, например, в WO 2016/138050, поскольку ацетогенные бактерии не способны к нативному использованию метана в качестве источника углеро да.C1 refers to a molecule with one carbon atom, such as CO, CO 2 or CH 3 OH. Cloxygenate refers to a molecule with one carbon atom that also contains at least one oxygen atom, such as CO, CO 2 or CH 3 OH. A Cl-carbon source refers to a single carbon molecule that serves as a partial or sole carbon source for the microorganism of the present invention. For example, the C1 carbon source may include one or more compounds selected from CO, CO 2 , CH 3 OH or CH 2 O 2 . The C1 carbon source preferably includes one or more compounds selected from 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 of this invention is a C1-fixing bacterium. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of this invention is obtained from the C1-fixing microorganism shown in table. 1. For the purposes of this invention, methane (CH 4 ) could be considered as a source of C1-carbon, but only if the bacterium of this invention was engineered to constitute a methane metabolic pathway, as described for example in WO 2016/138050, since acetogenic bacteria are not capable of natively using methane as a carbon source.

Анаэроб представляет собой микроорганизм, не требующий кислорода для роста. Анаэроб может реагировать негативно или даже умереть при наличии кислорода выше определенного порогового значения. Однако, некоторые анаэробы способны выдерживать низкие уровни кислорода (например, 0,0000015% кислорода). Как правило, микроорганизм по данному изобретению представляет собой анаэроб. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получают из анаэроба, приведенного в табл. 1.An anaerobe is a microorganism that does not require oxygen to grow. An anaerobe can react negatively or even die when oxygen is present above a certain threshold. However, some anaerobes are able to tolerate low levels of oxygen (eg, 0.0000015% oxygen). Typically, the microorganism of this invention is an anaerobic. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of this invention is obtained from the anaerobes given 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). Ацетогены используют путь Вуда-Льюнгдаля в качестве (1) механизма для восстановительного синтеза ацетил-КоА из CO2, (2) терминального электроноакцепторного, энергосберегающего процесса, (3) механизма для фиксации (ассимиляции) CO2 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. Как правило, микроорганизм по данному изобретению представляет собой ацетоген. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получен из ацетогена, приведенного в табл. 1.Acetogens are obligate anaerobic bacteria that use the Wood-Ljungdahl pathway as their main mechanism to conserve energy and synthesize acetyl-CoA and acetyl-CoA-derived products such as acetate (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008 ). Acetogens use the Wood-Ljungdahl pathway as (1) a mechanism for the reductive synthesis of acetyl-CoA from CO2, (2) a terminal electron-withdrawing, energy-saving process, (3) a mechanism for the fixation (assimilation) of CO2 during cellular carbon synthesis (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. Typically, the microorganism of this invention is an acetogen. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of this invention is obtained from the acetogen given in table. 1.

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

Автотроф представляет собой микроорганизм, способный расти в отсутствие органического углерода. Вместо этого автотрофы используют неорганические источники углерода, например, СО и/или СО2. Как правило, микроорганизм по данному изобретению представляет собой автотроф. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получен 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 . Typically, the microorganism of this invention is an autotroph. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of 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 по данному изобретению представляет собой карбоксидотроф. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получен из карбоксидотрофа, приведенного в табл. 1.A carboxydotroph is a microorganism capable of using CO as the sole source of carbon and energy. Typically, the microorganism of this invention is a carboxydotroph. In a preferred embodiment of the invention, the microorganism of this invention is obtained from the carboxydotroph shown in table. 1.

В более широком смысле, микроорганизм по данному изобретению может быть получен из микроорганизмов любого рода или вида, приведенных в табл. 1. Например, микроорганизм может быть представителем рода, выбранного из группы, состоящей из: Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium, Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa и Thermoanaerobacter. В частности, микроорганизм может быть получен из родительской бактерии, выбранной из группы, состоящей из:In a broader sense, the microorganism of this invention can be obtained from microorganisms of any kind or species listed in table. 1. For example, the microorganism may be a member of a genus selected from the group consisting of: Acetobacterium, Alkalibaculum, Blautia, Butyribacterium, Clostridium, Eubacterium, Moorella, Oxobacter, Sporomusa and Thermoanaerobacter. In particular, the microorganism may be derived from a parent bacterium selected from the group consisting of:

Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta,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.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 thermauto trophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica , Sporomusa sphaeroides and Thermoanaerobacter kiuvi.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм по данному изобретению получают из кластера Clostridia, включающего в себя виды Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii и Clostridium ragsdalei. Такие виды были впервые описаны и охарактеризованы 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).In a preferred embodiment, the microorganism of this invention is obtained from the Clostridia cluster, which includes the species Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii and Clostridium ragsdalei. Such species were first described and characterized by 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).

Эти виды имеют много общего. В частности, все эти виды являются С1-фиксирующими, анаэробными, ацетогенными, этанологичными и карбоксидотрофными представителями рода Clostridium. Такие виды имеют аналогичные генотипы и фенотипы и способы сохранения энергии и ферментативного метаболизма. Кроме того, эти виды объединены в кластеры в группе I гомологии клостридиальной рРНК с 16S рРНК ДНК, идентичной более чем на 99%, имеют содержание ДНК G+С, составляющее около 2230% мол., являются грамположительными, имеют аналогичную морфологию и размер (логарифмически растущие клетки в интервале между 0,5-0,7х3-5 мкм), являются мезофильными (оптимально растут при температуре 30-37°С), имеют аналогичные диапазоны pH около 4-7,5 (при оптимальном значении pH около 5,5-6), не содержат цитохромов и сохраняют энергию посредством комплекса Rnf. Кроме того, какThese species have a lot in common. Specifically, all of these species are C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologous, and carboxidotrophic members of the genus Clostridium. Such species have similar genotypes and phenotypes and modes of energy conservation and enzymatic metabolism. In addition, these species are clustered in group I of clostridial rRNA homology with 16S rRNA DNA, more than 99% identical, have a G+C DNA content of about 2230 mol%, are gram-positive, have similar morphology and size (logarithmically growing cells in the range between 0.5-0.7x3-5 µm), are mesophilic (grow optimally at a temperature of 30-37°C), have similar pH ranges of about 4-7.5 (with an optimal pH value of about 5.5 -6), do not contain cytochromes and store energy through the Rnf complex. Moreover, how

- 8 044562 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 продуцируют в небольших количествах 2,3-бутандиол и молочную кислоту.- 8 044562 it has been shown that in these species, carboxylic acids are reduced to form their corresponding alcohols (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). It is important to note that all of these species also exhibit strong autotrophic growth on CO-containing gases, produce ethanol and acetate (or acetic acid) as major fermentation products, and under certain conditions produce small amounts of 2,3-butanediol and lactic acid.

Однако, эти виды 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, использующих путь Вуда-Льюнгдаля, хотя, как было обнаружено, общая организация и количество этих генов и белков одинаковы у всех видов (Корке, Curr Opin Biotechnol, 22:320-325,2011).However, these types also have a number of differences. These species were isolated from different sources: Clostridium autoethanogenum from rabbit intestines, Clostridium ljungdahlii from chicken coop waste, and Clostridium ragsdalei from freshwater sediments. These species differ in their 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 their auxotrophy for certain vitamins (eg, thiamine, biotin). These species have differences in the nucleic acid and amino acid sequences of genes and proteins using the Wood-Ljungdahl pathway, although the general organization and abundance of these genes and proteins have been found to be the same in all species (Corke, Curr Opin Biotechnol, 22:320-325 ,2011).

Таким образом, в заключение, многие из характеристик Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei не являются специфическими для этих видов, но представляют собой достаточно общие характеристики для этого кластера С1-фиксирующих, анаэробных, ацетогенных, этанологичных и карбоксидотрофных представителей 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 coskatii, Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei are not specific to these species, but are rather general characteristics for this cluster of C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologous and carboxydotrophic members of the genus Clostridium . However, because these species are actually different, genetic modification or manipulation in one of these species may not have an identical effect in another of these species. For example, there may be differences in growth, performance, or product production.

Микроорганизм по данному изобретению также может быть получен из изолята или мутанта Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, 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: 232236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5,593,886), C-01 (ATCC 55988) (US 6,368,819), 0-52 (ATCC 55989) (US 6,368,819) и OTA-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 of this invention can also be obtained from an isolate or mutant of Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei. Clostridium autoethanogenum isolates and mutants 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: 232236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5,593,886), C-01 (ATCC 55988) (US 6,368,819), 0-52 (ATCC 55989) (US 6,368,819) 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).

Предпочтительно, микроорганизм по изобретению не является фототрофным или фотосинтезирующим. Предпочтительно, микроорганизм по изобретению не является метанотрофным.Preferably, the microorganism of the invention is not phototrophic or photosynthetic. Preferably, the microorganism of the invention is not methanotrophic.

Предпочтительно, микроорганизм по изобретению не является представителем рода Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus, Cupriavidus (Ralstonia), Rhizobium, Rhodospirillum или Pseudomonas. В частности, микроорганизм по изобретению предпочтительно не происходит от Rhodospirillum rubrum, Bacillus cereus, Cupriavidus necator (ранее Ralstonia eutropha) или Pseudomonas putida. В других вариантах осуществления изобретения микроорганизм по изобретению предпочтительно не получен из Escherichia coli.Preferably, the microorganism of the invention is not a member of the genus Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus, Cupriavidus (Ralstonia), Rhizobium, Rhodospirillum or Pseudomonas. In particular, the microorganism of the invention is preferably not derived from Rhodospirillum rubrum, Bacillus cereus, Cupriavidus necator (formerly Ralstonia eutropha) or Pseudomonas putida. In other embodiments, the microorganism of the invention is preferably not derived from Escherichia coli.

ФерментыEnzymes

Эндогенный или нативный относится к нуклеиновой кислоте или белку, который присутствует или экспрессирован в микроорганизме дикого типа или родительском микроорганизме, из которого получают микроорганизм по данному изобретению. Например, эндогенный ген или белок представляет собой ген или белок, который нативно присутствует в микроорганизме дикого типа или родительском микроорганизме, из которого получают микроорганизм по данному изобретению. В одном варианте осуществления изобретения экспрессию эндогенного гена можно регулировать посредством экзогенного регуляторного элемента, например, экзогенного промотора.Endogenous or native refers to a nucleic acid or protein that is present or expressed in the wild-type microorganism or parent microorganism from which the microorganism of this invention is obtained. For example, an endogenous gene or protein is a gene or protein that is natively present in a wild-type microorganism or the parent microorganism from which the microorganism of the present invention is derived. In one embodiment of the invention, the expression of an endogenous gene can be regulated by an exogenous regulatory element, such as an exogenous promoter.

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

Гетерологический относится к нуклеиновой кислоте или белку, который отсутствует в микроорганизме дикого типа или родительском микроорганизме, из которого получают микроорганизм по данному изобретению. Например, гетерологический ген или фермент может быть получен из отличного штамма или видов и введен в или экспрессирован в микроорганизме по данному изобретению.Heterologous refers to a nucleic acid or protein that is not present in the wild-type microorganism or the parent microorganism from which the microorganism of this invention is derived. For example, a heterologous gene or enzyme can be obtained from a different strain or species and introduced into or expressed in a microorganism of the present invention.

Как правило, по меньшей мере один из ферментов, которые (а) преобразуют ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА, (b) преобразуют ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА или (с) преобразуют 3гидроксибутирил-КоА в РНВ является гетерологичным (т.е. не нативным) по отношению к бактерии. Например, один, два или все три из этих ферментов могут быть гетерологичными (т.е. не нативными) по отношению к бактерии. Однако, если бактерия обладает нативной ферментативной активностью для одной или большего количества из этих стадий, то, возможно, не обязательно вводить гетерологичныеTypically, at least one of the enzymes that (a) convert acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA, (b) convert acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA, or (c) convert 3hydroxybutyryl-CoA to RNV is heterologous (i.e. i.e. not native) in relation to the bacterium. For example, one, two, or all three of these enzymes may be heterologous (ie, not native) to the bacterium. However, if the bacterium has native enzymatic activity for one or more of these steps, then it may not be necessary to introduce heterologous

- 9 044562 ферменты для катализа этих стадий.- 9 044562 enzymes for catalysis of these stages.

В контексте данного изобретения термин экспрессия относится к процессу, посредством которого полинуклеотид транскрибируется с матрицы ДНК (например, в мРНК или другой РНК-транскрипт), и/или к процессу, посредством которого транскрибированная мРНК впоследствии транслируется в пептиды, полипептиды или белки.As used herein, the term expression refers to the process by which a polynucleotide is transcribed from a DNA template (eg, into mRNA or other RNA transcript) and/or the process by which the transcribed mRNA is subsequently translated into peptides, polypeptides or proteins.

Ферментативная активность или просто активность в широком смысле относится к ферментативной активности, включая, но не ограничиваясь ими: к активности фермента, количеству фермента или доступности фермента, необходимого для катализирования реакции. Соответственно, увеличение ферментативной активности включает в себя увеличение активности фермента, увеличение количества фермента или повышение доступности фермента, необходимого для катализирования реакции. Аналогично, уменьшение ферментативной активности включает в себя уменьшение активности фермента, уменьшение количества фермента или уменьшение доступности фермента, необходимого для катализирования реакции.Enzyme activity, or simply activity, broadly refers to enzymatic activity, including, but not limited to: the activity of the enzyme, the amount of enzyme, or the availability of enzyme required to catalyze a reaction. Accordingly, increasing enzyme activity includes increasing the activity of the enzyme, increasing the amount of enzyme, or increasing the availability of the enzyme necessary to catalyze the reaction. Likewise, 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.

Оптимизация кодонов относится к мутации нуклеиновой кислоты, например, генной, для оптимизированной или улучшенной трансляции нуклеиновой кислоты в конкретном штамме или видах. Оптимизация кодонов может привести к увеличенным скоростям трансляции или более высокой точности трансляции. В предпочтительном варианте осуществления изобретения гены по изобретению оптимизированы по кодонам для экспрессии в Clostridium, в частности, в Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В контексте данного документа термины оптимизированные по кодонам и адаптированные по кодонам могут быть использованы взаимозаменяемо.Codon optimization refers to the mutation of a nucleic acid, such as a gene, for optimized or improved translation of the nucleic acid in a particular strain or species. 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 Clostridium, in particular Clostridium autoethanogenum, Clostridium coskatii, Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei. In the context of this document, the terms codon optimized and codon tailored may be used interchangeably.

Термин варианты включает в себя нуклеиновые кислоты и белки, чья последовательность варьируется от последовательности эталонной нуклеиновой кислоты и белка, например, последовательности эталонной нуклеиновой кислоты и белка, раскрытых в предшествующем уровне техники или приведенных в качестве примера в данном документе. Данное изобретение может быть осуществлено на практике с использованием вариантных нуклеиновых кислот или белков, которые выполняют по существу ту же функцию, что и у эталонной нуклеиновой кислоты или белка. Например, вариантный белок может выполнять по существу ту же функцию или катализировать по существу ту же реакцию, что и эталонный белок. Вариантный ген может кодировать тот же или по существу тот же белок, что и эталонный ген. Вариантный промотор может обладать по существу такой же способностью стимулировать экспрессию одного или большего количества генов, что и эталонный промотор.The term variants includes nucleic acids and proteins whose sequence varies from the reference nucleic acid and protein sequence, for example, the reference nucleic acid and protein sequence disclosed in the prior art or exemplified herein. The present invention may be practiced using variant nucleic acids or proteins that perform substantially the same function as the reference nucleic acid or protein. For example, a variant protein may perform substantially the same function or catalyze substantially the same reaction as the reference protein. The variant gene may encode the same or substantially the same protein as the reference gene. The variant promoter may have substantially the same ability to stimulate expression of one or more genes as the reference promoter.

Такие нуклеиновые кислоты или белки могут упоминаться в данном документе как функционально эквивалентные варианты. Например, функционально эквивалентные варианты нуклеиновой кислоты могут включать в себя аллельные варианты, фрагменты гена, мутированные гены, полиморфизмы и аналогичные варианты. Гомологичные гены из других микроорганизмов также являются примерами функционально эквивалентных вариантов. Они могут включать в себя гомологичные гены в таких видах, как Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii или Clostridium ljungdahlii, подробности о которых общедоступны на веб-сайтах, например, GenBank или NCBI. Функционально эквивалентные варианты также включают в себя нуклеиновые кислоты, последовательность которых варьируется в результате оптимизации кодонов для конкретного микроорганизма. Функционально эквивалентный вариант нуклеиновой кислоты предпочтительно будет иметь по меньшей мере приблизительно 70%, приблизительно 80%, приблизительно 85%, приблизительно 90%, приблизительно 95%, приблизительно 98% или более идентичности последовательности нуклеиновой кислоты (процент гомологии) с эталонной нуклеиновой кислотой. Функционально эквивалентный вариант белка предпочтительно будет иметь по меньшей мере приблизительно 70%, приблизительно 80%, приблизительно 85%, приблизительно 90%, приблизительно 95%, приблизительно 98% или более идентичности аминокислоты (процент гомологии) с эталонным белком. Функциональная эквивалентность варианта нуклеиновой кислоты или белка может быть оценена с использованием любого способа, известного в данной области техники.Such 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 may 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 that vary in sequence as a result of codon optimization for a particular 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 reference 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 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.

Ферменты, описанные в данном документе, как правило, экспрессируются из нуклеиновой кислоты, которая была введена в микроорганизм по данному изобретению. Нуклеиновые кислоты могут быть доставлены в микроорганизм по данному изобретению с использованием любого способа, известного в данной области техники. Например, нуклеиновые кислоты могут быть доставлены в виде голых нуклеиновых кислот или могут быть составлены с одним или большим количеством агентов, например, липосомами. Нуклеиновые кислоты могут представлять собой ДНК, РНК, кДНК или их комбинации, в зависимости от ситуации. В определенных вариантах осуществления изобретения могут быть использованы ингибиторы ограничения. Дополнительные векторы могут включать в себя плазмиды, вирусы, бактериофаги, космиды и искусственные хромосомы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения нуклеиновые кислоты доставляются в микроорганизм по 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 изобретения, имеющих активные системы рестрикционных ферментов, это может быть необходимо для метилирования нуклеиновой кислоты перед введением нук- 10 044562 леиновой кислоты в микроорганизм.The enzymes described herein are typically expressed from a nucleic acid that has been introduced into a microorganism according to the invention. Nucleic acids can be delivered to the microorganism of this invention using any method known in the art. For example, nucleic acids can be delivered as naked nucleic acids or can be formulated with one or more agents, such as liposomes. Nucleic acids may be DNA, RNA, cDNA, or combinations thereof, depending on the situation. In certain embodiments of the invention, restriction inhibitors may be used. Additional vectors may include plasmids, viruses, bacteriophages, cosmids, and artificial chromosomes. In a preferred embodiment of the invention, nucleic acids are delivered to the microorganism of the invention using a plasmid. For example, transformation (including transduction or transfection) can be achieved through electroporation, ultrasound, polyethylene glycol-mediated transformation, chemical or physical competence, protoplast transformation, prophage induction or conjugation. In some embodiments having active restriction enzyme systems, this may be necessary to methylate the nucleic acid before introducing the nucleic acid into the microorganism.

Кроме того, нуклеиновые кислоты могут быть сконструированы таким образом, чтобы они включали в себя 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 Вуда-Льюнгдаля, 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 include a regulatory element, such as a promoter, to enhance 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.

СубстратыSubstrates

Субстрат относится к источнику углерода и/или энергии для микроорганизма по данному изобретению. Как правило, субстрат является газообразным и содержит источник С1-углерода, например, СО и/или CO2. Предпочтительно, субстрат содержит источник С1-углерода в виде СО или СО+СО2. Субстрат может дополнительно содержать другие неуглеродные компоненты, например, Н2, N2 или электроны.Substrate refers to a source of carbon and/or energy for the microorganism of the present invention. Typically, the substrate is gaseous and contains a source of C1 carbon, such as CO and/or CO2. Preferably, the substrate contains a source of C1-carbon in the form of CO or CO+CO 2 . The substrate may additionally contain other non-carbon components, for example, H 2 , N 2 or electrons.

В целом, 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. Субстрат может содержать СО в диапазоне, например, около 20-80, 30-70 или 40-60% мол. СО. Предпочтительно, субстрат содержит около 40-70% мол. СО (например, газа 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 изобретения субстрат может содержать относительно низкое количество СО, например, около 1-10 или 1-20% мол. СО. Микроорганизм по данному изобретению, как правило, преобразует по меньшей мере часть СО в субстрате в продукт. В некоторых вариантах осуществления изобретения субстрат не содержит или по существу не содержит (<1% мол.) СО.In general, the substrate contains at least some amount of CO, for example, about 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or 100 mol%. CO. The substrate may contain CO in the range, for example, about 20-80, 30-70 or 40-60 mol%. CO. Preferably, the substrate contains about 40-70 mol%. CO (eg steel mill gas or blast furnace gas), about 20-30 mol%. CO (for example, converter furnace gas) or about 15-45 mol%. CO (for example, synthesis gas). In some embodiments, the substrate may contain a relatively low amount of CO, for example, about 1-10 or 1-20 mol%. CO. The microorganism of this invention typically converts at least a portion of the CO in the substrate into a product. In some embodiments, the substrate contains no or substantially no (<1 mol%) CO.

Субстрат может содержать некоторое количество H2. Например, субстрат может содержать около 1, 2, 5, 10, 15, 20 или 30% мол. H2. В некоторых вариантах осуществления изобретения субстрат может содержать относительно высокое количество H2, например, около 60, 70, 80 или 90% мол. H2. В дополнительных вариантах осуществления изобретения субстрат не содержит или по существу не содержит (<1% мол.) H2.The substrate may contain some H2. For example, the substrate may contain about 1, 2, 5, 10, 15, 20 or 30 mol%. H2. In some embodiments, the substrate may contain a relatively high amount of H 2 , for example, about 60, 70, 80 or 90 mol%. H2 . In further embodiments, the substrate contains no or substantially no (<1 mol%) H 2 .

Субстрат может содержать некоторое количество CO2. Например, субстрат может содержать около 1-80 или 1-30% мол. CO2. В некоторых вариантах осуществления изобретения субстрат может содержать менее чем около 20, 15, 10 или 5% мол. CO2. В другом варианте осуществления изобретения субстрат не содержит или по существу не содержит (<1% мол.) CO2.The substrate may contain some CO 2 . For example, the substrate may contain about 1-80 or 1-30 mol%. CO2. In some embodiments, the substrate may contain less than about 20, 15, 10 or 5 mol%. CO2 . In another embodiment of the invention, the substrate contains no or substantially no (<1 mol%) CO2.

В некоторых вариантах осуществления изобретения рост штамма, продуцирующего РНВ, сравнивают с ростом контрольного штамма (пустой плазмиды или ЕР) с использованием двух различных газовых смесей, содержащих СО и СО2, с 20% Н2 по подобию синтез-газа (50% СО, 20% СО2, 20% Н2, 10% аргона), обозначенных как условия РНВ20 и ЕР20, соответственно, или 2% H2 по подобию отходящего газа сталелитейных заводов (50% СО, 20% CO2, 2% H2, 28% азота), обозначенных как условия РНВ2 и ЕР2, соответственно.In some embodiments, the growth of an RNV-producing strain is compared with the growth of a control strain (empty plasmid or EP) using two different gas mixtures containing CO and CO2, with 20% H2 similar to synthesis gas (50% CO, 20% CO2, 20% H2, 10% argon), designated as RHB20 and EP20 conditions, respectively, or 2% H2 similar to steel mill off-gas (50% CO, 20% CO2 , 2% H2 , 28% nitrogen), designated as conditions RHB2 and EP2, respectively.

Хотя, как правило, субстрат является газообразным, указанный субстрат также может быть предложен в альтернативных формах. Например, субстрат может быть растворен в жидкости, насыщенной СОсодержащим газом, с использованием дисперсионного генератора микропузырьков. В качестве дополнительного примера, субстрат может быть адсорбирован на твердой подложке.Although typically the substrate is gaseous, the substrate may also be provided in alternative forms. For example, the substrate can be dissolved in a liquid saturated with CO-containing gas using a dispersive microbubble generator. As a further example, the substrate may be adsorbed onto a solid support.

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 изобретения 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 изобретения субстрат и/или источник С1-углерода может быть извлечен из промышленного процесса перед его выбросом в атмосферу с применением любого удобного способа.The substrate and/or source of C1-carbon may be a waste gas obtained as a by-product of an industrial process or from some other source, for example, from automobile exhaust or from biomass gasification. In certain embodiments of the invention, the industrial process is selected from the group consisting of: ferrous metal production, such as steel production, non-ferrous metal production, petroleum refining, coal gasification, power generation, pure carbon production, ammonia production, methanol production, and coke In these embodiments, the substrate and/or source of C1-carbon can be recovered from the industrial process before being released into the atmosphere using any convenient method.

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

Композиция 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.Substrate composition can have a significant impact on the efficiency and/or cost of the reaction. For example, the presence of oxygen (O2) can reduce the efficiency of the 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 impurities, such as toxins, unwanted components or dust particles, and/or to increase the concentration of desired components.

В определенных вариантах осуществления изобретения ферментацию или культивирование прово- 11 044562 дят в отсутствие углеводных субстратов, например, сахара, крахмала, лигнина, целлюлозы или гемицеллюлозы.In certain embodiments of the invention, fermentation or cultivation is carried out in the absence of carbohydrate substrates, for example, sugar, starch, lignin, cellulose or hemicellulose.

В контексте данного документа термин PHBLowB используется для отсылки к экспериментам с использованием более низкой устойчивой концентрации биомассы, например, в 3 раза более низкой устойчивой концентрации биомассы. В контексте данного документа термин PHBpH5,5 используется для отсылки к экспериментам, проводимым при pH 5,5. См. фиг. 8.In the context of this document, the term PHBLowB is used to refer to experiments using a lower steady-state biomass concentration, for example, 3 times the lower steady-state biomass concentration. In the context of this document, the term PHBpH5.5 is used to refer to experiments performed at pH 5.5. See fig. 8.

ПродуктыProducts

Микроорганизм по изобретению может быть выращен для получения одного или большего количества продуктов. В частности, микроорганизм по изобретению может продуцировать РНВ или его предшественников, например, ацетоацетил-КоА или 3-гидроксибутирил-КоА.The microorganism of the invention can be grown to produce one or more products. In particular, the microorganism of the invention can produce RNV or its precursors, for example, acetoacetyl-CoA or 3-hydroxybutyryl-CoA.

РНВ представляет собой полимер 3-гидроксибутиратных мономеров. РНВ, полученный в соответствии с изобретением, может содержать любое количество 3-гидроксибутиратных мономеров, например, около 10-1000000 мономеров. В качестве дополнительных примеров, РНВ может содержать около 10100000 мономеров, 100-100000 мономеров, 100-10000 мономеров, 500-5000 мономеров, 1000-10000 мономеров или 5000-20000 мономеров. В предпочтительном варианте осуществления изобретения РНВ содержит около 100-12000 мономеров.RHB is a polymer of 3-hydroxybutyrate monomers. The PHB prepared in accordance with the invention may contain any number of 3-hydroxybutyrate monomers, for example about 10-1,000,000 monomers. As further examples, the RNV may contain about 10,100,000 monomers, 100-100,000 monomers, 100-10,000 monomers, 500-5,000 monomers, 1,000-10,000 monomers, or 5,000-20,000 monomers. In a preferred embodiment of the invention, RNV contains about 100-12,000 monomers.

Молекулярная масса РНВ, продуцируемого бактерией по данному изобретению, может находиться в диапазоне около 1000-100000000 Да. Например, молекулярная масса РНВ может составлять около 1000-10000 Да, 10000-1000000 Да, 10000-10000000 Да или 10000000-100000000 Да. Предпочтительно, молекулярная масса РНВ может составлять около 10000-1000000 Да, например, 10000-100000 Да, 10000500000 Да, 100000-500000 Да, 300000-800000 Да или 500000-1000000 Да.The molecular weight of the RNV produced by the bacterium of the present invention may be in the range of about 1000-100000000 Da. For example, the molecular weight of RNV may be about 1000-10000 Da, 10000-1000000 Da, 10000-10000000 Da, or 10000000-100000000 Da. Preferably, the molecular weight of the RNV may be about 10,000-1000,000 Da, for example 10,000-100,000 Da, 10000500000 Da, 100,000-500,000 Da, 300,000-800,000 Da, or 500,000-1000,000 Da.

Продуцирование РНВ часто называется процентной долей сухой клеточной массы. Микроорганизм по изобретению может продуцировать, например, 0,005-0,995 мас.% РНВ. Предпочтительно, микроорганизм по изобретению продуцирует около 0,01 мас.%, 0,1 мас.%, 0,5 мас.%, 1 мас.%, 1,5 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 5 мас.%, 10 мас.%, 20 мас.%, 30 мас.%, 40 мас.%, 50 мас.%, 60 мас.%, 70 мас.%, 80 мас.%, 90 мас.% или 95 мас.% РНВ.RNV production is often referred to as percentage of dry cell mass. The microorganism according to the invention can produce, for example, 0.005-0.995 wt.% RNV. Preferably, the microorganism of the invention produces about 0.01 wt%, 0.1 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, 1.5 wt%, 2 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 90 wt% or 95 wt.% RNV.

Физические характеристики РНВ хорошо известны в данной области техники. В грубом приближении РНВ имеет модуль Юнга, составляющий 1497-3500 МПа, предел прочности на разрыв, составляющий 18-43 МПа, относительное удлинение при разрыве, составляющее 1,9-45%, кристалличность, составляющую 60-80%, температуру плавления, составляющую 162-180°С, температуру кристаллизации, составляющую 45-116°С и/или температуру стеклования, составляющую -1,2-10°С.The physical characteristics of RNV are well known in the art. As a rough approximation, RNV has a Young's modulus of 1497-3500 MPa, tensile strength of 18-43 MPa, elongation at break of 1.9-45%, crystallinity of 60-80%, melting point of 162-180°C, crystallization temperature of 45-116°C and/or glass transition temperature of -1.2-10°C.

Кроме того, микроорганизм по изобретению может также продуцировать или может быть генетически сконструирован для продуцирования других продуктов, например, этанола (WO 2007/117157), ацетата (WO 2007/117157), бутанола (WO 2008/115080 и WO 2012/053905), бутирата (WO 2008/115080), 2,3бутандиола (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), 1пропанола (WO 2014/0369152) и продуктов, полученных из хоризмата (WO 2016/191625). В дополнение к одному или большему количеству целевых продуктов микроорганизм по изобретению также может продуцировать этанол, ацетат и/или 2,3-бутандиол. В определенных вариантах осуществления изобретения саму микробную биомассу можно рассматривать как продукт.In addition, the microorganism of the invention can also produce or can be genetically engineered to produce other products, for example ethanol (WO 2007/117157), acetate (WO 2007/117157), butanol (WO 2008/115080 and WO 2012/053905), butyrate (WO 2008/115080), 2,3butanediol (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) , 1propanol (WO 2014/0369152) and products derived from chorismate (WO 2016/191625). In addition to one or more target products, the microorganism of the invention can also produce ethanol, acetate and/or 2,3-butanediol. In certain embodiments of the invention, the microbial biomass itself can be considered a product.

Предпочтительно, микроорганизм по изобретению не способен разлагать РНВ. Организмы, которые нативно продуцируют РНВ и другие полигидроксиалканоаты, как правило, синтезируют указанные полимеры в качестве материала накопления углерода, когда другие питательные вещества (например, азот и фосфор) ограничены, а углерод имеется в избытке. Эти организмы могут затем деполимеризовать/разлагать полимеры, когда ограниченное питательное вещество пополняется, чтобы иметь доступ к сберегаемому углероду. В целях максимизации продуцирования РНВ ненативные продуценты, например, микроорганизмы по данному изобретению, часто имеют то преимущество, что они не способны ферментативно расщеплять полимеры после их продуцирования. Это, по существу, блокирует углерод в полимерах окончательно и может повысить выход.Preferably, the microorganism of the invention is not capable of degrading RNV. Organisms that natively produce RHB and other polyhydroxyalkanoates typically synthesize these polymers as carbon storage material when other nutrients (eg, nitrogen and phosphorus) are limited and carbon is abundant. These organisms can then depolymerize/degrade the polymers when limited nutrients are replenished to access the stored carbon. In order to maximize RNV production, non-native producers, such as the microorganisms of this invention, often have the advantage of not being able to enzymatically degrade polymers once they are produced. This essentially locks the carbon in the polymers permanently and can improve yield.

Селективность относится к отношению получения целевого продукта к получению всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом. Микроорганизм по изобретению может быть сконструирован для продуцирования продуктов с определенной селективностью или с минимальной селективностью. В одном варианте осуществления изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере около 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50% или 75% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом по изобретению. В одном варианте осуществления изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 10% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом по изобретению, таким образом, микроорганизм по изобретению обладает селективностью по отношению к целевому продукту, составляющей по меньшей мере 10%. В другом варианте осуществления изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 30% всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганиз- 12 044562 мом по изобретению, таким образом, микроорганизм по изобретению обладает селективностью по отношению к целевому продукту, составляющей по меньшей 30%.Selectivity refers to the ratio of the production of the target product to the production of all fermentation products produced by the microorganism. The microorganism of the invention can be engineered to produce products with a certain selectivity or with minimal selectivity. In one embodiment of the invention, the target product represents at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50%, or 75% of the total fermentation products produced by the microorganism of the invention. In one embodiment of the invention, the target product constitutes at least 10% of the total fermentation products produced by the microorganism of the invention, such that the microorganism of the invention has a selectivity for the target product of at least 10%. In another embodiment of the invention, the target product constitutes at least 30% of the total fermentation products produced by the microorganism of the invention, such that the microorganism of the invention has a selectivity for the target product of at least 30%.

ФерментацияFermentation

В данном изобретении также предлагается способ получения РНВ, включающий в себя культивирование микроорганизма по изобретению в присутствии газообразного субстрата, посредством которого микроорганизм продуцирует РНВ. Газообразный субстрат, в целом, содержит один или большее количество из СО, CO2 и Н2.The present invention also provides a method for producing RNV, comprising culturing the microorganism of the invention in the presence of a gaseous substrate through which the microorganism produces RNV. The gaseous substrate generally contains one or more of CO, CO2 and H2 .

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), барботажная колонна, газлифтный ферментер, статический смеситель или другой сосуд, или другое устройство, подходящее для вступления в контакт газа с жидкостью. В некоторых вариантах осуществления изобретения биореактор может содержать первый реактор для выращивания и второй реактор для культивирования/ферментации. Один или оба из таких реактора могут быть обеспечены субстратом. В контексте данного документа термины культивирование и ферментация используют взаимозаменяемо. Эти термины охватывают как фазу роста, так и фазу биосинтеза продукта в процессе культивирования/ферментации.Typically, cultivation is carried out in a bioreactor. The term bioreactor includes a culture/fermentation apparatus consisting of one or more vessels, columns or piping, such as a continuous stirred reactor (CSTR), an immobilized cell reactor (ICR), a trickle bed reactor ( TBR), bubble column, gas lift fermenter, static mixer or other vessel or other device suitable for bringing gas into liquid contact. In some embodiments, the bioreactor may comprise a first growth reactor and a second culture/fermentation reactor. One or both of such reactors may be provided with a substrate. In the context of this document, the terms cultivation and fermentation are used interchangeably. These terms cover both the growth phase and the product biosynthesis phase of the culture/fermentation process.

Культивирование, как правило, поддерживают в водной среде для культивирования, содержащей питательные вещества, витамины и/или минералы в достаточном количестве для обеспечения роста микроорганизма. Предпочтительно, водная среда для культивирования представляет собой среду для анаэробного микробного роста, например, среду для минимального анаэробного микробного роста. Подходящие среды хорошо известны в данной области техники.The culture is typically maintained in an aqueous culture medium containing nutrients, vitamins and/or minerals in sufficient quantities to support growth of the microorganism. Preferably, the aqueous culture medium is an anaerobic microbial growth medium, for example, a minimal anaerobic microbial growth medium. Suitable media are well known in the art.

Для получения целевого продукта культивирование желательно проводить в соответствующих условиях. Как правило, культивирование проводят в анаэробных условиях. Условия реакции, которые следует учитывать, включают в себя давление (или парциальное давление), температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, pH среды, окислительно-восстановительный потенциал среды, скорость перемешивания (при применении реактора непрерывного действия с механическим перемешиванием), уровень инокулята, максимальные концентрации газового субстрата, которые гарантируют, что газ в жидкой фазе не станет ограничивающим фактором, а также максимальные концентрации продукта во избежание ингибирования продукта.To obtain the target product, cultivation should preferably be carried out under appropriate conditions. As a rule, cultivation is carried out under anaerobic conditions. Reaction conditions to consider include pressure (or partial pressure), temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the medium, redox potential of the medium, stirring speed (if using a continuous mechanically stirred reactor), level inoculum, 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.

Работа биореактора при повышенных давлениях позволяет повысить скорость массопереноса газа из газовой фазы в жидкую фазу. Соответственно, может быть предпочтительно осуществлять ферментацию при давлениях выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость преобразования газа частично зависит от времени пребывания субстрата в реакторе, при этом время пребывания в реакторе определяет требуемый объем биореактора, применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для ферментации. Это, в свою очередь, означает, что при поддержании биореакторов при повышенном давлении, а не при атмосферном давлении, может быть уменьшено время пребывания, определяемое, как объем жидкости в биореакторе, деленный на скорость потока нагнетаемого газа. Оптимальные условия реакции будут частично зависеть от конкретного используемого микроорганизма. Однако, в целом, предпочтительно проводить ферментацию при давлении выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость преобразования газа частично зависит от времени пребывания субстрата в реакторе, а достижение требуемого времени пребывания в реакторе, в свою очередь, определяет требуемый объем биореактора, применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для ферментации.Operating a 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 may be preferable to carry out fermentation at pressures above atmospheric pressure. In addition, since the target gas conversion rate depends in part on the residence time of the substrate in the reactor, with the residence time in the reactor determining the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and therefore the capital cost of fermentation equipment. This in turn means that by maintaining bioreactors at elevated pressure rather than at atmospheric pressure, residence time, defined as the volume of liquid in the bioreactor divided by the flow rate of the injected gas, can be reduced. Optimal reaction conditions will depend in part on the specific microorganism used. However, in general, it is preferable to carry out fermentation at pressures above atmospheric pressure. In addition, since the target gas conversion rate depends in part on the residence time of the substrate in the reactor, and achieving the required residence time in the reactor, in turn, determines the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and, therefore, capital costs for fermentation equipment.

В определенных вариантах осуществления изобретения ферментацию проводят в отсутствие света или в присутствии некоторого количества света, недостаточного для удовлетворения энергетических потребностей фотосинтезирующих или фототрофных микроорганизмов.In certain embodiments of the invention, fermentation is carried out in the absence of light or in the presence of an amount of light insufficient to meet the energy needs of photosynthetic or phototrophic microorganisms.

Способы по изобретению могут дополнительно включать в себя разделение или очистку РНВ. РНВ может быть отделен или очищен с использованием любого способа, известного в данной области техники. Например, клетки могут быть собраны осаждением (Chen, Appl Microbiol Biotechnol, 57: 50-55, 2001) или непрерывным разделением (Elbahloul, Appl Environ Microbiol, 75: 643-651, 2009; Heinrich, AMB Express, 2: 59, 2012) с последующей лиофилизацией. После сушки вымораживанием полимер может быть удален из клеток вместе с веществами, например, этилацетатом (Chen, Appl Microbiol Biotechnol, 57: 5055, 2001), ацетоном (Elbahloul, Appl Environ Microbiol, 75: 643-651, 2009) или гипохлоритом натрия (Heinrich, AMB Express, 2:59, 2012). Затем Полимер может быть удален из остаточной/солюбилизированной клеточной массы. Большое количество альтернативных способов очистки полигидроксиалканоатов было опубликовано и разработано, но еще не подтверждено для очистки в больших масштабах (Kunasundari, Express Polym Lett, 5, 620-634, 2011).The methods of the invention may further include separating or purifying the RNV. RNV can be separated or purified using any method known in the art. For example, cells can be collected by sedimentation (Chen, Appl Microbiol Biotechnol, 57: 50-55, 2001) or continuous separation (Elbahloul, Appl Environ Microbiol, 75: 643-651, 2009; Heinrich, AMB Express, 2: 59, 2012 ) followed by lyophilization. After freeze-drying, the polymer can be removed from the cells along with substances such as ethyl acetate (Chen, Appl Microbiol Biotechnol, 57: 5055, 2001), acetone (Elbahloul, Appl Environ Microbiol, 75: 643-651, 2009) or sodium hypochlorite ( Heinrich, AMB Express, 2:59, 2012). The Polymer can then be removed from the residual/solubilized cell mass. A large number of alternative methods for the purification of polyhydroxyalkanoates have been published and developed, but have not yet been validated for purification on a large scale (Kunasundari, Express Polym Lett, 5, 620-634, 2011).

- 13 044562- 13 044562

ПримерыExamples

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

Пример 1Example 1

Этот пример демонстрирует конструкцию микроорганизма Вуда-Льюнгдаля, способного синтезировать РНВ.This example demonstrates the design of a Wood-Ljungdahl microorganism capable of synthesizing RNV.

Гены пути РНВ (phaC, phaA и phaB) из С. necator (SEQ ID NO: 1, 4 и 7) были введены в С. autoethanogenum, микроорганизм Вуда-Льюнгдаля, который нативно не продуцирует РНВ. Следует отметить, что эти виды имеют значительные различия в содержании хромосомных GC. В частности, С. necator имеет 66% GC-содержание (Pohlmann, Nat Biotechnol, 24:1257-1262, 2006), а С. autoethanogenum имеет только 31% GC-содержание (Brown, Biotechnol Biofuels, 7: 40, 2014). Предвидя проблемы экспрессии генов на основе использования кодонов, последовательности генов РНВ из С. necator были адаптированы к кодонам, чтобы лучше соответствовать более высокому профилю экспрессии для белков в С. autoethanogenum. Гены с новыми последовательностями (SEQ ID NO: 3, 6 и 9), кодирующие идентичные белки, как и в С. necator, были синтезированы и собраны в вектор экспрессии pMTL83157 (SEQ ID NO: 10). Эта плазмида аналогична серии pMTL8000 (Heap, J Microbiol Methods, 78: 79-85, 2009) с нативным промотором Вуда-Льюнгдаля, взятым из С. autoethanogenum для управления транскрипцией гена. Эти гены были размещены после промотора в том же порядке, в каком они появляются в геноме С. necator: phaC, phaA и phaB. Также использовали маркер отбора антибиотиков, catP. Полученная плазмида была названа pPHB_01 (SEQ ID NO: 11) (фиг. 2).RNV pathway genes (phaC, phaA and phaB) from C. necator (SEQ ID NOs: 1, 4 and 7) were introduced into C. autoethanogenum, a Wood-Ljungdahl microorganism that does not natively produce RNV. It should be noted that these species have significant differences in chromosomal GC content. In particular, C. necator has 66% GC content (Pohlmann, Nat Biotechnol, 24:1257-1262, 2006), and C. autoethanogenum has only 31% GC content (Brown, Biotechnol Biofuels, 7: 40, 2014) . Anticipating problems of gene expression based on codon usage, the RNV gene sequences from C. necator were codon-tailored to better match the higher expression profile for proteins in C. autoethanogenum. Genes with new sequences (SEQ ID NO: 3, 6 and 9), encoding identical proteins as in C. necator, were synthesized and assembled into the expression vector pMTL83157 (SEQ ID NO: 10). This plasmid is similar to the pMTL8000 series (Heap, J Microbiol Methods, 78: 79-85, 2009) with a native Wood-Ljungdahl promoter taken from C. autoethanogenum to drive gene transcription. These genes were placed downstream of the promoter in the same order in which they appear in the C. necator genome: phaC, phaA, and phaB. An antibiotic selection marker, catP, was also used. The resulting plasmid was named pPHB_01 (SEQ ID NO: 11) (Fig. 2).

pPHB_01 вставили в С. autoethanogenum посредством бактериальной конъюгации с использованием Е. coli HB101, как описано в другом документе (Mock, J Bacteriol, 197: 2965-2980, 2015). Кроме того, пустую плазмиду pMTL83157 вставили в С. autoethanogenum в качестве отрицательного контроля. Эти штаммы были затем использованы для испытания продуцирования РНВ из газообразных субстратов.pPHB_01 was inserted into C. autoethanogenum by bacterial conjugation using E. coli HB101 as described elsewhere (Mock, J Bacteriol, 197: 2965-2980, 2015). In addition, empty plasmid pMTL83157 was inserted into C. autoethanogenum as a negative control. These strains were then used to test the production of RNV from gaseous substrates.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизм содержит фермент, который преобразует ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА, имеющий по меньшей мере 80% идентичность последовательности с аминокислотной последовательностью, указанной в SEQ ID NO: 2, фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА, имеющий по меньшей мере 80% идентичность последовательности с аминокислотной последовательностью, указанной в SEQ ID NO: 5, и/или фермент, который преобразует 3-гидроксибутирил-КоА в полигидроксибутират, имеющий по меньшей мере 80% идентичность последовательности с аминокислотной последовательностью, указанной в SEQ ID NO: 8.In a preferred embodiment of the invention, the microorganism contains an enzyme that converts acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA having at least 80% sequence identity with the amino acid sequence specified in SEQ ID NO: 2, an enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl -CoA having at least 80% sequence identity with the amino acid sequence specified in SEQ ID NO: 5, and/or an enzyme that converts 3-hydroxybutyryl-CoA to polyhydroxybutyrate having at least 80% sequence identity with the amino acid sequence, specified in SEQ ID NO: 8.

Пример 2Example 2

Этот пример демонстрирует продуцирование РНВ из газообразных субстратов в бутылках Шотта.This example demonstrates the production of RNV from gaseous substrates in Schott bottles.

Штаммы, сконструированные в Примере 1, выращивали небольшими партиями для испытания на продуцирование РНВ. Все работы проводились в строго анаэробных условиях (Hungate, Methods in microbiology, pages 117-132, Academic Press, New York, NY, 1969). Бутылки Шотта, выдерживающие высокое давление, содержащие модифицированную среду РЕТС (Корке, Appl Environ Microbiol, 11: 54675475, 2011) с тиамфениколом для удержания плазмиды и 2-(N-морфолино)этансульфоновую кислоту для буферизации, инокулировали штаммами, и в качестве единственного источника углерода в бутылки добавили газ, содержащий СО, СО2, H2 и N2 (при 50, 18, 3 и 29%, соответственно), до 21 фунт/кв.дюйм (0,1448 МПа). Культуры клеток выращивали при 37°С при вращательном встряхивании.The strains constructed in Example 1 were grown in small batches to test for RNV production. All work was carried out under strictly anaerobic conditions (Hungate, Methods in microbiology, pages 117-132, Academic Press, New York, NY, 1969). High-pressure Schott bottles containing modified PETS medium (Corke, Appl Environ Microbiol, 11: 54675475, 2011) with thiamphenicol for plasmid retention and 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid for buffering were inoculated with strains, and as the sole source carbon, gas containing CO, CO 2 , H 2 and N2 (at 50, 18, 3 and 29%, respectively) was added to the bottles to 21 psi (0.1448 MPa). Cell cultures were grown at 37°C with rotational shaking.

Рост клеток периодически контролировали до тех пор, пока культуры не вступили в стационарную фазу. После завершения роста клетки больше не обрабатывали в анаэробных условиях. Клетки собрали центрифугированием, их супернатанты отбросили, заморозили при -20°С и высушили лиофилизацией.Cell growth was periodically monitored until the cultures entered the stationary phase. Once growth was complete, cells were no longer treated under anaerobic conditions. Cells were collected by centrifugation, their supernatants were discarded, frozen at -20°C and freeze-dried.

Выход РНВ оценили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) таким же образом, как описано в другом документе (Karr, Appl Environ Microbiol, 46, 1339-1344, 1983). Вкратце, высушенные клетки обработали концентрированной серной кислотой и нагрели для преобразования РНВ в кротоновую кислоту. Образцы охладили, разбавили, отфильтровали и проанализировали методом ВЭЖХ с детектором УФ/видимого излучения для количественного определения кротоновой кислоты. Результаты первоначального продуцирования РНВ суммированы на фиг. 3, на которой проиллюстрировано успешное продуцирование ~ 1,15 мас.% РНВ в микроорганизме Вуда-Льюнгдаля.The yield of RNV was assessed by high performance liquid chromatography (HPLC) in the same manner as described elsewhere (Karr, Appl Environ Microbiol, 46, 1339-1344, 1983). Briefly, dried cells were treated with concentrated sulfuric acid and heated to convert PHB to crotonic acid. The samples were cooled, diluted, filtered and analyzed by HPLC with a UV/Vis detector to quantify crotonic acid. The results of initial RNV production are summarized in FIG. 3, which illustrates the successful production of ~1.15 wt.% RNV in the Wood-Ljungdahl microorganism.

Однако, учитывая низкие выходы по сравнению с нативными продуцентами, например, Cupriavidus и Pseudomonas, которые способны синтезировать полимеры, например, РНВ таким образом, что они составляют свыше 90% своего веса, представляется, что синтез РНВ из газа в микроорганизмах ВудаЛьюнгдаля не так прост, как у нативных продуцентов, растущих на негазообразных субстратах. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, авторы изобретения постулируют, что продуцирование РНВ в микроорганизмах Вуда-Льюнгдаля может потребовать адаптации кодонов, чтобы преодолеть различия в предпочтении pH, потребности в кислороде, путях использования субстрата и т.д. между микроорганизмами Вуда-Льюнгдаля и нативными продуцентами РНВ.However, given the low yields compared to native producers such as Cupriavidus and Pseudomonas, which are capable of synthesizing polymers such as RHV such that they constitute over 90% of their weight, it appears that the synthesis of RHV from gas in WoudLjungdahl microorganisms is not so simple , as in native producers growing on non-gaseous substrates. Without wishing to be bound by any particular theory, the inventors postulate that the production of RNV in Wood-Ljungdahl microorganisms may require codon adaptation to overcome differences in pH preference, oxygen demand, substrate utilization pathways, etc. between Wood-Ljungdahl microorganisms and native RNV producers.

После достижения образования РНВ в С. autoethanogenum из газообразных субстратов работу, описанную выше, повторили с изменением условий роста в целях изучения условий, которые могут способствовать/улучшить выход РНВ. В частности, были проведены эксперименты для повторения условий,After achieving the formation of RNV in C. autoethanogenum from gaseous substrates, the work described above was repeated with changes in growth conditions in order to study the conditions that may promote/improve the yield of RNV. In particular, experiments were carried out to replicate the conditions

- 14 044562 описанных выше (условие 1, фиг. 4А), чтобы измененить композиции газа на 50/30/10/10 CO/CO2/H2/N2 (условие 2, фиг. 4В), чтобы продлить инкубацию культуры до стационарной фазы (условие 3, фиг. 4С) и периодически обновлять газ в бутылках (условие 4, фиг. 4D). Как проиллюстрировано на фиг. 4A-4D, рост был аналогичным как для сконструированного штамма, так и для контрольного штамма при всех испытанных условиях.- 14 044562 described above (condition 1, Fig. 4A) to change the gas compositions to 50/30/10/10 CO/CO2/H2/N2 (condition 2, Fig. 4B) to extend the culture incubation to the stationary phase ( condition 3, Fig. 4C) and periodically refresh the bottled gas (condition 4, Fig. 4D). As illustrated in FIG. 4A-4D, growth was similar for both the engineered strain and the control strain under all conditions tested.

Клетки собрали и проанализировали на продуцирование РНВ, как описано выше. Результаты проиллюстрированы на фиг. 5, где показано продуцирование ~1,65 мас.% РНВ в условии 1, ~1,50 мас.% РНВ в условии 2, ~1,50 мас.% РНВ в условии 3 и ~0,85 мас.% РНВ в условии 4.Cells were collected and analyzed for RNV production as described above. The results are illustrated in Fig. 5, which shows the production of ~1.65 wt.% RNW in condition 1, ~1.50 wt.% RNW in condition 2, ~1.50 wt.% RNW in condition 3 and ~0.85 wt.% RNW in condition 4.

Пример 3Example 3

Этот пример демонстрирует продуцирование РНВ из газообразных субстратов при непрерывной ферментации.This example demonstrates the production of RHB from gaseous substrates during continuous fermentation.

Штамм, сконструированный в примере 1, был испытан при непрерывной ферментации с использованием газа в качестве основного источника углерода в условиях, аналогичных описанным в Valgepea, Cell Syst, 4: 505-515, 2017. Аналогично экспериментам, выполненным в бутылках Шотта, непрерывные культуры клеток выращивали и обрабатывали анаэробно. В отличие от бутылок Шотта, культуры клеток выращивали в непрерывном режиме в течение приблизительно 20 дней с постоянной подачей питательной среды. Для выращивания и получения РНВ использовали две разные газовые композиции: 50/20/20/10 СО/СО22/Аг и 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2. Поглощение газа контролировали методом массспектрометрии (МС) и периодически отбирали пробы для количественного определения жидких метаболитов методом ВЭЖХ.The strain constructed in Example 1 was tested in continuous fermentation using gas as the main carbon source under conditions similar to those described in Valgepea, Cell Syst, 4: 505-515, 2017. Similar to the experiments performed in Schott bottles, continuous cell cultures grown and processed anaerobically. Unlike Schott bottles, cell cultures were grown continuously for approximately 20 days with a constant supply of nutrient medium. To grow and obtain RNV, two different gas compositions were used: 50/20/20/10 CO/ CO2 / H2 /Ar and 50/20/2/28 CO/CO2/H2/N2. Gas uptake was monitored by mass spectrometry (MS) and samples were taken periodically for quantification of liquid metabolites by HPLC.

РНВ не определяли количественно до завершения непрерывной ферментации. Аналогично экспериментам с бутылкой Шотта, клетки собрали центрифугированием, заморозили и высушили лиофилизацией. Высушенные клетки впоследствии проанализировали на РНВ посредством обработки серной кислотой и нагревания для преобразования РНВ в кротоновую кислоту. Затем провели количественное определение РНВ методом ВЭЖХ. Результаты продуцирования РНВ при непрерывной ферментации проиллюстрированы на фиг. 6. В частности, микроорганизмы, выращенные на 20% газообразном водороде продуцировали ~0,45 мас.% РНВ, а микроорганизмы, выращенные на 2% газообразном водороде, продуцировали ~0,25 мас.% РНВ.RNV was not quantified until the end of the continuous fermentation. Similar to the Schott bottle experiments, cells were collected by centrifugation, frozen, and freeze-dried. The dried cells were subsequently analyzed for RHB by treatment with sulfuric acid and heating to convert RHB to crotonic acid. Then the quantitative determination of RNV was carried out by HPLC. The results of RNV production during continuous fermentation are illustrated in FIG. 6. Specifically, microorganisms grown on 20% hydrogen gas produced ~0.45 wt.% RHB, and microorganisms grown on 2% hydrogen gas produced ~0.25 wt.% RHB.

Пример 4Example 4

Этот пример демонстрирует оптимизацию ферментера для повышения продуцирования РНВ.This example demonstrates the optimization of a fermenter to increase RHB production.

В пределах непрерывной ферментации были испытаны различные условия для увеличения содержания РНВ в клетках. Пулы ацетил-КоА и NADPH увеличиваются при более низких концентрациях биомассы (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017). Таким образом, провели испытание, приведет ли более низкий стационарный уровень биомассы к более высокому РНВ за счет увеличения уровней пулов ацетил-КоА и NADPH. Было показано, что снижение скорости поглощения СО и, в целом, концентрации биомассы в ферментере увеличивает поток клеточных ресурсов к РНВ (фиг. 7).Various conditions were tested within a continuous fermentation to increase the RNV content in the cells. Acetyl-CoA and NADPH pools increase at lower biomass concentrations (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017). Therefore, it was tested whether lower steady-state biomass levels would lead to higher RBI by increasing the levels of acetyl-CoA and NADPH pools. It has been shown that reducing the rate of CO uptake and, in general, the concentration of biomass in the fermenter increases the flow of cellular resources to the RNV (Fig. 7).

Другим обнаруженным фактором, повышающим РНВ, был pH. При более высоком pH меньшее количество уксусной кислоты будет диффундировать и отсоединять движущую силу протонов (PMF) (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017). Таким образом, провели испытание, будет ли тратиться меньше энергии для поддержания PMF при увеличении pH от 5 до 5,5 или 6. Дополнительная доступная энергия обеспечит дополнительную АТР для поддержки продуцирования РНВ посредством уменьшения продуцирования ацетата, необходимого для продуцирования АТР. Изменение pH с 5,0 до 5,5 или 6,0 привело к увеличению продуцирования РНВ (~ в 12,5 раз при pH 5,5). Однако, значение pH 6,0 трудно сохранять, поскольку С. autoethanogenum оптимально растет при более кислом pH.Another factor found to increase RHB was pH. At higher pH, less acetic acid will diffuse and uncouple the proton motive force (PMF) (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017). Thus, it was tested whether less energy would be expended to maintain PMF by increasing the pH from 5 to 5.5 or 6. The additional energy available would provide additional ATP to support PPH production by reducing the production of acetate required to produce ATP. Changing the pH from 5.0 to 5.5 or 6.0 resulted in an increase in RHB production (~12.5-fold at pH 5.5). However, a pH value of 6.0 is difficult to maintain because C. autoethanogenum grows optimally at a more acidic pH.

Пример 5Example 5

Этот пример демонстрирует изменения уровня транскрипции и метаболизма при продуцировании РНВ по сравнению с контрольным штаммом (пустой плазмидой).This example demonstrates changes in the level of transcription and metabolism during the production of RNV compared to the control strain (empty plasmid).

Анализ данных транскриптома из секвенирования РНК был основан на ранее опубликованном Rсценарии (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017) со следующими модификациями: использование эталонной последовательности СР006763.1 С. autoethanogenum и ее аннотированного генома, описанного в Brown, Biotechnol. Biofuels, 7: 40, 2014; добавление нуклеотидной последовательности для трех генов РНВ (SEQ ID NO: 3, 6, 9.)Analysis of transcriptome data from RNA sequencing was based on a previously published R script (Valgepea, Cell Syst., 4: 505–515, 2017) with the following modifications: use of the C. autoethanogenum reference sequence CP006763.1 and its annotated genome described in Brown, Biotechnol . Biofuels, 7: 40, 2014; addition of nucleotide sequence for three RNV genes (SEQ ID NO: 3, 6, 9.)

Использовали пакет метаболомики, доступный в R (Livera and Bowne, R package, 2014) для проведения статистического анализа данных внутриклеточной метаболомики. Этот сценарий нормализует и интегрирует данные метаболомики в соответствие линейной модели (De Livera, Anal. Chem., 84: 1076810776, 2012). Внутриклеточные концентрации метаболитов были нормализованы по биомассе (мкмоль/гСКМ) перед импортом данных в сценарий. Было использовано подобие линейной модели с использованием обычной статистики (т.е. небайесовской) для статистического анализа данных метаболома (De Livera, Anal. Chem., 84: 10768-10776, 2012; De Livera, Metabolomics Tools for Natual Product Discovery, 2013).The metabolomics package available in R (Livera and Bowne, R package, 2014) was used to perform statistical analysis of intracellular metabolomics data. This script normalizes and integrates metabolomics data into a linear model fit (De Livera, Anal. Chem., 84: 1076810776, 2012). Intracellular metabolite concentrations were normalized to biomass (μmol/gSCM) before importing data into the script. Linear model similarity using conventional statistics (i.e. non-Bayesian) was used to statistically analyze metabolome data (De Livera, Anal. Chem., 84: 10768-10776, 2012; De Livera, Metabolomics Tools for Natural Product Discovery, 2013) .

Хотя аргинин не подавали, для пути аргининдеиминазы наблюдалось усиление активности, обнаружен альтернативный путь для обеспечения АТР в ацетогенах (Valgepea, Metab. Eng. 41: 202-211, 2017)Although arginine was not supplied, increased activity was observed for the arginine deiminase pathway, and an alternative pathway was discovered to provide ATP in acetogens (Valgepea, Metab. Eng. 41: 202-211, 2017)

- 15 044562 (значение q<0,01): аргининдеиминаза (CAETHG_3021, в ~7 раз); орнитинкарбамоилтрансфераза (CAETHG_3022, в ~6 раз); карбаматкиназа (CAETHG_3025, в ~3,3 раза). Кроме того, три гена, кодирующие комплекс Rnf, который является частью комплекса энергосбережения в ацетогенах (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809-821, 2014), показал увеличение в ~2 раза в штамме РНВ: (CAETHG_3231, значение q=0,02; CAETHG_3228, значение q=0,04 и CAETHG_3230, значение q=0,03). Эти наблюдения подчеркивают изменения в энергетическом метаболизме из-за гетерологичного продуцирования. Кроме того, экспрессия двух генов пути Вуда-Льюнгдаля (WLP), кодирующего СО-дегидрогеназу/ацетил-КоАсинтазу (CAETHG_1610, в ~ 1,4 раза; CAETHG_1611, в ~ 1,2 раза) и гена, кодирующего (FeFe)гидрогеназу (CAETHG_1691 (~ в 2,5 раза) были активированы в штамме РНВ. Эти изменения могут отражать увеличение, необходимое для продуцирования ацетил-КоА и NADPH для продуцирования РНВ (фиг. 1).- 15 044562 (q-value<0.01): arginine deiminase (CAETHG_3021, ~7 times); ornithine carbamoyltransferase (CAETHG_3022, ~6 times); carbamate kinase (CAETHG_3025, ~3.3-fold). In addition, three genes encoding the Rnf complex, which is part of the energy-saving complex in acetogens (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809-821, 2014), showed a ~2-fold increase in the RNV strain: (CAETHG_3231, q-value=0.02; CAETHG_3228, q-value=0.04 and CAETHG_3230, q-value=0.03). These observations highlight changes in energy metabolism due to heterologous production. In addition, the expression of two Wood-Ljungdahl pathway (WLP) genes encoding CO-dehydrogenase/acetyl-CoAsynthase (CAETHG_1610, ~1.4-fold; CAETHG_1611, ~1.2-fold) and a gene encoding (FeFe)hydrogenase ( CAETHG_1691 (~2.5-fold) were upregulated in the RNV strain.These changes may reflect the increase required for acetyl-CoA and NADPH production for RNV production (Fig. 1).

На уровне метаболом штамм РНВ имел более высокое внутриклеточное соотношение NADH/NAD+ по сравнению с ЕР. Это предполагает потенциальные изменения в окислительно-восстановительном состоянии после экспрессии РНВ. Продуцирование ацетата, основного нативного побочного продукта метаболизма С. autoethanogenum (Abrini, Arch. Microbiol., 161: 345-351, 1994; Marcellin, Green Chem., 18: 3020-3028, 2016), уменьшено по сравнению со штаммом EP на синтез-газе (значение р<0,01; двусторонняя равная дисперсия t-испытания). На отходящим газе сталелитейного завода никаких изменений не наблюдалось.At the metabolome level, strain RNV had a higher intracellular NADH/NAD+ ratio compared to EP. This suggests potential changes in the redox state following RNV expression. Production of acetate, the main native metabolic byproduct of C. autoethanogenum (Abrini, Arch. Microbiol., 161: 345-351, 1994; Marcellin, Green Chem., 18: 3020-3028, 2016), is reduced compared to the synthesis strain EP -gas (p value <0.01; two-tailed equal variance t-test). No changes were observed in the steel mill waste gas.

Пример 6Example 6

Этот пример показывает результаты реконструкций метаболической модели в масштабе генома (GEM). Метаболическая модель в масштабе генома GEM iCLAU786 (Valgepea, Cell Syst., 4: 505-515, 2017) была использована с добавлением пути РНВ. Моделирование проводили для штамма РНВ, выращенного на синтез-газе, во всех условиях, перечисленных выше.This example shows the results of genome-scale metabolic model (GEM) reconstructions. The genome-scale metabolic model GEM iCLAU786 (Valgepea, Cell Syst., 4: 505–515, 2017) was used with the addition of the RNV pathway. The simulation was carried out for the RNV strain grown on synthesis gas under all the conditions listed above.

Моделирование потока подтвердило, что было рассеяно меньшее количество СО2 в условиях с более высоким РНВ (т.е. низкая биомасса и pH 5,5). Кроме того, как было отмечено ранее (Valgepea, Cell Syst, 4: 505-515, 2017), эти моделирования также показали, что CO2 непосредственно восстанавливался до формиата посрдством Н2 через активность формиат-H2-лиазы ферментного комплекса электронбифуркационной гидрогеназы-формиат-дегидрогеназы (HytA-E/FdhA) (Wang, J. Bacteriol, 195: 4373-4386, 2013). Это дает преимущество по сравнению с восстановлением CO2 посредством расходования окислительно-восстановительного потенциала формиат-дегидрогеназы, потому что окислительновосстановительный потенциал не расходуется в процессе восстановления CO2 в WLP с использованием бывшего ферментного комплекса. Было также отмечено, что в экспериментах низкая биомасса и pH 5,5 уравновешивание общего количества восстановленного ферредоксина достигалось посредством увеличения или уменьшения потока для некоторых ключевых реакций, например, AOR (альдегидферредоксин-оксидоредуктазы), комплекса Nfn, или реакции бифуркации метилен-ТГФ-редуктазы, по сравнению с контролем (РНВ20).Flux modeling confirmed that less CO 2 was dissipated under conditions with higher RPH (i.e. low biomass and pH 5.5). In addition, as noted previously (Valgepea, Cell Syst, 4: 505-515, 2017), these simulations also showed that CO2 was directly reduced to formate by H2 through the formate- H2 -lyase activity of the electron bifurcation hydrogenase-formate enzyme complex -dehydrogenase (HytA-E/FdhA) (Wang, J. Bacteriol, 195: 4373-4386, 2013). This provides an advantage over CO2 reduction by formate dehydrogenase redox consumption because redox potential is not consumed in the process of CO2 reduction in WLP using the former enzyme complex. It was also noted that in low biomass and pH 5.5 experiments, equilibration of the total amount of reduced ferredoxin was achieved by increasing or decreasing the flux for some key reactions, e.g., AOR (aldehyde ferredoxin oxidoreductase), Nfn complex, or methylene-THF reductase bifurcation reaction , compared to control (РНВ20).

Удивительно, что контрольное условие (РНВ20), in silico, имело более низкие затраты на поддержание АТР (ммоль/гСКМ/ч) и затраты на поддержание АТР от общего продуцирования АТР (%mATP) по сравнению с условием PHBpH5,5.Surprisingly, the control condition (PHB20), in silico, had a lower ATP maintenance cost (mmol/gSCM/h) and ATP maintenance cost of total ATP production (%mATP) compared to the PHBpH5.5 condition.

Также было запущено моделирование для определения, являются ли АТР, NADH, NADPH или восстановленный ферредоксин (Fdred) ограничивающими продуцирование РНВ. Моделирование показало, что при доставке АТР продуцирование РНВ (ммоль/гСКМ/ч) достигало своего максимального значения среди ограничивающих кандидатов во всех испытуемых условиях (т.е. РНВ20, РНВ низкая биомасса и PHBpH5,5). Это наблюдение согласуется с пониманием того, что метаболизм ацетогена ограничен АТР (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809-821, 2014). Модель также показала, что после ограничения посредством ATP, продуцирование РНВ ограничивается наличием Fdred, NADPH и затем NADH (фиг. 8).Simulations were also run to determine whether ATP, NADH, NADPH, or reduced ferredoxin (Fd red ) were limiting for RNV production. The simulations showed that upon ATP delivery, RPH production (mmol/gSCM/h) reached its maximum value among the limiting candidates in all tested conditions (i.e., RHB20, RHB low biomass, and PHBpH5.5). This observation is consistent with the understanding that acetogen metabolism is limited by ATP (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809–821, 2014). The model also showed that, after being limited by ATP, PHB production is limited by the presence of Fd red , NADPH and then NADH (Fig. 8).

Этот результат подтверждает важность АТР и Fdred как высокоэнергетических носителей в ацетогенах. Поскольку АТР преимущественно поддерживает анаболизм и работоспособность клеток, Fdred имеет важное значение для энергосберегающего комплекса Rnf (Biegel, Cell. Mol. Life Sci. 68: 613-634, 2011) и известно, что только Fdred обеспечивает электроны для восстановления CO2 до СО в карбонильной ветви WLP (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809-821, 2014).This result confirms the importance of ATP and Fd red as high-energy carriers in acetogens. Since ATP primarily supports anabolism and cell performance, Fd red is essential for the energy-saving Rnf complex (Biegel, Cell. Mol. Life Sci. 68: 613-634, 2011) and only Fd red is known to provide electrons for the reduction of CO 2 to CO in the carbonyl branch of WLP (Schuchmann and Muller, Nat. Rev. Microbiol. 12: 809-821, 2014).

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 had been separately and specifically indicated for inclusion by reference and set forth herein in its entirety. volume. In this specification, reference to any prior art does not constitute, 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) включает в себя как единственное, так и множественное число, если только в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту. Термины состоящий из, имеющий, включаюThe use of singular terms and similar references in the context of the description of this invention (especially in the context of the claims below) should be considered to include both the singular and plural, unless otherwise stated herein or otherwise clearly inconsistent context. Terms consisting of, having, including

--

Claims (5)

щий в себя и содержащий следует рассматривать как неограничивающие термины (т.е. означающие включая, но не ограничиваясь ими), 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 либо любую из вышеуказанных комбинацию альтернатив. В контексте данного документа термин около означает ±20% от указанного диапазона, значения или структуры, если не указано иное.including and containing should be considered non-limiting terms (i.e., including but not limited to) unless otherwise noted. The term essentially consisting of limits the scope of the composition, process or method to specified materials or steps, or that does not significantly affect the essential and novel 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 stated 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, процентный диапазон, диапазон соотношений, диапазон целых чисел, диапазон размеров или диапазон толщин следует понимать, как включающий в себя значение любого целого числа в указанном диапазоне и, при необходимости, его доли (например, одну десятую и одну сотую целого числа), если не указано иное.The listing of ranges of values herein is simply intended to serve as a shorthand way of referring individually to each individual value falling within the specified range, unless otherwise indicated herein, each individual value being included in this description as if 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 range and, where appropriate, fractions thereof (e.g., one tenth and one hundredth whole number) unless otherwise noted. Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту. Применение любых и всех примеров или типичных формулировок (например, например), предложенных в данном документе, предназначено просто для лучшего освещения данного изобретения и не налагает ограничения на объем данного 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.All methods described herein may be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly inconsistent with the context. The use of any and all examples or exemplary language (eg, for example) proposed herein is intended merely to better illuminate the present invention and does not constitute a limitation on the scope of the present invention unless otherwise stated. Nothing contained in this specification should be construed as indicating any unclaimed element as being necessary for the practice of this invention. В данном документе описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения. Вариации таких предпочтительных вариантов осуществления изобретения могут стать очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения приведенного выше описания. Авторы изобретения ожидают, что квалифицированные специалисты будут использовать такие вариации при необходимости, при этом авторы изобретения предполагают, что данное изобретение будет осуществлено на практике иначе, чем конкретно описано в данном документе. Соответственно, данное изобретение включает в себя все модификации и эквиваленты предмета изобретения, приведенные в прилагаемой формуле изобретения, как это установлено действующим законодательством. Кроме того, любая комбинация описанных выше элементов во всех возможных их вариациях включена в данное изобретение, если в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту.This document describes preferred embodiments of the present invention. Variations on such preferred embodiments may become apparent to those skilled in the art upon reading the foregoing description. The inventors expect that those skilled in the art will use such variations as necessary, and the inventors expect that the invention will be practiced differently 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 possible variations thereof, is included in this invention, unless otherwise indicated herein or otherwise clearly inconsistent with the context. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Не встречающийся в природе микроорганизм Вуда-Льюнгдаля Closthdium autoethanogenum для продуцирования полигидроксибутирата, содержащий:1. A non-naturally occurring Wood-Ljungdahl microorganism Closthdium autoethanogenum for the production of polyhydroxybutyrate, containing: a. нуклеиновую кислоту, кодирующую гетерологический фермент, который преобразует ацетилКоА в ацетоацетил-КоА и представляет собой ацетил-КоА-С-ацетилтрансферазу (ЕС 2.3.1.9),a. a nucleic acid encoding a heterologous enzyme that converts acetylCoA to acetoacetyl-CoA and is acetyl-CoA-C acetyltransferase (EC 2.3.1.9), b. нуклеиновую кислоту, кодирующую гетерологический фермент, который преобразует ацетоацетил-КоА в 3-гидроксибутирил-КоА и представляет собой ацетоацетил-КоА-редуктазу (ЕС 1.1.1.36) или 3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназу (ЕС 1.1.1.157), а такжеb. a nucleic acid encoding a heterologous enzyme that converts acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA and is acetoacetyl-CoA reductase (EC 1.1.1.36) or 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.157), and c. нуклеиновую кислоту, кодирующую гетерологический фермент, который преобразует 3гидроксибутирил-КоА в полигидроксибутират и представляет собой полигидроксиалканоат-синтазу (ЕС 2.3.1.-), где указанный микроорганизм потребляет газообразные субстраты, содержащие Н2 и по меньшей мере один из СО и СО2.c. a nucleic acid encoding a heterologous enzyme that converts 3hydroxybutyryl-CoA into polyhydroxybutyrate and is a polyhydroxyalkanoate synthase (EC 2.3.1.-), where the specified microorganism consumes gaseous substrates containing H 2 and at least one of CO and CO 2 . 2. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что ацетил-КоА-С-ацетилтрансфераза получена из: Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.2. The microorganism according to claim 1, characterized in that the acetyl-CoA-C-acetyltransferase is obtained from: Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Clostridium acetobutylicum, Cupriavidus necator, Escherichia coli, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida or Streptomyces coelicolor. 3. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что ацетоацетил-КоА-редуктаза получена из: Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida или Streptomyces coelicolor.3. Microorganism according to claim 1, characterized in that the acetoacetyl-CoA reductase is obtained from: Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescen s, Pseudomonas mandelii, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas putida or Streptomyces coelicolor. 4. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что 3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназа получена из: Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum или Clostridium kluyveri.4. Microorganism according to claim 1, characterized in that the 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase is obtained from: Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum or Clostridium kluyveri. 5. Микроорганизм по п.1, отличающийся тем, что полигидроксиалканоат-синтаза получена из: Acinetobacter baumannii, Aeromonas caviae, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa,5. Microorganism according to claim 1, characterized in that the polyhydroxyalkanoate synthase is obtained from: Acinetobacter baumannii, Aeromonas caviae, Aeromonas hydrophilia, Alcaligenes latus, Arthrospira platensis, Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Cupriavidus necator, Haloferax mediterranei, Pseudomonas aeruginosa, --
EA202090887 2017-10-04 2018-10-04 OBTAINING POLYHYDROXYBUTYRATE IN THE WOOD-LJUNGDAHL MICROORGANISM EA044562B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/568,127 2017-10-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044562B1 true EA044562B1 (en) 2023-09-06

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016191625A1 (en) Genetically engineered microorganisms for the production of chorismate-derived products
JP2021506247A (en) Microorganisms and methods for the biological production of ethylene glycol
JP2024009798A (en) Production of polyhydroxybutyrate in wood-ljungdahl microorganism
CN111225978A (en) Gene knockout of WOOD-LJUNGDAHL microorganism
TW202212566A (en) Recombinant microorganisms and uses therefor
TWI824995B (en) Arginine supplementation to improve efficiency in gas fermenting acetogens
JP6554102B2 (en) Fermentation process
US20220213517A1 (en) Production of polyhydroxybutyrate in wood-ljungdahl microorganisms
EA044562B1 (en) OBTAINING POLYHYDROXYBUTYRATE IN THE WOOD-LJUNGDAHL MICROORGANISM
AU2021284451B2 (en) Microorganism with knock-in at acetolactate decarboxylase gene locus
EP3397769A1 (en) Microorganism with modified hydrogenase activity
JP2023523343A (en) Fermentative production of β-ketoadipates from gaseous substrates
TW202307202A (en) Microorganisms and methods for improved biological production of ethylene glycol
JP2014161252A (en) Recombinant cells