EP1761628A2 - Neue, geruchsstoffe bildende genprodukte von bacilllus licheniformis und darauf aufbauende verbesserte biotechnologische produktionsverfahren - Google Patents

Neue, geruchsstoffe bildende genprodukte von bacilllus licheniformis und darauf aufbauende verbesserte biotechnologische produktionsverfahren

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EP1761628A2
EP1761628A2 EP05752264A EP05752264A EP1761628A2 EP 1761628 A2 EP1761628 A2 EP 1761628A2 EP 05752264 A EP05752264 A EP 05752264A EP 05752264 A EP05752264 A EP 05752264A EP 1761628 A2 EP1761628 A2 EP 1761628A2
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EP
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seq
acid
identity
synthesis
coa
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Ceased
Application number
EP05752264A
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Cornelius Bessler
Jörg FEESCHE
Stefan Evers
Karl-Heinz Maurer
Armin Ehrenreich
Birgit Veith
Heiko Liesegang
Anke Henne
Christina Herzberg
Gerhard Gottschalk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
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Publication date
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    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • the present invention relates to 25 genes of B. licheniformis not previously described and gene products derived therefrom which are involved in the formation of odorous substances on five different metabolic pathways, as well as biotechnological principles ⁇ methods that are improved insofar as due to the identification of these genes, the formation of these odors can be reduced.
  • the present invention is in the field of biotechnology, in particular the production of recyclables by fermentation of microorganisms which are capable of forming the valuable substances of interest.
  • microorganisms which are capable of forming the valuable substances of interest.
  • These include, for example, the production of low molecular weight compounds, such as food supplements or pharmaceutically relevant compounds, or of proteins, which in turn is due to their diversity, a large technical application.
  • the metabolic properties of the microorganisms in question are utilized and / or modified for the production of valuable substances; in the second case, cells are used which express the genes of the proteins of interest. In both cases, therefore, most of them are genetically modified organisms (GMOs).
  • GMOs genetically modified organisms
  • the microorganisms in question are cultured in fermenters, the metabolic properties are designed accordingly. During cultivation, they metabolize the substrate offered and, in addition to the actual product, usually form a multiplicity of further substances, which are generally of no interest and / or which can lead to undesirable side effects.
  • Odors commonly found in the fermentation of microorganisms are evoked by small organic molecules from the classes of volatile, branched and unbranched fatty acids, alcohols and diamines. These include isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid from the class of branched fatty acids, butyric acid, propylic acid (unbranched fatty acids), butanol (alcohol), cadaverine and putrescine (diamines).
  • Some of these volatile substances are also toxic to humans and animals, such as cadaverine and putrescine, also known as corpse poisons. They can therefore not only be defined as odorants, but depending on the concentration and exposure time for the organism in question as toxins.
  • the usual workup of the recyclables formed in addition to steps for removing cell debris and higher molecular weight compounds also includes additional process steps, which are referred to as deodorization.
  • deodorization there are usually filtrations, Precipitation steps and / or chromatography steps, each contributing to deodorization to a certain extent. Nevertheless, all these steps carried out for the separation lead only to an insufficient purity according to the abovementioned standards.
  • the exhaust air of the fermenters is also controlled to minimize the load during the production process.
  • the metabolic pathway for the synthesis of isovaleric acid (as part of leucine catabolism)
  • the metabolic pathway for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (as part of the valine and / or isoleucine catabolism)
  • the metabolic pathway for the synthesis of butanol and / or butyric acid (as part of the butyric acid) Metabolism)
  • the metabolic pathway for the synthesis of propionic acid (as part of the propionate metabolism)
  • the metabolic pathway for the synthesis of cadaverine and / or putrescine (as part of the lysine and / or arginine catabolism).
  • nucleotide and amino acid sequences coding for these proteins / enzymes were completely determined via sequencing of associated genes in B.licheniformis DSM 13 and thus made available for the desired modification of the microorganisms of interest. They are in the Sequence Listing for compiled this application. These are the following nucleic acids (odd numbers) and derived amino acid sequences of enzymes or proteins as parts of such enzymes consisting of several subunits (each consecutive even numbers): - putative branched-chain amino acid aminotransferase (EC 2.6.1.42) , defined by SEQ ID NO. 1 and 2, - putative branched-chain amino acid aminotransferase (EC 2.6.1.42), defined by SEQ ID NO.
  • - Lysine and / or Arg inin-Decarboxy läse protein SpeA; EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19
  • SEQ ID NO. 5 protein speA
  • 6 - NADH-dependent butanol dehydrogenase A (protein YugJ; EC 1.1.1.-) are defined by SEQ ID NO. 7 (gene yJgJ) and 8, - butyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.25) or acyl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.-), defined by SEQ ID NO.
  • solutions according to the invention of the set task are in each case those nucleic acids and proteins which actually originate from microorganisms. Which of these genes is given preference should be determined experimentally, taking into account the individual strain to be cultured (and possibly different gene activities) and the respective metabolic situation (for example (over) supply of certain C or N sources). For this purpose, a series of several mutants of the various genes of equal importance must be generated in parallel and cultured under otherwise identical conditions.
  • these gene products are available according to the present invention for reaction mixtures or processes according to their respective biochemical properties, including in particular the synthesis of (1) isovaleric acid, (2) 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3) butanol and / or butyric acid, (4) propylic acid and / or (5.) cadaverine and / or putrescine.
  • the large-scale fermentation is thereby improved, which should also lead to a cost reduction of the fermentation products.
  • genes and gene products are thus available for a variety of applications, for example for the chemical and / or at least partially biocatalyzed synthesis of the relevant compounds.
  • Nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (putative branched chain amino acid aminotransferase; EC 2.6.1.42), having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol and / or butyric acid (acyl-CoA dehydrogenase; EC 1.3.99.-) having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • 9 nucleotide sequence has at least 79% identity, and more preferably at least 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity;
  • Gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol and / or butyric acid (acyl-CoA dehydrogenase, EC 1.3.99.-), having an amino acid sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • Gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol and / or butyric acid (acyl-CoA dehydrogenase, EC 1.3.99.-), having an amino acid sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleotide sequence having at least 67% identity, and more preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99%, and most preferably 100% identity;
  • 15 nucleotide sequence has at least 65% identity and increasingly preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity ;
  • Gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (putative enoyl-CoA hydratase protein, EC 4.2.1.17), having an amino acid sequence identical to that shown in SEQ ID NO.
  • At least 66% identity and more preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 87.5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99%, and especially preferably has 100% identity;
  • EchA8 nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (probable enoyl-CoA hydratase; EC 4.2.1.17), having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleic acid coding for a gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (acyl-CoA-dehydrogenase; EC 1.3.99.-), having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • - Gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (acyl-CoA-dehydrogenase), having an amino acid sequence corresponding to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO.
  • nucleotide sequence has at least 67% identity and increasingly preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity ; Genetic product AscA (acetyl-coenzyme A synthetase; EC 6.2.1.1) involved in the synthesis of propyl acid, having an amino acid sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • AscA acetyl-coenzyme A synthetase
  • Nucleic acid yngF coding for a gene product (3-hydroxybutyryl-CoA dehydratase, EC 4.2.1.55) involved in the synthesis of butanol and / or butyric acid, having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • 25 nucleotide sequence has at least 68% identity and increasingly preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity ;
  • YngF 3-hydroxybutyryl-CoA dehydratase, EC 4.2.1.55 gene product involved in the synthesis of butanol and / or butyric acid, having an amino acid sequence identical to that shown in SEQ ID NO.
  • Nucleic acid yusJ coding for a gene product involved in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol and / or butyric acid (acyl-CoA dehydrogenase; EC 1.3.99.-), having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • 27 has at least 77% identity and more preferably at least 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity;
  • Gene product YusJ acyl-CoA dehydrogenase; EC 1.3.99.-
  • isovaleric acid 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol and / or butyric acid, having an amino acid sequence which corresponds to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO.
  • nucleic acid ykwC encoding a gene product involved in the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (hypothetical oxidoreductase; EC 1.1.-.-), having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • 29 nucleotide sequence has at least 77% identity, and more preferably at least 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity;
  • YkwC hypothetical oxidoreductase; EC 1.1.-.-) gene protein involved in the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, having an amino acid sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO. At least 85% identity and more preferably at least 87.5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% of the amino acid sequence indicated.
  • nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of butanol and / or butyric acid having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleotide sequence 99% and most preferably 100% identity;
  • Gene product involved in the synthesis of butanol and / or butyric acid probable phosphate butyryltransferase, EC 2.3.1.19, having an amino acid sequence identical to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of butanol and / or butyric acid (probable butyrate kinase, EC 2.7.2.7) having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • a nucleic acid acsA coding for a gene product involved in the synthesis of propyl acid (acetyl-coenzyme A synthetase; EC 6.2.1.1) having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO. At least 79% identity, and more preferably at least 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, and most preferably 100% identity of the indicated nucleotide sequence
  • Nucleic acid speA coding for a gene product involved in the synthesis of cadaverine and / or putrescine (lysine and / or arginine decarboxylase, EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19), having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO , At least 68% identity, and more preferably at least 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity
  • Gene product SpeA (lysine and / or arginine decarboxylase, EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19) participating in the synthesis of cadaverine and / or putrescine, having an amino acid sequence which corresponds to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO
  • nucleic acid encoding a gene product involved in the synthesis of 2-methylbutyric acid (similar to 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, EC 1.1.1.35), having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • 43 nucleotide sequence has at least 76% identity and more preferably at least 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity;
  • - Gene product involved in the synthesis of 2-methylbutyric acid similar to 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, having an amino acid sequence identical to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleic acid yhfL encoding a gene product involved in the synthesis of propylic acid (probable acid CoA ligase; EC 6.2.1.-) having a nucleotide sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO.
  • nucleotide sequence has at least 67% identity and more preferably at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity ;
  • Genetic product YhfL probable acid CoA ligase, EC 6.2.1.- involved in the synthesis of propylic acid, having an amino acid sequence identical to that shown in SEQ ID NO.
  • Nucleic acid ywhG coding for a gene product (agmatinase, EC 3.5.1.11) involved in the synthesis of cadaverine and / or putrescine, having a nucleotide sequence which corresponds to that shown in SEQ ID NO.
  • 49 nucleotide sequence has at least 85% identity, and more preferably at least 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% and most preferably 100% identity;
  • YwhG agmatinase, EC 3.5.1.11 gene product involved in the synthesis of cadaverine and / or putrescine, having an amino acid sequence corresponding to that shown in SEQ ID NO. 50 amino acid sequence has at least 97% identity and increasingly preferably at least 97.5%, 98%, 98.5%, 99%, 99.5% and particularly preferably 100% identity.
  • an expression of the form "at least X%” means "X% to 100% including the vertices X and 100 and all integer and non-integer values in between”.
  • the names of the respective enzymes depend on the specific, catalyzed by them reactions, as shown for example in Figures 1 to 7. (More detailed explanations of the figures and the relevant metabolic pathways will follow below.) Thus, it is also possible that a single enzyme is able to catalyze two reactions which are almost identical chemically, but are assigned to different pathways based on the respective substrate. This can also be accompanied by a different enzyme classification (E.C. numbers) according to the IUBMB. According to the invention, the enzyme name depends on the respective specific reaction. For this is also the concrete in the course of the present invention realized or possibly hingepad function.
  • genes and gene products can now be synthetically synthesized by methods known per se, and without having to reprocess the sequencing described in Example 1, using these sequences.
  • a Bacillus strain in particular the B. licheniformis DSM 13 strain obtainable from the DSMZ, using the respective border sequences given in the sequence listing for the synthesis of primers .
  • the respective homologous genes are obtained for this purpose, wherein the PCR should be all the more successful, the closer the selected strains are related to B.licheniformis DSM 13, because thus an increasing Sequenzüberein ⁇ mood should also be accompanied within the primer binding regions.
  • nucleic acids given in the sequence listing may also be used as DNA probes to detect the respective homologous genes in preparations of genomic DNA of other species.
  • the procedure for this is known per se; as well as the isolation of the genes thus obtained, their cloning, their expression and recovery of the associated proteins. In particular, it is intended to work such steps, as shown in Example 1 for B. licheniformis itself.
  • proteins can be synthesized based on the amino acid sequences shown in the present Sequence Listing and antibody can be generated therewith. These are then useful, for example, in Western blots for the detection of the homologous protein in cell extracts of the host cells of interest.
  • nucleic acids mentioned here coding for a participating in the synthesis of isovaleric acid, 2-methylbutyric acid, isobutyric acid, butanol, butyric acid, propionic acid, cadaverine and / or putrescine and as above with reference to SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 or 49 according to the invention defined gene product, in each case the one which is natural is contained in a microorganism, preferably a bacterium, more preferably a Gram-positive bacterium, of which preferably one of the genus Bacillus, among these particularly preferably one of the species B. licheniformis and most particularly preferred B. licheniformis DSM13.
  • a microorganism preferably a bacterium, more preferably a Gram-positive bacterium, of which preferably one of the genus Bacillus, among these particularly preferably one of the species B. lichen
  • nucleic acids concerned from natural species in particular microorganisms
  • those which are capable of fermentation and which are actually used in large-scale fermentations are increasingly preferred with regard to the stated task.
  • These include in particular representatives of the genera Staphylococcus, Corynebacterium and Bacillus. These include, for example, S. carnosus and C. glutamicum, as well as B. subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. lentus, B. globigii and B. alkalophilus.
  • B. licheniformis DSM13 because from it the exact sequences listed in the Sequence Listing could be obtained.
  • Solutions of the stated object and thus independent embodiments of the present invention thus represent all processes for the fermentation of a microorganism in which at least one of the genes is functionally inactivated on a metabolic pathway for the synthesis of isovaleric acid (as part of the leucine catabolism).
  • sequencing of the genomic DNA of B. licheniformis DSM 13 allowed identification of several of the genes coding for enzymes or their subunits lying in this pathway. These are the following Genes (the preceding number indicates the reaction involving the enzyme in question): (2) 3-methyl-2-oxobutanoate dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase E1 (EC 1.2.4.2), defined via SEQ ID NO. 45, (4) a subunit of acyl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.-), defined by SEQ ID NO.
  • the functionally inactivated enzyme is the homologue which is naturally active in the microorganism in question in question to one of the following proteins from B. licheniformis DSM 13: (2) 3-methyl-2-oxobutanoate Dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase E1 (EC 1.2.4.2), defined by SEQ ID NO. 46, (4) a subunit of acyl-CoA dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), defined by SEQ ID NO. 10, 12, 22 or 28, and (7.) Enoyl-CoA hydratase (protein) (E.C. 4.2.1.17), defined via SEQ ID NO. 16, 18, 20 or 42.
  • the functionally inactivated enzyme is the homologue which is naturally active in the microorganism in question in question to one of the following proteins from B. licheniformis DSM 13: (2) 3-methyl-2-oxobutanoate Dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase
  • Enoyl-CoA hydratase protein
  • EC 4.2.1.17 Enoyl-CoA hydratase (protein)
  • SEQ ID NO. 15, 17, 19 Gene echA ⁇
  • 41 gene ysiB
  • For the task set should preferably be a causal, that is, at the molecular biological level applying solution can be found. This is available with the specified nucleotide sequences. How such deletions can be made is explained in Example 3; Further remarks on this will be given below because they apply in principle to all described metabolic pathways.
  • Another embodiment of the present invention provides the use of a gene corresponding to the nucleic acid encoding one of the following ⁇ . lichenogenis DSM 13, for the functional inactivation of a metabolic pathway for the synthesis of isovaleric acid (as part of leucine catabolism) on a genetic level in a microorganism: (2) 3-methyl-2-oxobutanoate dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase E1, respectively (EC 1.2.4.2), defined via SEQ ID NO. 45, (4) a subunit of acyl-CoA dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), defined via SEQ ID NO.
  • Solutions of the object and thus independent embodiments of the present invention thus represent all processes for the fermentation of a microorganism in which at least one of the genes on a metabolic pathway for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid (as part of valine and / or isoleucine Catabolism) is functionally inactivated.
  • branched-chain amino acid aminotransferase (EC 2.6.1.42), (2) 3-methyl-2-oxobutanoate dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase E1 (EC 1.2.4.2), (3.) enzyme for the hydrolysis of 2-methyl-butyryl-CoA to 2-methylbutyric acid or isobutyryl-CoA to isobutyric acid and coenzyme A, (4.) acyl-CoA Dehydrogenase (EC 1.3.99.-), (5.) Enoyl-CoA hydratase (protein) (EC 4.2.1.17), (6.) 3-hydroxy-acyl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.35) , (7) acetyl-CoA-acyl-transferase, (8) Enoyl- (3-hydroxyisobutyryl) -CoA-hydr
  • Enoyl CoA hydratase protein (EC 4.2.1.17), defined via SEQ ID NO. 16, 18, 20 or 42, (6) 3-hydroxy-acyl-CoA-dehydrogenase (EC 1.1.1.35), defined by SEQ ID NO. 44, (8) Enoyl- (3-hydroxyisobutyryl) -CoA-hydrolase protein, defined via SEQ ID NO. 18 and (9) 3-hydroxy-isobutyrate dehydrogenase (EC 1.1.1.31) or oxidoreductase (EC 1.1.-.-.), Defined via SEQ ID NO. 30th
  • Enoyl-CoA hydratase (protein) (E.C. 4.2.1.17), defined via SEQ ID NO. 15, 17, 19 (gene echAS) or 41 (gene ysiB), (6) 3-hydroxy-acyl-CoA dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), defined via SEQ ID NO. 43, (8) Enoyl- (3-hydroxyisobutyryl) -CoA-hydrolase protein, defined via SEQ ID NO. 17 and (9) 3-hydroxy-isobutyrate dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) or oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), Defined via SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC).
  • nucleic acids according to the invention within the above-described region of homology to (L) SEQ ID NO. 1 or 3, (2) 45, (4) 9, 11, 21 or 27, (5) 15, 17, 19 or 41, (6) 43, (8) 17 and (9) 29, preferably one, more preferably two parts of each of these sequences, each comprising at least 70 contiguous positions.
  • acyl-CoA-dehydrogenase (EC 1.3.99.-), defined by SEQ ID NO. 9, 11, 21 or 27 (gene yusJ), (5.) Enoyl-CoA hydratase (protein) (EC 4.2.1.17), defined via SEQ ID NO. 15, 17, 19 (gene echA8) or 41 (gene ysiB), (6) 3-hydroxy-acyl-CoA-dehydrogenase (EC 1.1.1.35), defined via SEQ ID NO. 43, (8) Enoyl- (3-hydroxyisobutyryl) -CoA-hydrolase protein, defined via SEQ ID NO.
  • nucleic acids according to the invention within the above-described region of homology to (L) SEQ ID NO. 1 or 3, (2) 45, (4) 9, 11, 21 or 27, (5) 15, 17, 19 or 41, (6) 43, (8) 17 and (9) 29 for functional inactivation, preferably one, more preferably two parts of each of these sequences, these parts each comprising at least 70 contiguous positions.
  • Solutions of the stated object and thus independent embodiments of the present invention thus represent all processes for the fermentation of a microorganism in which at least one of the genes on a metabolic pathway for the synthesis of butanol and / or butyric acid (as part of the butyric acid metabolism) is functionally inactivated.
  • this is any such method in which the microorganism forms only 50% of the amount naturally formed under the same conditions, preferably only 10%, more preferably no butanol or no butyric acid.
  • sequencing of the genomic DNA of B. licheniformis DSM 13 has been used to identify several of the genes responsible for enzymes along the way or code for their subunits. These are the following genes (the preceding number indicates the reaction involving the enzyme in question): (1) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.157), defined by SEQ ID NO. 13, (2) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydratase (EC 4.2.1.55), defined via SEQ ID NO. 25 (gene yngF), (3) butyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.25), defined via SEQ ID NO.
  • licheniformis DSM 13 is: (1) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), defined via SEQ ID NO. 14, (2) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydratase (E.C. 4.2.1.55), defined via SEQ ID NO. 26, (3) butyryl-CoA dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), defined by SEQ ID NO. 10, 12 or 28, (4) phosphate butyryl transferase (E.C.
  • Another embodiment of the present invention provides the use of a gene corresponding to the nucleic acid encoding one of the following B. licheniformis DSM 13 proteins for functional inactivation of a metabolic pathway for the synthesis of butanol and / or butyric acid (as part of the butyric acid).
  • Metabolism at the genetic level in a microorganism: (1) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.157), defined by SEQ ID NO. 13, (2) 3-hydroxybutyryl-CoA dehydratase (EC 4.2.1.55), defined via SEQ ID NO. 25 (gene yngF), (3) butyryl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.25), defined via SEQ ID NO.
  • nucleic acids according to the invention within the above-described region of homology to (L) SEQ ID NO. 13, (2) 25, (3) 9, 11 or 27, (4) 31, (5) 33 and (8) 7 for functional inactivation, preferably one, more preferably two parts of each one these sequences, each of these parts comprising at least 70 contiguous positions.
  • Solutions of the object and thus independent embodiments of the present invention thus represent all processes for the fermentation of a microorganism in which at least one of the genes is functionally inactivated on a metabolic pathway for the synthesis of propionic acid (as part of the propionate metabolism).
  • this is any such method in which the microorganism forms only 50% of the amount naturally formed under the same conditions, preferably only 10%, particularly preferably no propylic acid.
  • the functionally inactivated enzyme is the homologue which is naturally active in the microorganism in question, to one of the following B. licheniformis DSM proteins: acetate-CoA ligase or synthetase or propionate-CoA - Ligase or synthetase (EC 6.2.1.1), defined by SEQ ID NO. 36, 38, 48 or 24.
  • Another embodiment of the present invention contemplates the use of a gene corresponding to the nucleic acid encoding one of the following B. licheniformis DSM 13 proteins for functional inactivation of a metabolic pathway for the synthesis of propionic acid (as part of the propionate metabolism) for genetic engineering Level in a microorganism is: acetate CoA ligase or synthetase or propionate CoA ligase or synthetase (EC 6.2.1.1), defined by SEQ ID NO. 35 (gene acsA), 37 (gene ytcl), 47 (gene yhfL) or 23 (gene acsA).
  • nucleic acids according to the invention within the above-described region of homology to SEQ ID NO. 35, 37, 47 or 23 for functional inactivation, preferably of one, more preferably of two parts in each case one of these sequences, these parts each comprising at least 70 contiguous positions.
  • FIGS. 6 for lysine and cadaverine derived therefrom
  • FIG. 7 for arginine and the derived from putrescine
  • Solutions of the stated object and thus independent embodiments of the present invention thus represent all processes for the fermentation of a microorganism in which at least one of the genes on a metabolic pathway for the synthesis of cadaverine and / or putrescine (as part of the lysine and / or arginine catabolism ) is functionally inactivated.
  • this is any such method in which the microorganism forms only 50% of the amount naturally formed under the same conditions, preferably only 10%, more preferably no cadaverine and / or no putrescine.
  • the functionally inactivated enzyme is the homologue which is naturally active in the microorganism in question in question to one of the following proteins from B. licheniformis DSM 13: (1) lysine and / or arginine decarboxylase ( EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19), defined via SEQ ID NO. 6 or 40 and (2) agmatinase (E.C. 3.5.1.11), defined via SEQ ID NO. 50th
  • the enzyme is functionally inactivated at the genetic level, preferably by inactivating a gene corresponding to the nucleic acid encoding one of the following B. licheniformis DSM 13 proteins: (1) lysine and / or Arginine decarboxylase (EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19), defined by SEQ ID NO. 5 (gene speA) or 39 (gene speA) and (2) agmatinase (E.C. 3.5.1.11), defined via SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
  • Another embodiment of the present invention provides the use of a gene corresponding to the nucleic acid encoding one of the following B. licheniformis DSM 13 proteins for functional inactivation of a metabolic pathway for the synthesis of cadaverine and / or putrescine (as portions of the lysine). and / or arginine catabolism) on a genetic level in a microorganism: (1.) lysine and / or arginine decarboxylase (EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19), defined via SEQ ID NO. 5 (gene speA) or 39 (gene speA) and (2) agmatinase (E.C. 3.5.1.11), defined via SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
  • nucleic acids according to the invention within the above-described region of homology to (L) SEQ ID NO. 5 or 39 and (2) 49 for functional inactivation, preferably one, more preferably two parts of each of these sequences, these parts each comprising at least 70 contiguous positions.
  • the above-described uses of the genes and / or nucleic acids of the present invention are each of described five metabolic pathways around them, wherein the functional inactivation takes place during the fermentation of the microorganism.
  • the fermentation should be improved on a genetic level.
  • the amount of odorants and / or toxins will be less than with unmodified strains. This, resulting in the course of the fermentation advantage is inventively preferred because it has both on the manufacturing, ie fermentation process as well as on the subsequent work-up advantageous.
  • any such use is preferred, whereby (if present) increasingly preferably 2, 3 or 4 of the respective metabolic pathway ((1.) for the synthesis of isovaleric acid, (2.) for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3. ) for the synthesis of butanol and / or butyric acid, (4) for the synthesis of propylic acid and / or (5.) for the synthesis of cadaverine and / or putrescine) genes are inactivated.
  • the respective metabolic pathway ((1.) for the synthesis of isovaleric acid, (2.) for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3. ) for the synthesis of butanol and / or butyric acid, (4) for the synthesis of propylic acid and / or (5.) for the synthesis of cadaverine and / or putrescine) genes are inactivated.
  • microorganisms can escape the inactivation in individual cases by activating an alternative route or at least enzymes with comparable reactions, thereby further forming the relevant odorant and / or toxicant. This problem can be solved in particular by blocking several individual reactions.
  • any such use is preferred, (where present in the microorganism concerned) increasingly preferably 2, 3, 4 or 5 of the metabolic pathways (1.) for the synthesis of isovaleric acid, (2.) for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3.) for the synthesis of butanol and / or butyric acid, (4.) for the synthesis of propylic acid and / or (5.) for the synthesis of cadaverine and / or putrescine at least partially blocked.
  • the inactivation of a single reaction can block several of the named pathways.
  • 3-methyl-2-oxobutanoate dehydrogenase or 2-oxoglutarate dehydrogenase E1 (EC 1.2.4.2), defined by SEQ ID NO. 46, a subunit of acyl-CoA dehydrogenase (EC 1.3.99.-), defined by SEQ ID NO.
  • enoyl-CoA hydratase protein
  • EC 4.2.1.17 enoyl-CoA hydratase
  • genes and / or the described nucleic acids according to the invention are those in which a nucleic acid coding for a non-active protein with a point mutation is used in each case.
  • nucleic acids can be generated by per se known methods for point mutagenesis. Such are, for example, in relevant handbooks such as those by Fritsch, Sambrook and Maniatis, "Molecular cloning: a laboratory manual", CoId Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989. In addition, there are now numerous commercial kits available, such as the QuickChange . ® kit from Stratagene, La JoIIa, USA Its principle is that, oligonucleotides are synthesized with each exchange (mismatch primer) and hybridized with the gene in single;.
  • genes and / or the described nucleic acids according to the invention are those in which one nucleic acid each having a deletion or insertion mutation is used, preferably comprising the border sequences of the protein comprising at least 70 to 150 nucleic acid positions coding area.
  • these methods are also familiar to the person skilled in the art.
  • the insertion mutation only the intact gene can be interrupted or, instead of a gene part, another gene, for example a selection marker, can be inserted. By way of this the mutation event can be tested phenotypically in a manner known per se.
  • nucleic acids having a total of two nucleic acid sections are used, which each comprise at least 70 to 150 nucleic acid positions and thus at least partially, preferably completely, flank the region coding for the protein.
  • the flanking region can be determined starting from the known sequences by methods known per se, for example by means of outwardly directed PCR primers and a preparation of genomic DNA as a template (anchored PCR). Because only to allow the exchange of the two gene copies via homologous recombination, it does not necessarily need to be protein coding sections.
  • the primers required for this purpose can be designed on the basis of the nucleotide sequences given in the sequence listing also for other species of Gram-positive bacteria and hereof in particular for those of the genus Bacillus.
  • regions may be useful for many of these genes
  • database subtilis from the Institute Pasteur, Paris, France http://genolist.pasteur.fr/SubtiList/genome.cgi
  • the databases specified in Example 2 may be taken from related subtypes, for example from B. subtilis.
  • each microorganism is an embodiment of the present invention in which at least one of the genes corresponding to the nucleic acid encoding one of the following B. licheniformis DSM 13 proteins is functionally inactivated: - putative branched-chain amino acid aminotransferase (EC 2.6 .1.42) defined by SEQ ID NO. 1, - putative branched-chain amino acid aminotransferase (EC 2.6.1.42), defined by SEQ ID NO. 3, - lysine and / or arginine decarboxylase (protein SpeA, EC 4.1.1.18 or EC 4.1.1.19), defined via SEQ ID NO.
  • corresponding in each case such a gene of the considered organism which codes for a gene product with the same biochemical activity as defined above in connection with the respective metabolic pathways, which is at the same time that of all in vivo translated genes this organism, which has the highest homology to said B. licheniformis gene (usually more than 40% identity, detectable by alignment of both sequences as performed in Example 2).
  • such a microorganism is increasingly preferred, in which 2, 3, 4 or 5 of the metabolic pathways (1.) for the synthesis of isovaleric acid, (2.) for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3 .) For the synthesis of butanol and / or butyric acid, (4) for the synthesis of propylic acid and / or (5.) for the synthesis of cadaverine and / or putrescine are at least partially blocked.
  • microorganism which is a bacterium is preferable.
  • such a microorganism is preferred in each case, which is a gram-negative bacterium, in particular one of the genera Escherichia coli, Klebsiella, Pseudomonas or Xanthomonas, in particular strains of E. coli K12, E. coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5 ⁇ , E. coli / JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf).
  • a gram-negative bacterium in particular one of the genera Escherichia coli, Klebsiella, Pseudomonas or Xanthomonas, in particular strains of E. coli K12, E. coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of strains Escherichia coli BL21 (DE3)
  • such a microorganism is preferred in each case, wherein it is a Gram-positive bacterium, in particular one of the genera Bacillus, Staphylococcus or Corynebacterium, especially the species Bacillus lentus, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. subtilis, B. globigii or B. alcalophilus, Staphylococcus carnosus or Corynebacterium glutamicum, and most particularly B. licheniformis DSM 13. Because these are particularly important for the biotechnological production of valuable substances and proteins, because they are naturally able to disperse them into the surrounding medium. On the other hand, they are increasingly related to the B.
  • licheniformis used for the present application, so that the described steps, which are based on the respectively disclosed sequences, with an increasing degree of affinity to B. licheniformis DSM 13 should be all the more successful.
  • a gene indicated in the sequence listing can be directly used for a deletion mutation after point mutation in a related species, without the homologous gene itself having to be isolated from this strain itself.
  • the present invention particularly aims to improve fermentation processes.
  • any process for fermentation of a microorganism of the invention described above constitutes one embodiment of the present invention.
  • these methods and the methods described above in each case in connection with influencing one of the five metabolic pathways described are those methods in which a valuable substance is produced, in particular a low molecular weight compound or a protein.
  • the low molecular weight compound is a natural substance, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound.
  • the protein is an enzyme, in particular one of the group of ⁇ -amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, Laccases, oxidases and hemicellulases. Because these are important enzymes produced on an industrial scale, for example for incorporation in detergents or cleaners.
  • each use of each gene product of the invention in a reaction formulation or method according to its biochemical properties which, as illustrated above with reference to SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 or 50 is.
  • These preferably include uses (1.) for the synthesis of isovaleric acid, (2.) for the synthesis of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid, (3.) for the synthesis of butanol and / or butyric acid, (4.) for the synthesis of propylic acid and / or (5.) for the synthesis of cadaverine and / or putrescine, optionally in suitable combination with other enzymes.
  • the products of the represented metabolic pathways are simple organic-chemical compounds which are quite in demand in chemistry, for example in order to use them as starting materials for more complex syntheses.
  • Their preparation can, especially when it comes to stereochemical reactions, be considerably simplified by using appropriate enzymes, because these usually form a specific enantiomer.
  • biotransformation if such synthesis routes are taken over by biological catalysts at least in one reaction step. In principle, all gene products of the invention are suitable for this purpose.
  • E. coli DH5 ⁇ D. Hannahan (1983): "Studies on Transformation on Escherichia coli 1" , J. Mol. Microbiol., Vol. 166, pages 557-580
  • the respective recombinant Isolated and sequenced plasmids here the dye terminator chemistry was used, carried out by the automatic sequencers Mega BACE 1000/4000 (Amersham Bioscence, Piscataway, USA) and ABI Prism 377 (Applied Biosystems, Foster City, USA).
  • sequences indicated in the sequence listing of the present application SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 and 49 .
  • the deduced amino acid sequences are - the corresponding under the higher number - under SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 and 50 ,
  • GenBank National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA
  • EBI EMBL-European Bioinformatics Institute
  • Swiss-Prot Geneticeva Bioinformatics (GeneBio) SA, Geneva, Switzerland, http://www.genebio.com/sprot.html
  • PIR Protein Information Resource, National Biomedical Research Foundation, Georgetown University Medical Center, Washington, DC, USA; http://www.pir.georgetwown.edu
  • the option ⁇ r was chosen.
  • the determined DNA or amino acid sequences were compared to determine the degree of homology via Alignments each other; this computer program Vector NTI ® Suite Version 7 was used which, Bethesda, USA, is available from Informax Inc..
  • the standard parameters of this program were used, that is, for the comparison of the DNA sequences: K-tuple size: 2; Number of best diagonals: 4; Window size: 4; Gap penalty: 5; Gap opening penalty: 15 and Gap extension penalty: 6.66.
  • the following standard parameters were used for the comparison of the amino acid sequences: K-tuple size: 1; Number of best Diagonals: 5; Window size: 5; Gap penalty: 3; Gap opening penalty: 10 and gap extension penalty: 0.1.
  • Table 1 Near-like genes or proteins to the genes and proteins identified in Example 1. Where: ID is the SEQ ID NO. Given in the Sequence Listing of the present application; E.C.-No. the number according to the International Enzyme Classification ⁇ Enzyme Nomenclature of the IUBMB).
  • Example 3 Functional inactivation of one or more of the genes according to SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 and 49 in FIG S. licheniformis
  • a suitable vector for this is pE194, which is characterized in the publication "Replication and incompatibility properties of plasmid pE194 in Bacillus subtilis" by TJ Gryczan et al., (1982) J. Bacteriol., Vol. 152, pages 722-735 Advantage of this Deletion vector is that it has a temperature-dependent origin of replication. At 33 ° C, pE194 can replicate in the transformed cell, so that at this temperature it is first selected for successful transformation. Subsequently, the cells containing the vector are incubated at 42 ° C. At this temperature, the deletion vector no longer replicates and selective pressure is exerted on integration of the plasmid over a previously selected homologous region into the chromosome.
  • a second homologous recombination over a second homologous region then leads to the excision of the vector together with the intact gene copy from the chromosome and thus to the deletion of the in vivo chromosomally localized gene.
  • Also possible as a second recombination would be the reverse reaction to integration, that is, recombining out the vector from the chromosome so that the chromosomal gene would remain intact.
  • the gene deletion must therefore be detected by methods known per se, for example in the Southern blot after restriction of the chromosomal DNA with suitable enzymes or by means of the PCR technique on the basis of the size of the amplified region.
  • the 5 'and 3' regions of the respective genes of interest are amplified by means of PCR.
  • suitable primers the sequences SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 and 49 to Available from B. licheniformis, due to expected homologies but also for other species, especially the genus Bacillus should be suitable.
  • the two amplified regions are suitably intermediately cloned one after the other on a vector commonly used for this work, for example on the vector pUC18, which is suitable for cloning steps in E. coli.
  • a recloning into the deletion selected vector pE194 and its transformation into B. subtilis DB104 approximately by the method of protoplast transformation by Chang & Cohen (1979, "High Frequency Transformation of Bacillus subtilis Protoplasts by Plasmid DNA”; Molec. Gen. Genet. (1979), Vol. 168, pp. 111-115) All operations must be performed at 33 ° C to ensure replication of the vector.
  • the intermediate-cloned vector is likewise transformed into the desired host strain, here B. licheniformis, by means of the method of protoplast transformation.
  • the transformants obtained in this way and identified as positive by conventional methods selection via the resistance marker of the plasmid, control via plasmid preparation and PCR for the insert) are then cultured at 42 ° C. under selection pressure by addition of erythromycin for the presence of the plasmid.
  • the deletion vector can no longer replicate and only those cells survive in which the vector is integrated into the chromosome, which integration most likely takes place in homologous or identical regions.
  • the excision of the deletion vector can then be subsequently induced, the chromosomally encoded gene being completely removed from the chromosome.
  • the success of the deletion is subsequently checked by Southern blot for restriction of the chromosomal DNA with suitable enzymes or by means of the PCR technique.
  • Such transformants in which the gene in question is deleted, are generally distinguished, moreover, by a restriction to the formation of the odorant or toxicant resulting from the associated metabolic pathway.
  • the pathway in question is completely blocked, so that this compound is no longer formed at all and the strain modified in this way no longer has the odor component concerned.
  • FIG. 1 Metabolic pathway for the formation of isovaleric acid. Explanations: see text.
  • FIG. 2 Metabolic pathway for the formation of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid; Aspect of the formation of 2-methylbutyric acid Explanations: see text.
  • FIG. 3 Metabolic pathway for the formation of 2-methylbutyric acid and / or isobutyric acid; Aspect of the formation of isobutyric acid Explanations: see text.
  • FIG. 6 Metabolic pathway for the formation of cadaverine and / or putrescine; Aspect of the formation of cadaverine Explanations: see text.

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft 25 zuvor nicht beschriebene Gene von B. licheniformis und davon abgeleitete Genprodukte sowie alle hinreichend homologen Nukleinsäuren und Proteine hierzu. Sie liegen auf fünf verschiedenen Stoffwechselwegen zur Bildung von Geruchsstoffen. Es handelt sich dabei um Stoffwechselwege zur Synthese von: 1) Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus), 2) von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus), 3) von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus), 4) von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) und/oder 5) von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus). Die Identifizierung dieser Gene ermöglicht biotechnologische Produktionsverfahren, die insofern verbessert sind, als mithilfe dieser Nukleinsäuren die Bildung der über diese Stoffwechselwege synthetisierten Geruchsstoffe durch Inaktivierung der zugehörigen Gene in dem für die biotechnologische Produktion verwendeten Mikroorganismus verringert werden kann. Zudem stehen diese Genprodukte damit für Reaktionsansätze oder Verfahren entsprechend ihrer jeweiligen biochemischen Eigenschaften zur Verfügung.

Description

Neue, Geruchsstoffe bildende Genprodukte von Bacillus licheniformis und darauf aufbauende verbesserte biotechnologische Produktionsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft 25 zuvor nicht beschriebene Gene von B. licheniformis und davon abgeleitete Genprodukte, die auf fünf verschiedenen Stoffwechselwegen an der Bildung von Geruchsstoffen beteiligt sind, sowie biotechnologische Produktions¬ verfahren, die insofern verbessert sind, als aufgrund der Identifizierung dieser Gene die Bildung dieser Geruchsstoffe verringert werden kann.
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Biotechnologie, insbesondere der Herstellung von Wertstoffen durch Fermentation von Mikroorganismen, die zur Bildung der interessierenden Wertstoffe in der Lage sind. Hierzu zählt beispielsweise die Herstellung niedermolekularer Verbindungen, etwa von Nahrungsmittelergänzungsstoffen oder pharmazeutisch relevanten Verbindungen, oder von Proteinen, für welche aufgrund ihrer Diversität wiederum ein großes technisches Einsatzgebiet besteht. Im ersten Fall werden die Stoffwechseleigenschaften der betreffenden Mikroorganismen zur Herstellung der Wertstoffe ausgenutzt und/oder verändert; im zweiten Fall werden Zellen eingesetzt, die die Gene der interessierenden Proteine exprimieren. In beiden Fällen handelt es sich zumeist also um gentechnisch veränderte Organismen (GVO).
Zur Fermentation von Mikroorganismen besteht ein reichhaltiger Stand der Technik, insbesondere auch im großtechnischen Maßstab; er reicht von der Optimierung der betreffenden Stämme hinsichtlich der Bildungsrate und der Nährstoffausnutzung über die technische Gestaltung der Fermenter bis hin zur Gewinnnung der Wertstoffe aus den betreffenden Zellen selbst und/oder dem Fermentationsmedium. Hierfür kommen sowohl genetische und mikrobiologische als auch verfahrenstechnische und biochemische Ansätze zu tragen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Prozeß hinsichtlich einer häufigen, den eigentlichen Fermentationschritt beeinträchtigenden Eigenschaft der eingesetzten Mikroorganismen zu verbessern, und zwar auf der Ebene der genetischen Eigenschaften der eingesetzten Stämme.
Für die großtechnische, biotechnologische Produktion werden die betreffenden Mikroorganismen in Fermentern kultiviert, die ihren Stoffwechseleigenschaften entsprechend ausgelegt sind. Während der Kultivierung verstoffwechseln sie das angebotene Substrat und bilden neben dem eigentlichen Produkt üblicherweise eine Vielzahl weiterer Substanzen, an denen in der Regel kein Interesse besteht und/oder die zu unerwünschten Begleiterscheinungen führen können.
Hierzu gehören Geruchs- und/oder Giftstoffe, die lästig und/oder schädlich sind und bereits während der Fermentation über die Abluft ausgetragen werden und/oder bei der nachfolgenden Aufarbeitung des Wertstoffs nur unvollständig abgetrennt werden und somit die Qualität des Produkts beeinträchtigen. Die begleitenden Geruchs- und/oder Giftstoffe belasten somit zum einen den Produktionsprozeß, das heißt das beteiligte Personal und die Umgebung der Anlage. Zum anderen kann das Nichterreichen einer erwünschten Qualität (Spezifikation) des Produkts dazu führen, daß es für das erhoffte Einsatzgebiet (beispielsweise der Lebensmittelherstellung) nicht zur Verfügung steht, was einen erheblichen wirtschaftlichen Nachteil bedeutet. Umgekehrt könnten durch Verringerung der Bildung von Geruchs- und/oder Giftsstoffen der Arbeits- und der Umweltschutz gesteigert und für das Produkt zusätzliche Einsatzgebiete und Absatzmärkte erschlossen werden.
Häufig bei der Fermentation von Mikroorganismen festgestellte Gerüche werden durch kleine organische Moleküle aus den Klassen der flüchtigen, verzweigten und unverzeigten Fettsäuren, Alkoholen und Diaminen hervorgerufen. Dazu gehören Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure aus der Klasse der verzweigten Fettsäuren, Butter¬ säure, Propylsäure (unverzweigte Fettsäuren), Butanol (Alkohol), Cadaverin und Putrescin (Diamine).
Ein Teil dieser flüchtigen Substanzen ist zudem toxisch für Mensch und Tier, zum Beispiel Cadaverin und Putrescin, die auch als Leichengifte bekannt sind. Sie können deshalb nicht nur als Geruchsstoffe, sondern je nach Konzentration und Einwirkzeit für den betreffenden Organismus bereits als Giftstoffe definiert werden.
Bereits zum gegenwärtigen Zeitpunkt bemüht man sich, derartige Verbindungen aus den Fermentationsprodukten nachträglich zu entfernen. Zu diesem Zweck enthält die übliche Aufarbeitung der gebildeten Wertstoffe neben Schritten zur Entfernung von Zelltrümmern und höhermolekularen Verbindungen auch zusätzliche Prozeßschritte, die als Desodorierung bezeichnet werden. Hinzu kommen in der Regel Filtrationen, Fällungsschritte und/oder Chromatographieschritte, die jeweils zu einem gewissen Anteil auch zur Desodorierung beitragen. Dennoch führen all diese zur Abtrennung durchge¬ führten Schritte nur zu einer, nach den oben genannten Maßstäben unzureichenden Reinheit.
Die Abluft der Fermenter wird ebenfalls kontrolliert, um die Belastung während des Produktionsprozesses geringzuhalten.
Dennoch wäre es wünschenswert, eine möglichst ursächliche Geruchsbekämpfung vorzunehmen, das heißt zu verhindern, daß die betreffenden Stoffe überhaupt erst entstehen. Denn damit könnte zum einen die Zahl der nachfolgenden Reinigungs- und Aufarbeitungsschritte geringgehalten werden, was deshalb vorteilhaft erscheint, weil sie jeweils eine physikochemische Belastung für das erwünschte Produkt darstellen und die Ausbeute verringern. Insgesamt würde also eine bessere Produktqualität erhalten. Zum anderen würden die Produktionsbedingungen an sich verbessert, und die Anlagen zur Filtration der Fermenterabluft könnten einfacher gehalten werden. Eine derartige ursächliche Geruchsbekämpfung würde, wenn dadurch die Eigenschaften des Mikroorganismus selbst verändert würden, auch dessen Verträglichkeit für weitere Arbeiten an diesem Mikroorganismus erhöhen.
Es stellte sich somit die Aufgabe, die bei der Fermentation von Mikroorganismen, insbesondere grampositiven Bakterien der Spezies Bacillus auftretende und auf diese selbst zurückzuführende Bildung unangenehmer Gerüche und/oder giftiger Verbindungen zu verringern. Vorzugsweise sollte dies auf genetischer Ebene erfolgen, um geruchs- und/oder giftstoffärmere Mikroorganismen zu erhalten. In Teilaufgaben bedeutete dies, hierfür relevante Stoffwechselwege zu identifizieren, Gene zu finden, die für Proteine und/oder Enzyme codieren, welche auf diesen Wegen liegende Reaktionen katalysieren und sich als mögliche Ansatzpunkte zur Lösung der Aufgabe eignen, und über Identifizierung der zugehörigen Nukleotidsequenzen Werkzeuge für die gewünschte gentechnische Modifizierung in die Hand zu bekommen und entsprechenden Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wurden folgende fünf Stoffwechselwege identifiziert: (1.) der Stoffwechselweg zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin- Katabolismus), (2.) der Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus), (3.) der Stoffwechselweg zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus), (4.) der Stoffwechselweg zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat- Metabolismus) und (5.) der Stoffwechselweg zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus).
Sodann wurden folgende Gene gefunden, die für Proteine und/oder Enzyme codieren, welche auf diesen Wegen liegende Reaktionen katalysieren und sich als Ansatzpunkte für erfindungsgemäße biotechnologische Produktionsverfahren eignen; die zum Teil nicht fortlaufende Numerierung orientiert sich dabei jeweils an der weiter unten erfolgenden vollständigen Beschreibung der jeweiligen Stoffwechselwege; zudem sind einzelne davon an mehr als einem dieser Wege beteiligt:
- Auf dem Stoffwechselweg zur Synthese von Isovaleriansäure und als Teil des Leucin- Katabolismus: (1.) L-Leucin-Dehydrogenase (E. C. 1.4.1.9), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von Isovaleryl-CoA zu Isovaleriansäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Methylcrotonyl-Carboxylase, (6.) 3-Methyl-Glutaconyl-CoA Hydratase und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (E.C. 4.2.1.17);
- auf dem Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure und als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von 2-Methyl-Butyryl-CoA zu 2-Methylbuttersäure beziehungsweise Isobutyryl-CoA zu Isobuttersäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), (7.) Acetyl-CoA-Acyl-Transferase, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-);
- auf dem Stoffwechselweg zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure und als Teil des Buttersäure-Metabolismus: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), (6.) Butyraldehyd-Dehydrogenase und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-);
- auf dem Stoffwechselweg zur Synthese von Propylsäure und als Teil des Propionat- Metabolismus: (1.) Succinat-Propionat-CoA-Transferase, (2.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1) und (3.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1) ; und
- auf dem Stoffwechselweg zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin und als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus: (1.) Lysin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18) und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.19), (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11) und (3.) Ornithin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.17).
Schließlich wurden über Sequenzierung zugehöriger Gene in B. licheniformis DSM 13 für diese Proteine/Enzyme codierende Nukleotid- und Aminosäuresequenzen vollständig bestimmt und somit für die erwünschte Modifizierung der interessierenden Mikroorga¬ nismen zur Verfügung gestellt. Sie sind im Sequenzprotokoll („Sequence listing") zur vorliegenden Anmeldung zusammengestellt. Hierbei handelt es sich um folgende Nukleinsäuren (ungeradzahlige Nummern) und davon abgeleitete Aminosäuresequenzen von Enzymen oder Proteinen als Teilen von solchen Enzymen, die aus mehreren Untereinheiten bestehen (jeweils nachfolgende geradzahlige Nummern): - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 und 2, - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 3 und 4, - Lysin und/oder Arg inin-Decarboxy läse (Protein SpeA; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) und 6, - NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (Protein YugJ; E.C. 1.1.1.-) definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yυgJ) und 8, - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9 und 10, - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 11 und 12, - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13 und 14, - putatives Enoyl-CoA-Hydratase-Protein (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15 und 16, - wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und 18, - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (Protein EchA8; E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 19 (Gen echAβ) und 20, - Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 21 und 22, - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (beziehungsweise -Synthetase; Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 23 (Gen acsA) und 24, - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (Protein YngF; E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF) und 26, - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (Protein YusJ; E.C. 1.3.99.25), beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 27 (Gen yυsJ) und 28, - 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (Protein YkwC; E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC) und 30, - wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 und 32, - wahrscheinliche Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und 34, - Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA) und 36, - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein Ytcl ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 37 (Gen ytcl) und 38, - Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (Protein SpeA; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 39 (Gen speA) und 40, - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 41 (Gen ysiB) und 42, - Ähnliches zur 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43 und 44, - 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45 und 46, - wahrscheinliche Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein YhfL; E.C. 6.2.1.1) beziehungsweise Säure-CoA-Ligase (E.C. 6.2.1.-), definiert über SEQ ID NO. 47 (Gen yhfL) und 48 oder - Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG) und 50.
Sie alle werden mit der vorliegenden Anmeldung zur Verfügung gestellt.
Die gestellte Aufgabe wird somit in prinzipiell gleicher Weise durch alle 25 im Sequenz¬ protokoll angegebenen, aus B. licheniformis DSM 13 erhältlichen Nukleinsäuren der SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47 und 49, einschließlich eines jeweils entsprechenden weiter unten definierten Homologiebereichs gelöst, über den eine Abgrenzung zu den im Stand der Technik beschriebenen Sequenzen erfolgt. Ebenso wird sie von den hiervon abgeleiteten Gen¬ produkten der SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 und 50 gelöst, wiederum einschließlich eines entsprechenden weiter unten definierten Homologiebereichs. Die jeweiligen nächstähnlichen im Stand der Technik beschriebenen Nukleinsäure- und Aminosäuresequenzen sind unter Verweis auf die betreffenden Datenbankeintragungen in Beispiel 2 (Tabelle 1) zusammengestellt. Aufgrund dieser Angaben wurden die jeweils beanspruchten Homologiebereiche definiert. Vorzugsweise sind erfindungsgemäße Lösungen der gestellten Aufgabe jeweils solche Nukleinsäuren und Proteine, die tatsächlich aus Mikroorganismen stammen. Welchem dieser Gene der Vorzug gegeben wird, ist unter Berücksichtigung des einzelnen zu kultivierenden Stamms (und möglicherweise unterschiedlicher Genaktivitäten) und der jeweiligen Stoffwechselsituation (zum Beispiel (Über-)Angebot an bestimmten C- oder N- Quellen) im Einzelfall experimentell zu ermitteln. Hierzu muß parallel eine Reihe mehrerer prinzipiell gleich anzufertigender Mutanten der verschiedenen relevanten Gene erzeugt und unter ansonsten identischen Bedingungen kultiviert werden.
Weitere Lösungen stellen Fermentationsverfahren dar, in denen einer oder mehrere der Stoffwechselwege zur Synthese von (1.) Isovaleriansäure (als Teil des Leucin- Katabolismus), (2.) von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus), (3.) von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus), (4.) von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) und/oder (5.) von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin- Katabolismus) funktionell inaktiviert sind, vorzugsweise über die oben genannten, auf diesen Wegen aktiven Enzyme/Proteine und besonders bevorzugt über die erfindungs¬ gemäß zur Verfügung gestellten Nukleotidsequenzen. Letztere können in an sich bekannter und im Stand der Technik etablierter Weise genutzt werden, beispielsweise um Knock-out-Konstrukte zu erzeugen und über Vektoren in die Wirtszellen einzubringen, so daß eine Gendisruption erfolgt.
Weitere Lösungen stellen entsprechend modifizierte, vor allem für die technische Produk¬ tion relevante Mikroorganismen dar, alle Fermentationsverfahren, bei denen diese einge¬ setzt werden, und hierunter insbesondere solche, die der Produktion von Wertstoffen dienen.
Zudem stehen diese Genprodukte aufgrund der vorliegenden Erfindung für Reaktionsansätze oder Verfahren entsprechend ihrer jeweiligen biochemischen Eigenschaften zur Verfügung, worunter insbesondere die Synthese von (1.) Isovaleriansäure, (2.) 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) Butanol und/oder Buttersäure, (4.) Propylsäure und/oder (5.) Cadaverin und/oder Putrescin zu verstehen ist.
Mit der vorliegenden Erfindung wird, zumindest was diese wichtigen Stoffwechselwege angeht, eine ursächliche Geruchsbekämpfung ermöglicht. Denn durch Ausschalten der erkannten Stoffwechselwege über die beteiligten Proteine mithilfe der für diese Proteine codierenden Nukleinsäuren kann weitgehend verhindert werden, daß die betreffenden Stoffe überhaupt erst entstehen. Damit kann zum einen die Zahl der nachfolgenden Reinigungs- und Aufarbeitungsschritte geringgehalten werden, was deshalb vorteilhaft ist, weil sie jeweils eine physikochemische Belastung für das erwünschte Produkt darstellen und die Ausbeute verringern; insgesamt wird also die Produktqualität verbessert. Zum anderen werden die Produktionsbedingungen an sich verbessert, und die Anlagen zur Filtration der Fermenterabluft können einfacher gehalten werden. Diese ursächliche Geruchsbekämpfung wirkt sich, weil sie auf genetischer Ebene ansetzt, auf die Eigen¬ schaften des jeweiligen Mikroorganismus selbst aus, wodurch dessen Verträglichkeit für weitere Arbeiten an diesem Mikroorganismus erhöht wird.
Insbesondere die großtechnische Fermentation wird dadurch verbessert, was auch zu einer Kostenreduktion der Fermentationsprodukte führen sollte.
Zudem stehen damit die identifizierten Gene und Genprodukte für vielfältige Anwen¬ dungen zur Verfügung, zum Beispiel zur chemischen und/oder wenigstens zum Teil biokatalysierten Synthese der betreffenden Verbindungen.
Wie in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, dem von der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig (http://www.dsmz.de) erhätlichen Referenzstamm für diese Spezies die genannten 25 neuen Gene identifiziert werden. Dabei handelt es sich um solche, die für Enzyme oder Enzymuntereinheiten codieren, welche an den hier vorgestellten Reaktionen zur Synthese von Geruchsstoffen beteiligt sind.
Die hierzu im Stand der Technik bekannten jeweils nächstähnlichen Gene und zugehörigen Proteine weisen die in Beispiel 2 (Tabelle 1) zur vorliegenden Anmeldung angegebenen Sequenzhomologien auf. Hierüber definiert sich der mit der vorliegenden Anmeldung jeweils abgedeckte Schutzbereich. Dementsprechend stellen alle folgenden Nukleinsäuren und Proteine prinzipiell gleichwertige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar:
- Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure- Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 1 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 2 angegebenen Aminosäure¬ sequenz mindestens 73% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure- Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 3 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 78% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 4 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 83% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure speA, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise 4.1.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 5 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 78% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt SpeA (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 6 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 89% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure yugJ, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A; E.C. 1.1.1.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 7 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 81% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YugJ (NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A; E.C. 1.1.1.-), mit einer Aminosäure¬ sequenz, die zu der in SEQ ID NO. 8 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 93% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 98,5%, 99%, 99,5% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 9 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 79% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 10 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 86% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 11 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 64% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 12 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.1.1.157), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 13 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3- Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.1.1.157), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 14 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putatives Enoyl-CoA- Hydratase-Protein; E. C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 15 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putatives Enoyl-CoA-Hydratase-Protein; E. C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 16 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 62% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-Coenzym A-Hydrolase-Protein), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 17 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-Coenzym A- Hydrolase-Protein), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 18 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure echA8, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E. C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 19 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 48% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt EchA8 (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E. C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 20 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 52% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA- Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 21 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 54% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 22 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure acsA, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetyl-Coenzym A-Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 23 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt AscA (Acetyl-Coenzym A- Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 24 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure yngF, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase; E.C. 4.2.1.55), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 25 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 68% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YngF (3- Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase; E. C. 4.2.1.55), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 26 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure yusJ, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 27 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YusJ (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 28 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 86% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure ykwC, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (hypothetische Oxidoreduktase; E. C. 1.1.-.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 29 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt YkwC (hypothetische Oxidoreduktase; E.C. 1.1.-.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 30 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase; E.C. 2.3.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 31 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 51% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase; E. C. 2.3.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 32 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Butyrat-Kinase; E. C. 2.7.2.7), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 33 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Butyrat-Kinase; E.C. 2.7.2.7), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 34 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 84% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure acsA, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetyl-Coenzym A-Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 35 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 79% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt AcsA (Acetyl-Coenzym A- Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 36 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure ytcl, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetat-CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 37 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 74% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt Ytcl (Acetat-CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 38 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure speA, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E. C. 4.1.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 39 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 68% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt SpeA (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E. C. 4.1.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 40 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure ysiB, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E. C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 41 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 75% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt YsiB (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E.C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 42 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure beteiligtes Genprodukt (ähnlich zur 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.1.1.35), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 43 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 76% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von 2-Methylbuttersäure beteiligtes Genprodukt (ähnlich zur 3- Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 44 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 80% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 -Komponente; E.C. 1.2.4.2), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 45 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 80% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (2-Oxoglutarat-Dehydrogenase E1 -Komponente; E.C. 1.2.4.2), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 46 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 82% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure yhfL, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Säure-CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 47 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt YhfL (wahrscheinliche Säure- CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 48 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 76% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - Nukleinsäure ywhG, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Agmatinase; E.C. 3.5.1.11), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 49 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist; - An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt YwhG (Agmatinase; E.C. 3.5.1.11), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 50 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 97% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 97,5%, 98%, 98,5%, 99%, 99,5% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung bedeutet ein Ausdruck der Form „mindestens X%" „X% bis 100%, einschließlich der Eckwerte X und 100 und aller ganzzahligen und nicht ganzzahligen Prozentwerte dazwischen".
Die Bezeichnungen der jeweiligen Enzyme richten sich nach den konkreten, durch sie katalysierten Reaktionen, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 bis 7 dargestellt sind. (Detailliertere Erläuterungen der Figuren und der betreffenden Stoffwechselwege folgen weiter unten.) So ist es auch möglich, daß ein einzelnes Enzym zwei Reaktionen zu katalysieren vermag, die chemisch nahezu identisch sind, anhand des jeweiligen Substrats hier aber verschiedenen Wegen zugeordnet sind. Damit kann auch eine unterschiedliche Enzymklassifikation (E.C. -Nummern) nach der IUBMB einhergehen. Die Enzymbezeichnung richtet sich erfindungsgemäß nach der jeweiligen konkreten Reaktion. Denn damit geht auch die konkrete im Zuge der vorliegenden Erfindung verwirklichte oder gegebenenfalls auszuschaltende Funktion einher.
Zur Verdeutlichung sei beispielhaft auf das in SEQ ID NO. 18 angegebene Enzym verwiesen, bei dem solch eine Abweichung sogar auf demselben erfindungsgemäß definierten Stoffwechselweg liegt. Gemäß der zugehörigen Angabe in SEQ ID NO. 17 handelt es sich dabei um ein „wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-Coenzym A- Hydrolase-Protein". Für diese Reaktion ist zum Zeitpunkt der Anmeldung von der IUBMB noch keine E. C. -Nummer vergeben gewesen, weshalb zur Definition der zugehörigen Enzymaktivität lediglich auf die Reaktion (6.) in Figur 3 verwiesen werden kann. Auf demselben Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus) liegt auch eine Reaktion, die von einer Enoyl-CoA-Hydratase katalysiert wird, die Reaktion (3.) in Figur 3; ebenso verhält es sich mit Reaktion (7.) in Figur 1. Hierfür eignen sich jeweils mehrere Enzyme mit der E.C.-Klasse 4.2.1.17, zum Beispiel die gemäß SEQ ID NO. 16, 20 und 42 (siehe unten), aber auch das Enzym nach SEQ ID NO. 18. Im Zuge dieser speziellen Reaktion ist das Enzym nach SEQ ID NO. 18 also als Enoyl-CoA-Hydratase zu sehen und der E.C.-Klasse 4.2.1.17 zuzuordnen.
Diese Gene und Genprodukte können nun nach an sich bekannten Methoden, und ohne daß man die in Beispiel 1 geschilderte Sequenzierung nacharbeiten muß, gezielt anhand dieser Sequenzen künstlich synthetisiert werden. Als weitere Alternative hierzu ist es möglich, die betreffenden Gene aus einem Bacillus- Stamm, insbesondere dem von der DSMZ erhältlichen Stamm B. licheniformis DSM 13, über PCR zu gewinnen, wobei die im Sequenzprotokoll angebenen jeweiligen Randsequenzen für die Synthese von Primern verwendet werden können. Bei Verwendung anderer Stämme werden die jeweils homologen Gene hierzu erhalten, wobei die PCR umso erfolgreicher sein sollte, je enger die ausgewählten Stämme mit B. licheniformis DSM 13 verwandt sind, weil damit eine zunehmende Sequenzüberein¬ stimmung auch innerhalb der Primer-Bindungsregionen einhergehen dürfte.
Alternativ dazu können die im Sequenzprotokoll angegebenen Nukleinsäuren auch als DNA-Sonden eingesetzt werden, um die jeweiligen homologen Gene in Präparationen genomischer DNA anderer Spezies nachzuweisen. Das Vorgehen hierzu ist an sich bekannt; ebenso wie die Isolierung der auf diese Weise erhaltenen Gene, deren Klonierung, deren Expression und Gewinnung der zugehörigen Proteine. Insbesondere ist dabei an solche Arbeitsschritte gedacht, wie sie in Beispiel 1 für B. licheniformis selbst dargestellt sind.
Als Nachweis für die Existenz der betreffenden Proteine in einem interessierenden Stamm dient zunächst einmal ein chemischer Nachweis, ob die betreffenden Geruchsstoffe gebildet werden. Sodann können die hierfür vermuteten Enzymaktivitäten in geeigneten Nachweisreaktionen erfaßt werden. Dies geschieht beispielsweise so, daß die für die fragliche Reaktion relevante Ausgangsverbindung vorgelegt und mit einem Zellextrakt inkubiert wird. Bei Vorhandensein der betreffenden Enzymaktivität müßten sich die in dem betreffenden Stoffwechselweg nachfolgenden Produkte anhäufen, in dem Fall, daß alle nachfolgenden Enzyme vorhanden sind, bis hin zu dem Geruchsstoff.
Als Nachweis auf molekularbiologischer Ebene können anhand der im vorliegenden Sequenzprotokoll gezeigten Aminosäuresequenzen Proteine synthetisiert und hiergegen Antikörper gebildet werden. Diese sind dann beispielsweise in Western-Blots für den Nachweis des homologen Proteins in Zellextrakten der interessierenden Wirtszellen verwendbar.
Unter den hier genannten Nukleinsäuren, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol, Buttersäure, Propylsäure, Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes und wie oben anhand SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47 oder 49 definiertes erfindungsgemäßes Genprodukt, ist jeweils diejenige bevorzugt, die natürlicherweise in einem Mikroorganismus enthalten ist, vorzugsweise einem Bakterium, besonders bevorzugt einem grampositiven Bakterium, hierunter bevorzugt einem der Gattung Bacillus, hierunter besonders bevorzugt einem der Spezies B. licheniformis und hierunter ganz besonders bevorzugt B. licheniformis DSM13.
So ist es, wie soeben beschrieben, gegenüber der Neusynthese vergleichsweise einfach möglich, die betreffenden Nukleinsäuren aus natürlichen Spezies, insbesondere Mikroorganismen zu erhalten. Hierunter sind in Hinblick auf die gestellte Aufgabe zunehmend diejenigen bevorzugt, die sich fermentieren lassen und die in großtechnischen Fermentationen tatsächlich eingesetzt werden. Dazu zählen besonders Vertreter der Gattungen Staphylococcus, Corynebakterium und Bacillus. Hierunter sind beispielsweise S. carnosus und C. glutamicum zu nennen, sowie B. subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. lentus, B. globigii und B. alkalophilus. Am meisten ist B. licheniformis DSM13 bevorzugt, weil aus diesem exakt die im Sequenzprotokoll aufgelisteten Sequenzen erhalten werden konnten.
Diese Erläuterungen treffen in gleicher Weise auf die zugehörigen Proteine zu.
Somit ist unter den hier genannten, an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol, Buttersäure, Propylsäure, Cadaverin und/oder Putrescin beteiligten Genprodukten, definiert anhand SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 oder 50, jeweils solch eines bevorzugt, welches natürlicherweise von einem Mikroorganismus gebildet wird, vorzugsweise von einem Bakterium, besonders bevorzugt von einem grampositiven Bakterium, hierunter bevorzugt von einem der Gattung Bacillus, hierunter besonders bevorzugt von einem der Spezies B. licheniformis und hierunter ganz besonders bevorzugt von B. licheniformis DSM13.
Der in grampositiven Bakterien der Gattung Bacillus genutzte Stoffwechselweg zur Synthese von Isovaleriansäure, als Teil des Leucin-Katabolismus, ist in Figur 1 darge¬ stellt. Er stellt letztlich eine Schnittstelle zwischen dem Citratzyklus und/oder dem Fett¬ säurestoffwechsel und dem Pyruvat-Metabolismus dar, bis hin zur Synthese von Leucin. An den in Figur 1 gezeigten Reaktionen sind, wie oben bereits erwähnt, folgende Enzyme beteiligt, wobei die zugehörige Nummer den jeweiligen in der Figur angegebenen Reaktionsschritt bezeichnet: (1.) L-Leucin-Dehydrogenase (E.C. 1.4.1.9), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von Isovaleryl-CoA zu Isovaleriansäure und Coenzym A (wobei auch eine nichtenzymatische Hydrolyse möglich ist), (4.) Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Methylcrotonyl-Carboxylase, (6.) 3-Methyl-Glutaconyl-CoA Hydratase und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (E.C. 4.2.1.17).
Lösungen der gestellten Aufgabe und damit eigenständige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit alle Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganis¬ mus dar, bei denen mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
Mit dieser Lösung sind die bereits erläuterten Vorteile verbunden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um jedes derartige Verfahren, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine Isovaleriansäure bildet.
Unter diesen Prozentwerten (und allen nachfolgenden, für die weiteren Stoffwechselwege entsprechenden Angaben) sind analog der oben für die Sequenzhomologie gemachten Aussage wiederum alle dazwischenliegenden ganzzahligen oder gebrochenen Prozentwerte in entsprechend bevorzugter Abstufung zu verstehen. Zur Bestimmung dieser Werte werden Zellen eines nichtbehandelten Stamms und eines behandelten Stamms unter ansonsten identischen Bedingungen fermentiert und geeigneterweise während der Fermentation die Bildungsrate an dem unerwünschten Geruchsstoff auf an sich bekannte Weise ermittelt. Da die Stämme ansonsten identisch sind, sind die Unterschiede hinsichtlich der Bildung dieses Stoffs auf die unterschiedlichen Genaktivitäten zurückzuführen. Dabei ist erfindungsgemäß jede Verringerung der Bildung des Geruchsstoffs erwünscht. Prozentual vergleichbare Werte erhält man, indem man aus beiden Fermentationen Proben (etwa aus der Abluft) nimmt und nach an sich bekannten analytischen Methoden den Gehalt des jeweiligen Stoffs bestimmt. Bevorzugt ist es, diesen Wert beim Übergang in die stationäre Wachstumsphase zu bestimmen, weil dieser Zeitpunkt meist eindeutig zu erkennen ist und zugleich in der Regel mit der höchsten Stoffwechselrate einhergeht.
Hiermit wird der im allgemeinen hohen Flexibilität von Mikroorganismen hinsichtlich ihres Stoffwechsels Rechnung getragen. So ist es denkbar, daß die Inaktivierung eines Gens durch eine Aktivitätsverstärkung eines anderen, in vivo möglicherweise nicht ganz so leistungsfähigen Gens und/oder Proteins zum Teil ausgeglichen wird. Zunehmend bevorzugt ist jedoch eine möglichst weitgehende Inaktivierung des genannten Wegs. Hierfür kann im Einzelfall die Inaktivierung verschiedener Gene auf ihre erfindungsge¬ mäße Wirksamkeit hin getestet und die mit dem stärksten Effekt ausgewählt werden. Zu¬ dem bietet sich die Möglichkeit, mehrere der Inaktivierungen miteinander zu kombinieren.
Bevorzugt handelt es sich um ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) L-Leucin-Dehydrogenase (E.C. 1.4.1.9), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von Isovaleryl-CoA zu Isovaleriansäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Methylcrotonyl-Carboxylase, (6.) 3-Methyl-Glutaconyl-CoA Hydratase und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17).
Denn wie in Figur 1 dargestellt ist, können diese Aktivitäten mit dem hier betrachteten Stoffwechselweg in Verbindung gebracht werden.
Wie oben bereits gesagt und in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, mehrere der Gene identifiziert werden, die für auf diesem Weg liegende Enzyme beziehungsweise für deren Untereinheiten codieren. Dabei handelt es sich um folgende Gene (die vorangestellte Nummer bezeichnet jeweils die Reaktion, an der das betreffende Enzym beteiligt ist): (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB). Die davon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind in SEQ ID NO. 46, 10, 12, 22, 28, 16, 18, 20 beziehungsweise 42 angegeben. Diese konkreten Genprodukte konnten somit im Zuge der vorliegenden Erfindung als Beteiligte dieses Stoffwechselwegs zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus) identifiziert werden.
Bevorzugt ist deshalb ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 46, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 10, 12, 22 oder 28, und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 16, 18, 20 oder 42.
Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echAδ) oder 41 (Gen ysiB). Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte vorzugsweise eine ursächliche, das heißt auf molekularbiologischer Ebene ansetzende Lösung gefunden werden. Diese steht mit den angegebenen Nukleotidsequenzen zur Verfügung. Wie dementsprechende Deletionen vorgenommen werden können, ist in Beispiel 3 erläutert; weitere Ausführungen hierzu werden weiter unten gegeben, weil sie prinzipiell für alle beschriebenen Stoffwechselwege gelten.
Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (2.) SEQ ID NO. 45, (4.)9, 11,21 oder27und (7.) 15, 17, 19oder41 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Dies ist beispielsweise durch eine molekularbiologische Untersuchung (wie beispielsweise Restriktion, Sequenzierung) des durch die Mutagenese veränderten Genbereichs nachweisbar.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von ß. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus dar: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yυsJ), und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB).
Für derartige Verwendungen gilt prinzipiell das gleiche wie bisher bereits zu den entsprechenden Verfahren ausgeführt worden ist. Bevorzugt ist dementsprechend eine solche erfindungsgemäße Verwendung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (2.) SEQ ID NO. 45, (4.) 9, 11 , 21 oder 27 und (7.) 15, 17, 19 oder 41 zur funktionellen Inaktivierung, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Weitere Ausführungsformen, die auf diesen Fermentationsverfahren und Verwendungen aufbauen, werden weiter unten ausgeführt, weil sie prinzipiell auf alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung dargestellten Stoffwechselwege anwendbar sind.
Der in grampositiven Bakterien der Gattung Bacillus genutzte Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure, als Teil des Isoleucin-Katabolismus, ist in Figur 2 dargestellt; der entsprechende, über die prinzipiell selben Enzyme verlaufende Weg zur Synthese von Isobuttersäure, als Teil des Valin-Katabolismus geht aus Figur 3 hervor. Dieser im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung als ein einziger Weg betrachtete Aspekt des bakteriellen Stoffwechsels stellt letztlich, wie der zuvor betrachtete Weg auch, eine Schnittstelle zwischen dem Citratzyklus und/oder dem Fettsäurestoff¬ wechsel und dem Pyruvat-Metabolismus dar, bis hin zur Synthese der beiden Aminosäuren Isoleucin und Valin.
An den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Reaktionen sind wie bereits erwähnt folgende Enzyme beteiligt, wobei jeweils die zugehörigen Nummern der in den Figuren angegebenen Reaktionsschritte angegeben sind: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42; Reaktion 1 in Figur 2 und 3), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2; Reaktion 2 in Figur 2 und 3), (3.) Enzym zur Hydrolyse von 2-Methyl-Butyryl-CoA zu 2-Methylbuttersäure (Reaktion 3 in Figur 2) beziehungsweise Isobutyryl-CoA zu Isobuttersäure und Coenzym A (Reaktion 3 in Figur 3; wobei in beiden Fällen auch eine nichtenzymatische Hydrolyse möglich ist), (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-; Reaktion 4 in Figur 2 und 3), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17; Reaktion 5 in Figur 2 und 3), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35) (Reaktion 6 in Figur 2), (7.) Acetyl-CoA-Acyl-Transferase (Reaktionsschritt 7 in Figur 2), (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein (Schritt 6 in Figur 3) und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.; Schritt 7 in Figur 3).
Lösungen der gestellten Aufgabe und damit eigenständige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit alle Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus dar, bei denen mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
Mit dieser Lösung sind die bereits erläuterten Vorteile verbunden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um jedes derartige Verfahren, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure bildet.
Hiermit wird, wie oben für den ersten beschriebenen Stoffwechselweg erläutert, der im allgemeinen hohen Flexibilität von Mikroorganismen hinsichtlich ihres Stoffwechsels Rechnung getragen.
Bevorzugt handelt es sich um ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von 2-Methyl-Butyryl-CoA zu 2-Methylbuttersäure beziehungsweise Isobutyryl-CoA zu Isobuttersäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), (7.) Acetyl-CoA-Acyl-Transferase, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.).
Denn wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, können diese Aktivitäten mit dem hier betrachteten Stoffwechselweg in Verbindung gebracht werden.
Wie oben bereits gesagt und in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, mehrere der Gene identifiziert werden, die für auf diesem Weg liegende Enzyme beziehungsweise für deren Untereinheiten codieren. Dabei handelt es sich um folgende Gene (die vorangestellte Nummer bezeichnet jeweils die Reaktion, an der das betreffende Enzym beteiligt ist): (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echAβ) oder 41 (Gen ysiB), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC). Die davon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind in SEQ ID NO. 2, 4, 46, 10, 12, 22, 28, 16, 18, 20, 42, 44, 18 und 30 angegeben. Diese konkreten Genprodukte konnten somit im Zuge der vorliegenden Erfindung als Beteiligte dieses Stoffwechselwegs zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus) identifiziert werden.
Bevorzugt ist deshalb ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 2 oder 4, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 46, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 10, 12, 22 oder 28, (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 16, 18, 20 oder 42, (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 44, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 18 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 30.
Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echAS) oder 41 (Gen ysiB), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC).
Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte vorzugsweise eine ursächliche, das heißt auf molekularbiologischer Ebene ansetzende Lösung gefunden werden. Wie dementsprechende Deletionen vorgenommen werden können, ist in Beispiel 3 erläutert; weitere Ausführungen hierzu werden weiter unten gegeben.
Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 45, (4.) 9, 11 , 21 oder 27, (5.) 15, 17, 19 oder 41 , (6.) 43, (8.) 17 und (9.) 29 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus dar: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11, 21 oder 27 (Gen yusJ), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC). Für derartige Verwendungen gilt prinzipiell das gleiche wie bisher bereits zu den entsprechenden Verfahren ausgeführt worden ist.
Bevorzugt ist dementsprechend eine solche erfindungsgemäße Verwendung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 45, (4.) 9, 11 , 21 oder 27, (5.) 15, 17, 19 oder 41 , (6.) 43, (8.) 17 und (9.) 29 zur funktionellen Inaktivierung, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Weitere Ausführungsformen, die auf diesen Fermentationsverfahren und Verwendungen aufbauen, werden weiter unten ausgeführt.
Der in grampositiven Bakterien der Gattung Bacillus genutzte Stoffwechselweg zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure als Teil des Buttersäure-Metabolismus ist in Figur 4 dargestellt. Dieser Stoffwechselweg ergibt sich letztlich aus dem Fettsäurestoffwechsel.
An den in Figur 4 gezeigten Reaktionen sind wie bereits erwähnt folgende Enzyme beteiligt, wobei die zugehörige Nummer den jeweiligen in der Figur angegebenen Reaktionsschritt bezeichnet: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.157), (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), (6.) Butyraldehyd-Dehydrogenase und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-). Reaktion (7.) erfolgt in der Regel durch nichtenzymatische Oxidation durch Luftsauerstoff.
Lösungen der gestellten Aufgabe und damit eigenständige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit alle Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus dar, bei denen mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus) funktionell inaktiviert ist.
Mit dieser Lösung sind die bereits erläuterten Vorteile verbunden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um jedes derartige Verfahren, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt kein Butanol beziehungsweise keine Buttersäure bildet.
Hiermit wird, wie oben für den ersten beschriebenen Stoffwechselweg erläutert, der im allgemeinen hohen Flexibilität von Mikroorganismen hinsichtlich ihres Stoffwechsels Rechnung getragen.
Bevorzugt handelt es sich um ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.157), (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), (6.) Butyraldehyd-Dehydrogenase und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-).
Denn wie in Figur 4 dargestellt ist, können diese Aktivitäten mit dem hier betrachteten Stoffwechselweg in Verbindung gebracht werden.
Wie oben bereits gesagt und in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, mehrere der Gene identifiziert werden, die für auf diesem Weg liegende Enzyme beziehungsweise für deren Untereinheiten codieren. Dabei handelt es sich um folgende Gene (die vorangestellte Nummer bezeichnet jeweils die Reaktion, an der das betreffende Enzym beteiligt ist): (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yυsJ), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ). Die davon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind in SEQ ID NO. 14, 26, 10, 12, 28, 32, 34 und 8 angegeben. Diese konkreten Genprodukte konnten somit im Zuge der vorliegenden Erfindung als Beteiligte dieses Stoffwechselwegs zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus) identifiziert werden.
Bevorzugt ist deshalb ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicher¬ weise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus β. licheniformis DSM 13 handelt: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 14, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 26, (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 10, 12 oder 28, (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 32, (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 34 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 8.
Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von S. licheniformis DSM 13 codiert: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yusJ), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ).
Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte vorzugsweise eine ursächliche, das heißt auf molekularbiologischer Ebene ansetzende Lösung gefunden werden. Wie dementsprechende Deletionen vorgenommen werden können, ist in Beispiel 3 erläutert; weitere Ausführungen hierzu werden weiter unten gegeben.
Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 13, (2.) 25, (3.) 9, 11 oder 27, (4.) 31 , (5.) 33 und (8.) 7 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus dar: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yusJ), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ).
Für derartige Verwendungen gilt prinzipiell das gleiche wie bisher bereits zu den entsprechenden Verfahren ausgeführt worden ist.
Bevorzugt ist dementsprechend eine solche erfindungsgemäße Verwendung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 13, (2.) 25, (3.) 9, 11 oder 27, (4.) 31, (5.) 33 und (8.) 7 zur funktionellen Inaktivierung, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Weitere Ausführungsformen, die auf diesen Fermentationsverfahren und Verwendungen aufbauen, werden weiter unten ausgeführt.
Der in grampositiven Bakterien der Gattung Bacillus genutzte Stoffwechselweg zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) ist in Figur 5 dargestellt. Dieser Stoffwechselweg stellt letztlich eine Schnittstelle zwischen dem Citratzyklus und dem Fettsäurestoffwechsel dar. An den in Figur 5 gezeigten Reaktionen sind wie bereits erwähnt folgende Enzyme beteiligt, wobei die zugehörige Nummer den jeweiligen in der Figur angegebenen Reaktionsschritt bezeichnet: (1.) Succinat-Propionat-CoA-Transferase, (2.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1) und (3.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1).
Lösungen der gestellten Aufgabe und damit eigenständige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit alle Verfahren zur Fermentation eines Mikro¬ organismus dar, bei denen mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) funktionell inaktiviert ist.
Mit dieser Lösung sind die bereits erläuterten Vorteile verbunden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um jedes derartige Verfahren, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine Propylsäure bildet.
Hiermit wird, wie oben für den ersten beschriebenen Stoffwechselweg erläutert, der im allgemeinen hohen Flexibilität von Mikroorganismen hinsichtlich ihres Stoffwechsels Rechnung getragen.
Bevorzugt handelt es sich um ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Succinat-Propionat-CoA-Transferase, (2.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1) und (3.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1).
Denn wie in Figur 5 dargestellt ist, können diese Aktivitäten mit dem hier betrachteten Stoffwechselweg in Verbindung gebracht werden. Wie oben bereits gesagt und in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, mehrere der Gene identifiziert werden, die für auf diesem Weg liegende Enzyme beziehungsweise für deren Untereinheiten codieren. Dabei handelt es sich um folgende Gene (die vorangestellte Nummer bezeichnet jeweils die Reaktion, an der das betreffende Enzym beteiligt ist): Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), 37 (Gen ytcl), 47 (Gen yhfL) oder 23 (Gen acsA). Die davon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind in SEQ ID NO. 36, 38, 48 und 24 angegeben. Diese konkreten Genprodukte konnten somit im Zuge der vorliegenden Erfindung als Beteiligte dieses Stoffwechselwegs zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) identifiziert werden.
Bevorzugt ist deshalb ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA- Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 36, 38, 48 oder 24.
Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), 37 (Gen ytcl), 47 (Gen yhfL) oder 23 (Gen acsA).
Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte vorzugsweise eine ursächliche, das heißt auf molekularbiologischer Ebene ansetzende Lösung gefunden werden. Wie dementsprechende Deletionen vorgenommen werden können, ist in Beispiel 3 erläutert; weitere Ausführungen hierzu werden weiter unten gegeben. Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu SEQ ID NO. 35, 37, 47 oder 23 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus dar: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), 37 (Gen ytcl), 47 (Gen yhfL) oder 23 (Gen acsA).
Für derartige Verwendungen gilt prinzipiell das gleiche wie bisher bereits zu den entsprechenden Verfahren ausgeführt worden ist.
Bevorzugt ist dementsprechend eine solche erfindungsgemäße Verwendung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu SEQ ID NO. 35, 37, 47 oder 23 zur funktionellen Inaktivierung, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Weitere Ausführungsformen, die auf diesen Fermentationsverfahren und Verwendungen aufbauen, werden weiter unten ausgeführt.
Der in grampositiven Bakterien der Gattung Bacillus genutzte Stoffwechselweg zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Argiήin- Katabolismus) ist in Figuren 6 (für Lysin und dem daraus abgeleiten Cadaverin) und 7 (für Arginin und dem daraus abgeleiten Putrescin) dargestellt. Dieser, in der vorliegenden Anmeldung als ein einziger Weg bezeichnete Aspekt des bakteriellen Stoffwechsels ergibt sich letztlich als Seitenweg aus dem Aminosäurestoffwechsel und im zweiten Fall zusätzlich aus dem Harnstoffzyklus. An den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Reaktionen sind wie bereits erwähnt folgende Enzyme beteiligt, wobei die zugehörige Nummer den jeweiligen in den Figuren angegebenen Reaktionsschritt bezeichnet: (1.) Lysin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18) und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.19) (einzige ausgewiesene Reaktion in Figur 6; Schritt 1 in Figur 7; hierbei tritt auch der Fall ein, daß dasselbe Enzym beide Reaktionen zu katalysieren vermag), (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11; Schritt 2 in Figur 7) und (3.) Ornithin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.17; Schritt 3 in Figur 7).
Lösungen der gestellten Aufgabe und damit eigenständige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit alle Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus dar, bei denen mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin- Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
Mit dieser Lösung sind die bereits erläuterten Vorteile verbunden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um jedes derartige Verfahren, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt kein Cadaverin und/oder kein Putrescin bildet.
Hiermit wird, wie oben für den ersten beschriebenen Stoffwechselweg erläutert, der im allgemeinen hohen Flexibilität von Mikroorganismen hinsichtlich ihres Stoffwechsels Rechnung getragen.
Bevorzugt handelt es sich um ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Lysin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18) und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.19), (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11) und (3.) Ornithin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.17).
Denn wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, können diese Aktivitäten mit dem hier betrachteten Stoffwechselweg in Verbindung gebracht werden. Wie oben bereits gesagt und in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben, konnten über eine Sequenzierung der genomischen DNA von B. licheniformis DSM 13, mehrere der Gene identifiziert werden, die für auf diesem Weg liegende Enzyme beziehungsweise für deren Untereinheiten codieren. Dabei handelt es sich um folgende Gene (die vorangestellte Nummer bezeichnet jeweils die Reaktion, an der das betreffende Enzym beteiligt ist): (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) oder 39 (Gen speA) und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG). Die davon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind in SEQ ID NO. 6, 40 beziehungs¬ weise 50 angegeben. Diese konkreten Genprodukte konnten somit im Zuge der vorliegenden Erfindung als Beteiligte dieses Stoffwechselwegs zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus) identifiziert werden.
Bevorzugt ist deshalb ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 6 oder 40 und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 50.
Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) oder 39 (Gen speA) und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte vorzugsweise eine ursächliche, das heißt auf molekularbiologischer Ebene ansetzende Lösung gefunden werden. Wie dem- entsprechende Deletionen vorgenommen werden können, ist in Beispiel 3 erläutert; weitere Ausführungen hierzu werden weiter unten gegeben. Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 5 oder 39 und (2.) 49 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin- Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus dar: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E. C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) oder 39 (Gen speA) und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
Für derartige Verwendungen gilt prinzipiell das gleiche wie bisher bereits zu den entsprechenden Verfahren ausgeführt worden ist.
Bevorzugt ist dementsprechend eine solche erfindungsgemäße Verwendung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren innerhalb des oben bezeichneten Homologiebereichs zu (L) SEQ ID NO. 5 oder 39 und (2.) 49 zur funktionellen Inaktivierung, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
Weitere Ausführungsformen, die auf diesen Fermentationsverfahren und Verwendungen aufbauen, werden weiter unten ausgeführt.
In jeweils bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verwendungen der Gene und/oder Nukleinsäuren auf jedem der beschriebenen fünf Stoffwechselwege um solche, wobei die funktionelle Inaktivierung während der Fermentation des Mikroorganismus erfolgt.
Denn der gestellten Aufgabe entsprechend sollte die Fermentation auf genetischer Ebene verbessert werden. Bei Fermentation von Mikroorganismen, die über diese Gene und/oder Nukleinsäuren entsprechend modifiziert worden sind, ist zu erwarten, daß die Menge der Geruchs- und/oder Giftstoffe geringer als bei nichtmodifizierten Stämmen ist. Dieser, sich im Laufe der Fermentation ergebende Vorteil ist erfindungsgemäß bevorzugt, weil er sich sowohl auf den Herstell-, das heißt Fermentationsprozeß als auch auf die nachfolgede Aufarbeitung vorteilhaft auswirkt.
Hierunter ist jede derartige Verwendung bevorzugt, wobei (soweit vorhanden) zunehmend bevorzugt 2, 3 oder 4 der je Stoffwechselweg ((1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin) genannten Gene inaktiviert werden.
Denn wie bereits erläutert können Mikroorganismen in Einzelfällen der Inaktivierung dadurch entkommen, daß sie einen alternativen Weg oder zumindest Enzyme mit vergleichbaren Reaktionen aktivieren und dadurch der betreffende Geruchs- und/oder Giftstoff weiterhin gebildet wird. Dieses Problem kann insbesondere durch Blockade mehrerer Einzelreaktionen gelöst werden.
Weiterhin ist jede derartige Verwendung bevorzugt, wobei (soweit im betreffenden Mikroorganismus vorhanden) zunehmend bevorzugt 2, 3, 4 oder 5 der Stoffwechselwege (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin wenigstens zum Teil blockiert werden.
Denn zum einen kann die Inaktivierung einer einzelnen Reaktion mehrere der genannten Wege blockieren. Die gilt beispielsweise für die Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yusJ), welche auf den ersten drei genannten Stoffwechselwegen vorkommt; oder für die drei folgenden Enzyme beziehungsweise -gruppen, welche gleichermaßen an den beiden ersten genannten Wegen beteiligt sind: 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2- Oxoglutarat-Dehydrogenase E1 (E. C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 46, eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 10, 12, 22 oder 28, und Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 16, 18, 20 oder 42. Auch hierbei erfolgen die Definitionen der Enzymaktivitäten unter Bezug auf die oben beschriebenen und in den Figuren angegebenen Reaktionen.
Zum anderen können nach allgemein bekannten molekularbiologischen Methoden parallel mehrere Gene inaktiviert werden, so daß prinzipiell alle diese Wege ausgeschaltet und damit entsprechend günstige Fermentationsverfahren erhalten werden können.
Nach einer Alternative handelt es sich bei all diesen Verwendungen von Genen und/oder den beschriebenen erfindungsgemäßen Nukleinsäuren um solche, wobei jeweils eine für ein nichtaktives Protein codierende Nukleinsäure mit einer Punktmutation eingesetzt wird.
Derartige Nukleinsäuren können über an sich bekannte Verfahren zur Punktmutagenese erzeugt werden. Solche sind beispielsweise in einschlägigen Handbüchern wie dem von Fritsch, Sambrook und Maniatis, „Molecular cloning: a laboratory manual", CoId Spring Harbour Laboratory Press, New York, 1989, dargestellt. Zudem stehen hierfür inzwischen zahlreiche kommerzielle Baukästen zur Verfügung, etwa das QuickChange®-Kit der Firma Stratagene, La JoIIa, USA. Dessen Prinzip besteht darin, daß Oligonukleotide mit einzelnen Austauschen (Mismatch-Primer) synthetisiert und mit dem einzelsträngig vorgelegten Gen hybridisiert werden; anschließende DNA-Polymerisation ergibt dann entsprechende Punktmutanten. Hierfür können die jeweiligen Spezies-eigenen Sequenzen dieser Gene verwendet werden. Aufgrund der hohen Homologien ist es möglich und erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, diese Reaktion anhand der im Sequenzprotokoll zur Verfügung gestellten Nukleotidsequenzen durchzuführen. Diese Sequenzen können auch dazu dienen, entsprechende Mismatch-Primer für verwandte Spezies zu entwerfen.
Nach einer Alternative handelt es sich bei all diesen Verwendungen von Genen und/oder den beschriebenen erfindungsgemäßen Nukleinsäuren um solche, wobei jeweils eine Nukleinsäure mit einer Deletions- oder Insertionsmutation eingesetzt wird, vorzugsweise umfassend die jeweils mindestens 70 bis 150 Nukleinsäurepositionen umfassenden Randsequenzen des für das Protein codierenden Bereichs. Auch diese Verfahren sind dem Fachmann an sich vertraut. Somit ist es möglich, die Bildung eines oder mehrerer der beschriebenen Genprodukte durch die Wirtszelle dadurch zu verhindern, daß ein Teil des betreffenden Gens auf einem entsprechenden Transformationsvektor über Restriktionsendonukleasen herausgeschnitten und der Vektor anschließend in den interessierenden Wirt transformiert wird, wo über die - bis dahin noch mögliche - homologe Rekombination das aktive Gen gegen die inaktive Kopie ausgetauscht wird. In der Ausführungsform der Insertionsmutation kann lediglich das intakte Gen unterbrechend oder anstelle eines Genteils ein anderes Gen, beispielsweise ein Selektionsmarker eingefügt werden. Hierüber ist das Mutationsereignis in an sich bekannter Weise phänotypisch überprüfbar.
Um diese jeweils notwendigen Rekombinationsereignisse zwischen dem in die Zelle eingeführten defekten Gen und der beispielsweise auf dem Chromosom endogen vorhandenen intakten Genkopie zu ermöglichen, ist nach dem derzeitigen Wissensstand eine Übereinstimmung in jeweils mindestens 70 bis 150 zusammenhängenden Nuklein- säurepositionen, jeweils in den beiden Randsequenzen zu dem nichtübereinstimmenden Teil nötig, wobei es auf den dazwischenliegenden Teil nicht ankommt. Dementsprechend sind solche Ausführungsformen bevorzugt, die lediglich zwei flankierende Regionen mit mindestens diesen Größen umfassen.
Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform dieser Verwendung werden Nukleinsäuren mit insgesamt zwei Nukleinsäureabschnitten eingesetzt, die jeweils mindestens 70 bis 150 Nukleinsäurepositionen umfassen und damit den für das Protein codierenden Bereich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig flankieren. Die flankierenden Bereich können dabei ausgehend von den bekannten Sequenzen über an sich bekannte Methoden, beispielsweise mithilfe nach außen gerichteter PCR-Primer und einer Präparation genomischer DNA als Matrize ermittelt werden (anchored PCR). Denn allein um den Austausch der beiden Genkopien über homologe Rekombination zu ermöglichen, braucht es sich dabei nicht zwangsläufig um proteincodierende Abschnitte zu handeln. Der vorliegenden Erfindung zufolge können die hierfür benötigten Primer anhand der im Sequenzprotokoll angegebenen Nukleotidsequenzen auch für andere Spezies grampositiver Bakterien und hierunter insbesondere für solche der Gattung Bacillus entworfen werden. Alternativ zu diesem experimentellen Ansatz können derartige, wenigstens zum Teil nichtcodierende Bereiche für viele dieser Gene aus verwandten Spezies, beispielsweise aus B. subtilis Datenbankeinträgen entnommen werden, beispielsweise der Datenbank Subtilist des Institute Pasteur, Paris, Frankreich (http://genolist.pasteur.fr/SubtiList/genome.cgi) oder den in Beispiel 2 angegebenen Datenbanken.
Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, gentechnisch verbesserte Mikroorganismen für die biotechnologische Produktion zur Verfügung zu stellen. Somit stellt jeder Mikroorganismus eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei dem mindestens eines der Gene funktionell inaktiviert ist, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 , - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 3, - Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (Protein SpeA; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA), - NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (Protein YugJ; E.C. 1.1.1.-) definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ), - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 11 , - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, - putatives Enoyl-CoA-Hydratase-Protein (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, - wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17, - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (Protein EchA8; E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 19 (Gen ecM8), - Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 21, - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (beziehungsweise -Synthetase; Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 23 (Gen acsA), - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (Protein YngF; E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (Protein YusJ; E.C. 1.3.99.25), beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 27 (Gen yusJ), - 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (Protein YkwC; E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC), - wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , - wahrscheinliche Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33, - Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein Ytcl ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 37 (Gen ytcl), - Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (Protein SpeA; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 39 (Gen speA), - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 41 (Gen ysiB), - Ähnliches zur 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, - 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, - wahrscheinliche Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein YhfL; E.C. 6.2.1.1) beziehungsweise Säure-CoA-Ligase (E.C. 6.2.1.-), definiert über SEQ ID NO. 47 (Gen yhfL) oder - Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
Hierbei ist unter „entspricht" jeweils solch ein Gen des betrachteten Organismus gemeint, das für ein Genprodukt mit derselben biochemischen Aktivität codiert, wie sie oben im Zusammenhang mit den jeweiligen Stoffwechselwegen definiert ist. In der Regel ist das gleichzeitig dasjenige von allen in vivo translatierten Genen dieses Organismus, welches zu dem genannten Gen aus B. licheniformis die jeweils höchste Homologie aufweist (in der Regel mehr als 40% Identität, feststellbar über ein Alignment beider Sequenzen, wie in Beispiel 2 durchgeführt).
Hierunter ist entsprechend dem oben Gesagten jeweils solch ein Mikroorganismus zuneh¬ mend bevorzugt, bei dem 2, 3 oder 4 der je Stoffwechselweg ((1.) zur Synthese von Iso- valeriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin) genannten Gene inaktiviert sind.
Weiterhin ist entsprechend dem oben Gesagten jeweils solch ein Mikroorganismus zunehmend bevorzugt, bei dem 2, 3, 4 oder 5 der Stoffwechselwege (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin wenigstens zum Teil blockiert sind.
Weiterhin ist hierunter jeweils solch ein Mikroorganismus bevorzugt, bei dem es sich um ein Bakterium handelt.
Denn solche besitzen für die biotechnologische Produktion eine besondere Bedeutung. Zum anderen sind die betreffenden Wege an Mikroorganismen der Gattung Bacillus beschrieben worden.
Hierunter ist jeweils solch ein Mikroorganismus bevorzugt, wobei es sich um ein gramnegatives Bakterium handelt, insbesondere eines der Gattungen Escherichia coli, Klebsiella, Pseudomonas oder Xanthomonas, insbesondere um Stämme von E. coli K12, E. coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stämme Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E.co// JM109, E. coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf).
Denn hierbei handelt es sich um wichtige Stämme für molekularbiologische Arbeiten an Genen, etwa zur Klonierung (siehe Beispiele) und außerdem um wichtige Produktionsstämme.
Alternativ hierzu wird jeweils solch ein Mikroorganismus bevorzugt, wobei es sich um ein grampositives Bakterium handelt, insbesondere eines der Gattungen Bacillus, Staphylococcus oder Corynebacterium, ganz besonders der Species Bacillus lentus, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. subtilis, B. globigii oder B. alcalophilus, Staphylococcus carnosus oder Corynebacterium glutamicum, und hierunter ganz besonders um B. licheniformis DSM 13. Denn diese sind besonders wichtig für die biotechnologische Produktion von Wertstoffen und Proteinen, weil sie natürlicherweise in der Lage sind, diese ins umgebende Medium auszuschleusen. Zum anderen sind sie mit dem für die vorliegende Anmeldung eingesetzten B. licheniformis zunehmend verwandt, so daß die geschilderten, auf die jeweils offenbarten Sequenzen zurückgehenden Arbeitsschritte mit einem zunehmenden Maß an Verwandtschaft zu B. licheniformis DSM 13 umso erfolgreicher ablaufen dürften. So ist beispielsweise anzunehmen, daß ein im Sequenzprotokoll angegebenes Gen nach Punktmutation in einer verwandten Spezies unmittelbar für eine Deletionsmutation verwendbar ist, ohne daß das homologe Gen hierzu aus diesem Stamm selbst isoliert werden muß.
Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, Fermentationsverfahren zu ver¬ bessern. Somit stellt jedes Verfahren zur Fermentation eines oben beschriebenen erfin¬ dungsgemäßen Mikroorganismus eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Inbesondere handelt es sich bei diesen Verfahren und den Verfahren, welche oben jeweils im Zusammenhang mit einer Einflußnahme auf einen der beschriebenen fünf Stoffwechselwege beschrieben sind, um solche Verfahren, wobei ein Wertstoff hergestellt wird, insbesondere eine niedermolekulare Verbindung oder ein Protein.
Denn das sind die wesentlichen Einsatzgebiete der biotechnologischen Produktion durch Fermenation von Mikroorganismen.
Hierunter ist jeweils solch ein Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei der niedermoleku¬ laren Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelergänzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handelt.
Denn das sind wichtige Produktgruppen der biotechnologischen Produktion durch Fermentation von Mikroorganismen.
Unter solchen biotechnologischen Verfahren zur Produktion von Proteinen durch Fermenation von Mikroorganismen ist jeweils solch ein Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α- Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und Hemicellulasen. Denn hierbei handelt es sich um wichtige im großtechnischen Maßstab hergestellte Enzyme, beispielsweise für die Einarbeitung in Wasch- oder Reinigungsmittel.
Darüber hinaus stehen die erfindungsgemäß bereitgestellten Genprodukte für weitere Anwendungen zur Verfügung. Somit wird die vorliegende Erfindung auch durch jede Verwendung jedes erfindungsgemäßen Genprodukts in einem Reaktionsansatz oder Verfahren entsprechend seiner biochemischen Eigenschaften verwirklicht, das wie oben dargestellt unter Bezug auf SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 oder 50 definiert ist.
Hierunter fallen vorzugsweise Verwendungen (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin, gegebenenfalls in geeigneter Kombination mit weiteren Enzymen.
So handelt es sich bei den Produkten der dargestellten Stoffwechselwege um einfache organisch-chemische Verbindungen, an denen in der Chemie durchaus ein Bedarf besteht, beispielsweise um sie als Ausgangsstoffe für komplexere Synthesen einzu¬ setzen. Deren Herstellung kann, insbesondere wenn es sich um stereochemische Reaktionen handelt, durch Einsatz entsprechender Enzyme erheblich vereinfacht werden, weil diese zumeist spezifisch ein Enantiomeres bilden. Man spricht von Biotransformation, wenn derartige Synthesewege zumindest in einem Reaktionsschritt von biologischen Katalysatoren übernommen werden. Hierzu eignen sich prinzipiell alle erfindungsgemäßen Genprodukte.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung weiter. Beispiele
Alle molekularbiologischen Arbeitsschritte folgen Standardmethoden, wie sie beispielsweise in dem Handbuch von Fritsch, Sambrook und Maniatis „Molecular cloning: a laboratory manual", CoId Spring Harbour Laboratory Press, New York, 1989, oder vergleichbaren einschlägigen Werken angegeben sind. Enzyme und Baukästen (Kits) werden nach den Angaben der jeweiligen Hersteller eingesetzt.
Beispiel 1 Identifizierung der Nukleinsäuren gemäß SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 und 49 aus β. licheniformis DSM 13
Aus dem von der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig (http://www.dsmz.de) für jedermann erhältlichen Stamm B. licheniformis DSM 13 wurde nach Standardmethoden die genomische DNA präpariert, mechnisch fraktioniert und über Elektrophorese in einem 0,8%igen Agarosegel aufgetrennt. Für eine Schrotschußklonierung der kleineren Fragmente wurden die 2 bis 2,5 kb großen Fragmente aus dem Agarosegel eluiert, dephosphoryliert und als stumpf endende (blunt ended) Fragmente in die Smal- Restriktionsschnittstelle des Vektors pTZ19R-Cm ligiert. Dabei handelt es sich um ein Chloramphenicol-Resistenz verleihendes Derivat des von der Firma Fermentas (St. Leon- Rot) kommerziell erhältlichen Plasmids pTZ19R. Dadurch wurde eine Genbank der kleineren Fragmente erhalten. Als zweite Schrotschußklonierung wurden die durch eine partielle Restriktion mit dem Enzym Saulllal erhaltenen genomischen Fragmente in das SuperCos-1 -Vektorsystem („Cosmid Vector Kit") der Firma Stratagene, La JoIIa1 USA, ligiert, wodurch eine Genbank über die überwiegend größeren Fragmente erhalten wurde.
Aus den durch Transformation mit den betreffenden Genbanken erhältlichen Bakterien E. coli DH5α (D. Hannahan (1983): „Studies on transformation on Escherichia coli1; J. Mol. Microbiol., Band 166, Seiten 557 - 580) wurden die betreffenden rekombinanten Plasmide isoliert und sequenziert, hierbei kam die Farbstoffabbruchmethode (dye terminator chemistry) zum Einsatz, durchgeführt durch die automatischen Sequenziergeräte Mega- BACE 1000/4000 (Fa. Amersham Bioscence, Piscataway, USA) und ABI Prism 377 (Fa. Applied Biosystems, Foster City, USA).
Auf diese Weise wurden unter anderem die im Sequenzprotokoll der vorliegenden Anmeldung angegebenen Sequenzen SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 und 49 erhalten. Die hiervon abgeleiteten Aminosäuresequenzen sind - die zugehörigen unter der jeweils höheren Nummer - unter SEQ ID NO. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 und 50 angegeben.
Beispiel 2 Sequenzhomologien
Nach Ermittlung der DNA- und Aminosäuresequenzen gemäß Beispiel 1 wurden durch Recherche in den Datenbanken GenBank (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA), EMBL-European Bioinformatics Institute (EBI) in Cambridge, Großbritannien (http://www.ebi.ac.uk), Swiss-Prot (Geneva Bioinformatics (GeneBio) S.A., Genf, Schweiz; http://www.genebio.com/sprot.html) und PIR (Protein Information Resource, National Biomedical Research Foundation, Georgetown University Medical Center, Washington, DC, USA; http://www.pir.georgetwown.edu) die jeweils nächstähnlichen, bisher bekannten Homologe ermittelt. Dabei wurde die Option πr (nonredundand) gewählt.
Die ermittelten DNA- beziehungsweise Aminosäuresequenzen wurden zur Bestimmung des Homologiegrads über Alignments einander gegenübergestellt; hierfür wurde das Computerprogramm Vector NTI® Suite Version 7, verwendet, welches von der Firma Informax Inc., Bethesda, USA, erhältlich ist. Hierbei wurden die Standard-Parameter dieses Programms angewendet, das heißt für den Vergleich der DNA-Sequenzen: K-tuple size: 2; Number of best Diagonals: 4; Window size: 4; Gap penalty: 5; Gap opening penalty: 15 und Gap extension penalty: 6,66. Für den Vergleich der Aminosäure- Sequenzen galten folgende Standard-Parameter: K-tuple size: 1 ; Number of best Diagonals: 5; Window size: 5; Gap penalty: 3; Gap opening penalty: 10 und Gap extension penalty: 0,1. Die Ergebnisse dieser Sequenzvergleiche sind zusammen mit einer Angabe der jeweiligen Enzymnamen, das heißt Funktionen, E. C. -Nummern, und den zugehörigen Stoffwechselwegen in folgender Tabelle 1 zusammengestellt. Die Numerierung der aus dem Stand der Technik bekannten Enzyme ist die übereinstimmende Nomenklatur der oben genannten Datenbanken.
Tabelle 1 : Nächstähnliche Gene beziehungsweise Proteine zu den in Beispiel 1 ermittelten Genen und Proteinen. Darin bedeuten: ID die im Sequenzprotokoll zur vorliegenden Anmeldung angegebene SEQ ID NO.; E. C. -Nr. die Nummer gemäß der internationalen Enzymklassifikation {Enzyme Nomenclature der IUBMB).
Man erkennt, daß es sich bei den gefundenen Genen und den hiervon abgeleiteten Genprodukten um neue Gene beziehungsweise Proteine mit einem deutlichen Abstand zum bisher bekannten Stand der Technik handelt.
Beispiel 3 Funktionelle Inaktivierung eines oder mehrerer der Gene gemäß SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 und 49 in S. licheniformis
Prinzip der Herstellung eines Deletionsvektors Jedes dieser Gene kann beispielsweise mittels eines sogenannten Deletionsvektors funktionell inaktiviert werden. Dieses Vorgehen ist an sich beispielsweise von J. Vehmaanperä et al. (1991) in der Publikation „Genetic manipulation of Bacillus amyloliquefaciens"; J. Biotechnol., Band 19, Seiten 221 - 240 beschrieben.
Ein geeigneter Vektor hierfür ist pE194, der in der Publikation „Replication and incompatibility properties of plasmid pE194 in Bacillus subtilis" von TJ. Gryczan et al. (1982), J. Bacteriol., Band 152, Seiten 722 - 735 charakterisiert ist. Der Vorteil dieses Deletionsvektors besteht darin, daß er einen Temperatur-abhängigen Replikationsursprung besitzt. Bei 33°C kann pE194 in der transformierten Zelle replizieren, so daß bei dieser Temperatur zunächst auf eine erfolgreiche Transformation selektiert wird. Anschließend werden die Zellen, die den Vektor enthalten, bei 42°C inkubiert. Bei dieser Temperatur repliziert der Deletionsvektor nicht mehr und es wird ein Selektionsdruck auf die Integration des Plasmids über einen zuvor ausgewählten homologe Bereich in das Chromosom ausgeübt. Eine zweite homologe Rekombination über einen zweiten homologen Bereich führt dann zur Exzision des Vektors zusammen mit der intakten Genkopie aus dem Chromosom und damit zur Deletion des in vivo chromosomal lokalisierten Gens. Möglich wäre auch als zweite Rekombination die Umkehrreaktion zur Integration, das heißt ein Herausrekombinieren des Vektors aus dem Chromosom, so daß das chromosomale Gen intakt bliebe. Die Gen-Deletion muß daher nach an sich bekannten Methoden, etwa im Southern-Blot nach Restriktion der chromosomalen DNA mit geeigneten Enzymen oder mit Hilfe der PCR-Technik anhand der Größe des amplifizierten Bereichs nachgewiesen werden.
Erforderlich ist also die Auswahl zweier homologer Bereiche des zu deletierenden Gens, die jeweils mindestens je 70 Basenpaare umfassen sollten, beispielsweise der 5'- und der 3'-Bereich des ausgewählten Gens. Diese werden so in den Vektor Moniert, daß sie einen für ein nichtaktives Protein codierenden Teil flankieren oder unter Auslassung des dazwischenliegenden Bereichs direkt aufeinanderfolgen. Hierdurch wird der Deletionsvektor erhalten.
Deletion der hier betrachteten Gene Zur Konstruktion eines erfindungsgemäßen Deletionsvektors werden die 5'- und 3'- Bereiche des jeweils interessierenden dieser Gene mittels PCR amplifiziert. Zur Konstruktion geeigneter Primer stehen die im Sequenzprotokoll angegebenen Sequenzen SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 und 49 zur Verfügung, die aus B. licheniformis stammen, aufgrund zu erwartender Homologien aber auch für andere Spezies, insbesondere der Gattung Bacillus geeignet sein sollten.
Die beiden amplifizierten Bereiche werden geeigneterweise unmittelbar hintereinander auf einem für diese Arbeiten gebräuchlichen Vektor zwischenkloniert, zum Beispiel auf dem Vektor pUC18, der sich für Klonierungssschritte in E. coli, eignet. Im nächsten Schritt erfolgt eine Umklonierung in den zur Deletion ausgewählten Vektor pE194 und dessen Transformation in B. subtilis DB104, etwa nach der Methode der Protoplasten-Transformation nach Chang & Cohen (1979; „High Frequency Transformation of Bacillus subtilis Protoplasts by Plasmid DNA"; Molec. Gen. Genet. (1979), Band 168, Seiten 111-115). Alle Arbeitsschritte müssen bei 33°C durchgeführt werden, um eine Replikation des Vektors zu gewährleisten.
In einem nächsten Schritt wird der zwischenklonierte Vektor ebenfalls mittels der Methode der Protoplastentransformation in den gewünschten Wirtsstamm, hier B. licheniformis, transformiert. Die solcherart erhaltenen und mit üblichen Methoden (Selektion über den Resistenzmarker des Plasmids; Kontrolle über Plasmidpräparation und PCR für das Insert) als positiv identifizierten Transformanten werden anschließend bei 420C unter Selektionsdruck durch Zugabe von Erythromycin auf Anwesenheit des Plasmids kultiviert. Bei dieser Temperatur kann der Deletionsvektor nicht mehr replizieren und es überleben nur solche Zellen, bei denen der Vektor in das Chromosom integriert ist, wobei diese Integration mit höchster Wahrscheinlichkeit in homologen oder identischen Bereichen stattfindet. Durch Kultivierung bei 33°C ohne Erythromycin-Selektionsdruck kann dann nachfolgend die Excision des Deletionsvektors induziert werden, wobei das chromosomal codierte Gen vollständig aus dem Chromosom entfernt wird. Der Erfolg der Deletion wird anschließend über Southern-Blot nach Restriktion der chromosomalen DNA mit geeigneten Enzymen oder mit Hilfe der PCR-Technik überprüft.
Solche Transformanten, bei denen das betreffende Gen deletiert ist, zeichnen sich in der Regel zudem durch eine Einschränkung zur Bildung des aus dem zugehörigen Stoffwechselweg resultierenden Geruch- oder Giftstoffs aus. In den Fällen, in denen die Zelle über keinen Ersatzweg zur Synthese der betreffenden Verbindung verfügt, ist der betreffende Stoffwechselweg vollständig blockiert, so daß diese Verbindung überhaupt nicht mehr gebildet wird und der auf diese Weise modifizierte Stamm nicht mehr über die betreffende Geruchskomponente verfügt. Beschreibung der Figuren
Figur 1 : Stoffwechselweg zur Bildung von Isovaleriansäure Erläuterungen: siehe Text.
Figur 2: Stoffwechselweg zur Bildung von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure; Aspekt der Bildung von 2-Methylbuttersäure Erläuterungen: siehe Text.
Figur 3: Stoffwechselweg zur Bildung von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure; Aspekt der Bildung von Isobuttersäure Erläuterungen: siehe Text.
Figur 4: Stoffwechselweg zur Bildung von Butanol und/oder Buttersäure Erläuterungen: siehe Text.
Figur 5: Stoffwechselweg zur Bildung von Propylsäure Erläuterungen: siehe Text.
Figur 6: Stoffwechselweg zur Bildung von Cadaverin und/oder Putrescin; Aspekt der Bildung von Cadaverin Erläuterungen: siehe Text.
Figur 7: Stoffwechselweg zur Bildung von Cadaverin und/oder Putrescin; Aspekt der Bildung von Putrescin Erläuterungen: siehe Text.

Claims

Patentansprüche
1. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure- Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 1 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
2. An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 2 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 73% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
3. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure- Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 3 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 78% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
4. An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase; E. C. 2.6.1.42), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 4 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 83% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
5. Nukleinsäure speA, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise 4.1.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 5 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 78% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
6. An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt SpeA (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E. C. 4.1.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 6 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 89% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
7. Nukleinsäure yugJ, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A; E. C. 1.1.1.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 7 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 81% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
8. An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YugJ (NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A; E. C. 1.1.1.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 8 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 93% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 98,5%, 99%, 99,5% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
9. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 9 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 79% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
10. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E.C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 10 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 86% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
11. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 11 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 64% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
12. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 12 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
13. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.1.1.157), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 13 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
14. An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3- Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase; E.G. 1.1.1.157), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 14 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
15. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putatives Enoyl- CoA-Hydratase-Protein; E. C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 15 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
16. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (putatives Enoyl-CoA-Hydratase-Protein; E.C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 16 angegebenen Aminosäure¬ sequenz mindestens 62% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
17. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-Coenzym A-Hydrolase-Protein), mit einer Nukleotid¬ sequenz, die zu der in SEQ ID NO. 17 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
18. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-Coenzym A- Hydrolase-Protein), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 18 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
19. Nukleinsäure echA8, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E.C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 19 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 48% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
20. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt EchAδ (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E.C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 20 angegebenen Amino¬ säuresequenz mindestens 52% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
21. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovalehansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA- Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 21 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 54% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
22. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 22 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
23. Nukleinsäure acsA, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetyl-Coenzym A-Synthetase; E. C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 23 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
24. An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt AscA (Acetyl-Coenzym A- Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 24 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 65% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
25. Nukleinsäure yngF, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase; E.C. 4.2.1.55), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 25 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 68% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
26. An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YngF (3- Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase; E. C. 4.2.1.55), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 26 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
27. Nukleinsäure yusJ, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 27 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
28. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt YusJ (Acyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.3.99.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 28 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 86% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
29. Nukleinsäure ykwC, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (hypothetische Oxidoreduktase; E. C. 1.1.-.-), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 29 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
30. An der Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Gen¬ produkt YkwC (hypothetische Oxidoreduktase; E. C. 1.1.-.-), mit einer Aminosäure¬ sequenz, die zu der in SEQ ID NO. 30 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
31. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase; E.C. 2.3.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 31 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 51% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
32. An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase; E.C. 2.3.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 32 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 69% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
33. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Butyrat-Kinase; E.C. 2.7.2.7), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 33 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
34. An der Synthese von Butanol und/oder Buttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Butyrat-Kinase; E.C. 2.7.2.7), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 34 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 84% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
35. Nukleinsäure acsA, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetyl-Coenzym A-Synthetase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 35 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 79% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
36. An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt AcsA (Acetyl-Coenzym A- Synthetase; E. C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 36 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 87,5%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
37. Nukleinsäure ytcl, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (Acetat-CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 37 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 74% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
38. An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt Ytcl (Acetat-CoA-Ligase; E.C. 6.2.1.1), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 38 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
39. Nukleinsäure speA, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 39 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 68% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
40. An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt SpeA (Lysin- und/oder Arginin-Decarboxylase; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 40 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 66% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist. 41. Nukleinsäure ysiB, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E. C. 4.2.1.17), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO.
41 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 75% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
42. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt YsiB (wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase; E. C. 4.2.1.17), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 42 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 77% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
43. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von 2-Methylbuttersäure beteiligtes Genprodukt (ähnlich zur 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase; E. C. 1.1.1.35), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 43 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 76% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
44. An der Synthese von 2-Methylbuttersäure beteiligtes Genprodukt (ähnlich zur 3- Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 44 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 80% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
45. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 -Komponente; E.C. 1.2.4.2), mit einer Nukleotidsequenz, die zu der in SEQ ID NO. 45 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 80% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist. 46. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure beteiligtes Genprodukt (2-Oxoglutarat-Dehydrogenase E1 -Komponente; E. C. 1.2.4.2), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO.
46 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 82% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 85%, 87,5%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
47. Nukleinsäure yhfL, codierend für ein an der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt (wahrscheinliche Säure-CoA-Ligase; E. C. 6.2.1.-), mit einer Nukleotid- sequenz, die zu der in SEQ ID NO. 47 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 67% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
48. An der Synthese von Propylsäure beteiligtes Genprodukt YhfL (wahrscheinliche Säure-CoA-Ligase; E. C. 6.2.1.-), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 48 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 76% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 80%, 85%, 90%, 92%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
49. Nukleinsäure ywhG, codierend für ein an der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt (Agmatinase; E. C. 3.5.1.11), mit einer Nukleotid¬ sequenz, die zu der in SEQ ID NO. 49 angegebenen Nukleotidsequenz mindestens 85% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
50. An der Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt YwhG (Agmatinase; E. C. 3.5.1.11), mit einer Aminosäuresequenz, die zu der in SEQ ID NO. 50 angegebenen Aminosäuresequenz mindestens 97% Identität und zunehmend bevorzugt mindestens 97,5%, 98%, 98,5%, 99%, 99,5% und besonders bevorzugt 100% Identität aufweist.
51. Nukleinsäure, codierend für ein an der Synthese von Isovaleriansäure, 2- Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol, Buttersäure, Propylsäure, Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 oder 49, die natürlicherweise in einem Mikroorganismus enthalten ist, vorzugsweise einem Bakterium, besonders bevorzugt einem grampositiven Bakterium, hierunter bevorzugt einem der Gattung Bacillus, hierunter besonders bevorzugt einem der Spezies B. licheniformis und hierunter ganz besonders bevorzugt B. licheniformis DSM13.
52. An der Synthese von Isovaleriansäure, 2-Methylbuttersäure, Isobuttersäure, Butanol, Buttersäure, Propylsäure, Cadaverin und/oder Putrescin beteiligtes Genprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 oder 50, welches natürlicherweise von einem Mikroorganismus gebildet wird, vorzugsweise von einem Bakterium, besonders bevorzugt von einem grampositiven Bakterium, hierunter bevorzugt von einem der Gattung Bacillus, hierunter besonders bevorzugt von einem der Spezies ß. licheniformis und hierunter ganz besonders bevorzugt von B. licheniformis DSM 13.
53. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin-Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
54. Verfahren nach Anspruch 53, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine Isovaleriansäure bildet.
55. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 oder 54, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) L-Leucin-Dehydrogenase (E.C. 1.4.1.9), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von Isovaleryl-CoA zu Isovaleriansäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Methylcrotonyl-Carboxylase, (6.) 3-Methyl-Glutaconyl-CoA Hydratase und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17).
56. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 46, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 10, 12, 22 oder 28, und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 16, 18, 20 oder 42.
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 56, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echAS) oder 41 (Gen ysiB).
58. Verfahren nach Anspruch 57, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (2.) 45, (4.)9, 11,21 oder27 und (7.) 15, 17, 19oder41 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
59. Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von ß. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Isovaleriansäure (als Teil des Leucin- Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus: (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) eine Untereinheit der Acyl-CoA Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 , 21 oder 27 (Gen yusJ), und (7.) Enoyl-CoA Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB).
60. Verwendung einer der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (2.) 45, (4.) 9, 11 , 21 oder 27 und (7.) 15, 17, 19 oder 41 zur funktionellen Inaktivierung nach Anspruch 59, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
61. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
62. Verfahren nach Anspruch 61 , bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine 2-Methylbuttersäure beziehungsweise Isobuttersäure bildet.
63. Verfahren nach einem der Ansprüche 61 oder 62, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), (3.) Enzym zur Hydrolyse von 2-Methyl-Butyryl-CoA zu 2-Methylbuttersäure beziehungsweise Isobutyryl-CoA zu Isobuttersäure und Coenzym A, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), (7.) Acetyl-CoA-Acyl-Transferase, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E. C. 1.1.-.-.).
64. Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 63, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus ß. licheniformis DSM 13 handelt: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 2 oder 4, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 46, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 10, 12, 22 oder 28, (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 16, 18, 20 oder 42, (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 44, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 18 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 30.
65. Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 64, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11, 21 oder 27 (Gen yusJ), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB), (6.) S-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC).
66. Verfahren nach Anspruch 65, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (1.) 1 oder 3, (2.) 45, (4.) 9, 11, 21 oder 27, (5.) 15, 17, 19 oder 41 , (6.) 43, (8.) 17 und (9.) 29 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
67. Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Valin- und/oder Isoleucin-Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus: (1.) Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E.C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 oder 3, (2.) 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, (4.) Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, 11, 21 oder 27 (Gen yusJ), (5.) Enoyl-CoA-Hydratase (-Protein) (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, 17, 19 (Gen echA8) oder 41 (Gen ysiB), (6.) 3-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, (8.) Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein, definiert über SEQ ID NO. 17 und (9.) 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E. C. 1.1.-.-.), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC).
68. Verwendung einer der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (1.) 1 oder 3, (2.) 45, (4.) 9, 11 , 21 oder 27, (5.) 15, 17, 19 oder 41 , (6.) 43, (8.) 17 und (9.) 29 zur funktionellen Inaktivierung nach Anspruch 67, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
69. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus) funktionell inaktiviert ist.
70. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natür¬ licherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt kein Butanol beziehungsweise keine Buttersäure bildet.
71. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 oder 70, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.157), (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), (6.) Butyraldehyd-Dehydrogenase und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-).
72. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 71, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus ß. Hcheniformis DSM 13 handelt: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 14, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 26, (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 10, 12 oder 28, (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 32, (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 34 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 8.
73. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 72, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. Hcheniformis DSM 13 codiert: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yusJ), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31, (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ).
74. Verfahren nach Anspruch 73, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche: (1 ) 13, (2.) 25, (3.) 9, 11 oder 27, (4.) 31, (5.) 33 und (8.) 7 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
75. Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Butanol oder Buttersäure und/oder Isobuttersäure (als Teil des Buttersäure-Metabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus: (1.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, (2.) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), (3.) Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25), definiert über SEQ ID NO. 9, 11 oder 27 (Gen yusJ), (4.) Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , (5.) Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33 und (8.) NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (E.C. 1.1.1.-), definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ).
76. Verwendung einer der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (1.) 13, (2.) 25, (3.) 9, 11 oder 27, (4.) 31 , (5.) 33 und (8.) 7 zur funktionellen Inaktivierung nach Anspruch 75, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
77. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat-Metabolismus) funktionell inaktiviert ist.
78. Verfahren nach Anspruch 77, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt keine Propylsäure bildet.
79. Verfahren nach einem der Ansprüche 77 oder 78, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Succinat-Propionat-CoA-Transferase, (2.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1) und (3.) Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1).
80. Verfahren nach einem der Ansprüche 77 bis 79, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus B. licheniformis DSM 13 handelt: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 36, 38, 48 oder 24.
81. Verfahren nach einem der Ansprüche 77 bis 80, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat- CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (E. C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), 37 (Gen ytcl), 47 (Gen yhfL) oder 23 (Gen acsA).
82. Verfahren nach Anspruch 81 , wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche 35, 37, 47 oder 23 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
83. Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Propylsäure (als Teil des Propionat- Metabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus: Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise - Synthetase (E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), 37 (Gen ytcl), 47 (Gen yhfL) oder 23 (Gen acsA).
84. Verwendung einer der Nukleinsäuren SEQ ID NO. 35, 37, 47 oder 23 zur funktionellen Inaktivierung nach Anspruch 83, vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
85. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene auf einem Stoffwechselweg zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus) funktionell inaktiviert ist.
86. Verfahren nach Anspruch 85, bei dem der Mikroorganismus nur noch 50% der natürlicherweise unter denselben Bedingungen gebildeten Menge, vorzugsweise nur noch 10%, besonders bevorzugt kein Cadaverin und/oder kein Putrescin bildet.
87. Verfahren nach einem der Ansprüche 85 oder 86, bei dem mindestens eines der folgenden Enzyme funktionell inaktiviert ist: (1.) Lysin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18) und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.19), (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11) und (3.) Ornithin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.17).
88. Verfahren nach einem der Ansprüche 85 bis 87, wobei es sich bei dem funktionell inaktivierten Enzym um das in dem betreffenden Mikroorganismus natürlicherweise aktive Homologe zu einem der folgenden Proteine aus ß. licheniformis DSM 13 handelt: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 6 oder 40 und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 50.
89. Verfahren nach einem der Ansprüche 85 bis 88, wobei das Enzym auf genetischer Ebene funktionell inaktiviert wird, vorzugsweise durch Inaktivierung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) oder 39 (Gen speA) und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
90. Verfahren nach Anspruch 89, wobei zur Inaktivierung auf genetischer Ebene eine der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (1.) 5 oder 39 und (2.) 49 verwendet worden ist, vorzugsweise ein, besonders bevorzugt zwei Teile jeweils einer dieser Sequenzen, die jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
91. Verwendung eines Gens, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert, zur funktionellen Inaktivierung eines Stoffwechselwegs zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin (als Teile des Lysin- und/oder Arginin-Katabolismus) auf genetischer Ebene in einem Mikroorganismus: (1.) Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA) oder 39 (Gen speA) und (2.) Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
92. Verwendung einer der Nukleinsäuren nach einem der Ansprüche (1.) 5 oder 39 und (2.) 49 zur funktionellen Inaktivierung nach Anspruch 91 , vorzugsweise von einem, besonders bevorzugt von zwei Teilen jeweils einer dieser Sequenzen, wobei diese Teile jeweils mindestens 70 zusammenhängende Positionen umfassen.
93. Verwendung nach einem der Ansprüche 59, 60, 67, 68, 75, 76, 83, 84, 91 und/oder 92, wobei die funktionelle Inaktivierung während der Fermentation des Mikroorganismus erfolgt.
94. Verwendung nach Anspruch 93, wobei zunehmend bevorzugt 2, 3 oder 4 der je Stoffwechselweg ((1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin) genannten Gene inaktiviert werden.
95. Verwendung nach Anspruch 93 oder 94, wobei zunehmend bevorzugt 2, 3, 4 oder 5 der Stoffwechselwege (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin wenigstens zum Teil blockiert werden.
96. Verwendung nach einem der Ansprüche 93 bis 95, wobei jeweils eine für ein nichtaktives Protein codierende Nukleinsäure mit einer Punktmutation eingesetzt wird.
97. Verwendung nach einem der Ansprüche 93 bis 95, wobei jeweils eine Nukleinsäure mit einer Deletions- oder Insertionsmutation eingesetzt wird, vorzugsweise umfassend die jeweils mindestens 70 bis 150 Nukleinsäurepositionen umfassenden Randsequenzen des für das Protein codierenden Bereichs.
98. Mikroorganismus, bei dem mindestens eines der Gene funktionell inaktiviert ist, das der Nukleinsäure entspricht, die für eines der folgenden Proteine von B. licheniformis DSM 13 codiert: - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 1 , - putative Verzweigtketten-Aminosäure-Aminotransferase (E. C. 2.6.1.42), definiert über SEQ ID NO. 3, - Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (Protein SpeA; E. C. 4.1.1.18 beziehungsweise E. C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 5 (Gen speA), - NADH-abhängige Butanol-Dehydrogenase A (Protein YugJ; E.C. 1.1.1.-) definiert über SEQ ID NO. 7 (Gen yugJ), - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E. C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E. C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 9, - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.25) beziehungsweise Acyl-CoA- Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 11 , - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.157), definiert über SEQ ID NO. 13, - putatives Enoyl-CoA-Hydratase-Protein (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 15, - wahrscheinliches Enoyl-(3-Hydroxyisobutyryl)-CoA-Hydrolase-Protein (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 17, - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (Protein EchAδ; E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 19 (Gen echA8), - Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 21 , - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (beziehungsweise -Synthetase; Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 23 (Gen acsA), - 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (Protein YngF; E.C. 4.2.1.55), definiert über SEQ ID NO. 25 (Gen yngF), - Butyryl-CoA-Dehydrogenase (Protein YusJ; E.C. 1.3.99.25), beziehungsweise Acyl- CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.3.99.-), definiert über SEQ ID NO. 27 (Gen yusJ), - 3-Hydroxy-lsobutyrat-Dehydrogenase (Protein YkwC; E.C. 1.1.1.31) beziehungsweise Oxidoreductase (E.C. 1.1.-.-), definiert über SEQ ID NO. 29 (Gen ykwC), - wahrscheinliche Phosphat-Butyryl-Transferase (E.C. 2.3.1.19), definiert über SEQ ID NO. 31 , - wahrscheinliche Butyrat-Kinase (E.C. 2.7.2.7), definiert über SEQ ID NO. 33, - Acetat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase oder Propionat-CoA-Ligase beziehungsweise -Synthetase (Protein AcsA ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 35 (Gen acsA), - Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein Ytcl ; E.C. 6.2.1.1), definiert über SEQ ID NO. 37 (Gen ytcl), - Lysin und/oder Arginin-Decarboxylase (Protein SpeA; E.C. 4.1.1.18 beziehungsweise E.C. 4.1.1.19), definiert über SEQ ID NO. 39 (Gen speA), - wahrscheinliche Enoyl-CoA-Hydratase (E.C. 4.2.1.17), definiert über SEQ ID NO. 41 (Gen ysiB), - Ähnliches zur S-Hydroxy-Acyl-CoA-Dehydrogenase (E.C. 1.1.1.35), definiert über SEQ ID NO. 43, - 3-Methyl-2-Oxobutanoat-Dehydrogenase beziehungsweise 2-Oxoglutarat- Dehydrogenase E1 (E.C. 1.2.4.2), definiert über SEQ ID NO. 45, - wahrscheinliche Acetat-CoA-Ligase oder Propionat-CoA-Ligase (Protein YhfL; E.C. 6.2.1.1) beziehungsweise Säure-CoA-Ligase (E.C. 6.2.1.-), definiert über SEQ ID NO. 47 (Gen yhfL) oder - Agmatinase (E.C. 3.5.1.11), definiert über SEQ ID NO. 49 (Gen ywhG).
99. Mikroorganismus nach Anspruch 98, bei dem zunehmend bevorzugt 2, 3 oder 4 der je Stoffwechselweg ((1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2- Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin) genannten Gene inaktiviert sind.
100. Mikroorganismus nach Anspruch 98 oder 99, bei dem zunehmend bevorzugt 2, 3, 4 oder 5 der Stoffwechselwege (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin wenigstens zum Teil blockiert sind.
101. Mikroorganismus nach einem der Ansprüche 98 bis 100, bei dem es sich um ein Bakterium handelt.
102. Mikroorganismus nach Anspruch 101, wobei es sich um ein gramnegatives Bakterium handelt, insbesondere eines der Gattungen Escherichia coli, Klebsiella, Pseudomonas oder Xanthomonas, insbesondere um Stämme von E. coli K12, E. coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stämme Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E.coli JM109, E. coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf).
103. Mikroorganismus nach Anspruch 101 , wobei es sich um ein grampositives Bakterium handelt, insbesondere eines der Gattungen Bacillus, Staphylococcus oder Corynebacterium, ganz besonders der Species Bacillus lentus, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. subtilis, B. globigii oder B. alcalophilυs, Staphylococcus carnosus oder Corynebacterium glutamicum, und hierunter ganz besonders um B. licheniformis DSM 13.
104. Verfahren zur Fermentation eines Mikroorganismus gemäß einem der Ansprüche 98 bis 103.
105. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 53 bis 58, 61 bis 66, 69 bis 74, 77 bis 82, 85 bis 90 und/oder 104, bei welchem ein Wertstoff hergestellt wird, insbesondere eine niedermolekulare Verbindung oder ein Protein.
106. Verfahren nach Anspruch 105, wobei es sich bei der niedermolekularen Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelergänzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handelt.
107. Verfahren nach Anspruch 105, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α-Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und Hemicellulasen.
108. Verwendung eines Genprodukts nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 oder 50 in einem Reaktionsansatz oder Verfahren entsprechend seiner biochemischen Eigenschaften.
109. Verwendung nach Anspruch 108 (1.) zur Synthese von Isovaleriansäure, (2.) zur Synthese von 2-Methylbuttersäure und/oder Isobuttersäure, (3.) zur Synthese von Butanol und/oder Buttersäure, (4.) zur Synthese von Propylsäure und/oder (5.) zur Synthese von Cadaverin und/oder Putrescin, gegebenenfalls in geeigneter Kombination mit weiteren Enzymen.
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