JP2009538601A - イソプレノイドの産生 - Google Patents

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Abstract

本発明は、１またはそれ以上の生合成経路を介したイソプレノイドのロバスト産生の方法を提供する。本発明は、対象となる方法を実施するために、核酸、酵素、発現ベクター、および遺伝子組み換え宿主細胞も提供する。本発明は、遺伝子組み換え宿主細胞からのイソプレノイドの高産生能のための発酵方法も提供する。一局面では、イソプレノイドを産生する方法には、（ａ）経路酵素群のすべてが少なくとも１つの異種転写制御因子の制御下にあるソペンテニルピロリン酸を作るための酵素経路を含む複数の宿主細胞を得ること；ならびに、（ｂ）宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる条件と比較して準最適な条件下の培地において宿主細胞を培養することを含む。

Description

（相互参照）
本願は、２００６年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／８０８，９８９号および２００６年１２月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／８７０，５９２号に対する優先権を主張する。これらの出願は、本明細書中に参考として援用される。
発明の背景
イソプレノイドは自然に遍在している。それらは４０，０００超の個々の産物の多様なファミリーからなり、そしてその多くは生命体にとって極めて重要である。イソプレノイドは、細胞流動性、電子伝達、および他の代謝機能を維持する役割を果たす。膨大な数の天然および合成のイソプレノイドが、医薬品、化粧品、香料、色素および着色剤、殺菌剤、防腐剤、栄養機能食品、ならびにファインケミカル中間体として有用である。
イソプレノイド産物は、典型的に、炭素数５個のイソペンテニル二リン酸（ＩＰＰ）単位の繰り返しからなるが、不規則性のイソプレノイドおよびポリテルペンが報告されている。自然では、イソプレノイドはそれらの前駆体ＩＰＰおよびその異性体ジメチルアリルピロリン酸（ＤＭＡＰＰ）の連続的な縮合によって合成される。これらの前駆体における２つの経路が公知である。真核生物は、植物を例外として、一般的にメバロン酸依存性（ＭＥＶ）経路を使用して、アセチル補酵素Ａ（アセチル‐ＣｏＡ）をＩＰＰに変換させ、これは続いてＤＭＡＰＰに異性化される。原核生物は、一部を例外として、典型的にメバロン酸非依存性デオキシキシロース−５−リン酸（ＤＸＰ）経路のみを用いて、ＩＰＰおよびＤＭＡＰＰを産生する。植物は、ＭＥＶ経路とＤＸＰ経路のいずれも使用する。Ｒｏｈｍｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９９３） Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．２９５：５１７−５２４； Ｌａｎｇｅ ｅｔ ａｌ． （２０００） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ９７（２４）：１３１７２−１３１７７； Ｒｏｈｄｉｃｈ ｅｔ ａｌ． （２００２） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ９９：１１５８−１１６３．を参照すること。
従来、イソプレノイドは植物、微生物、および動物などの天然原料からの抽出によって製造されてきた。しかし、通常、抽出による収量は多くの深刻な制限のために非常に低い。第一に、自然では、大半のイソプレノイドは少量しか蓄積しない。第二に、原料生物は、一般的に、生存可能な量の所望のイソプレノイドを商業的に産生するために必要な大規模培養には適さない。第三に、イソプレノイド抽出における特定の有毒溶剤の必要性のため、特別な処理および廃棄手順が必要となり、したがってイソプレノイドの商業的な産生が困難となる。
ＭＥＶおよびＤＸＰ代謝経路の解明によって、イソプレノイドの生合成産生が実行可能になった。例えば、微生物を遺伝子組み換えして、アモルファ−４，１１−ジエンと命名されたイソプレノイドの産生のためのメバロン酸経路の一部または全体を過剰発現させている（米国特許第７，１７２，８８６号および第７，１９２，７５１号）。他の取り組みでは、グリセルアルデヒド−３−リン酸およびピルビン酸の貯留のバランスをとること、もしくは１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸合成酵素（ｄｘｓ）およびＩＰＰ異性化酵素（ｉｄｉ）の発現を上昇させることに焦点が当てられている。非特許文献１；非特許文献２；および非特許文献３を参照すること。
それにもかかわらず、多くの商業的な用途で必要な非常に多量のイソプレノイド産物を考えると、現在の技術で入手可能な量よりもさらに多量のイソプレノイドを産生する発現システムおよび発酵手順が依然として必要である。イソプレノイド産生に向けた微生物代謝の最適な方向変換には、導入された生合成経路を適切に遺伝子組み換えして、イソプレノイド産生に炭素を効率的に送り込むこと、そして持続時間にわたり有毒濃度の代謝中間体の蓄積を防ぐことが要求される。本発明は、この要求に対処して、さらには関連する利点を提供する。
Ｆａｒｍｅｒ ｅｔ ａｌ． （２００１） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．１７：５７−６１ Ｋａｊｉｗａｒａ ｅｔ ａｌ． （１９９７） Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．３２４：４２１−４２６ Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ． （２００１） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｅｎｇ．７２：４０８−４１５
（発明の要旨）
本発明は、少なくとも１つの異種調節因子の制御下または発酵条件下にあるイソペンテニルピロリン酸経路酵素群の単独または併用のいずれかの使用によるイソプレノイドのロバスト産生のための組成物および方法を提供する。適当なイソプレノイドの例としては、限定はされないが、イソプレンなどの（１イソプレン単位から得られる）ヘミテルペン；ミルセンなどの（２イソプレン単位から得られる）モノテルペン；アモルファ−４，１１−ジエンなどの（３イソプレン単位から得られる）セスキテルペン；タキサジエン（ｔａｘａｄｉｅｎｅ）などの（４イソプレン単位から得られる）ジテルペン；スクアレンなどの（６イソプレン単位から得られる）トリテルペン；β−カロテンなどの（８イソプレノイドから得られる）テトラテルペン；そしてポリイソプレンなどの（８イソプレン単位以上から得られる）ポリテルペンが挙げられる。
一局面では、イソプレノイドを産生する方法には、（ａ）経路酵素群のすべてが少なくとも１つの異種転写制御因子の制御下にあるソペンテニルピロリン酸を作るための酵素経路を含む複数の宿主細胞を得ること；ならびに、（ｂ）宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる条件と比較して準最適な条件下の培地において宿主細胞を培養することを含む。一部の態様では、経路はメバロン酸経路である。他の態様では、経路はＤＸＰ経路である。他の態様では、少なくとも１つの異種転写制御配列は誘導性である。他の態様では、経路酵素群は単一の転写調節因子の制御下にある。他の態様では、経路酵素群は複数の異種転写調節因子の制御下にある。
一部の態様では、経路には内因性メバロン酸経路を有する原核生物のメバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列が含まれる。内因性メバロン酸経路を持つ例示的な原核生物としては、限定はされないが、エンテロコッカス属、シュードモナス属、およびスタヒロコッカス属が挙げられる。一態様では、メバロン酸経路酵素群は、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、およびメバロン酸キナーゼから選択される。別の態様では、異種核酸配列はクラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素をコードする。
別の態様では、宿主細胞は、栄養分および／または温度レベルが宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうるレベル未満に維持された培地中で培養された。別の態様では、宿主細胞は炭素源が最大比増殖速度の約９０％、７５％、５０％、２５％、１０％未満、または９０％から１０％のいずれかを提供する濃度に維持された培地中で培養する。別の態様では、宿主細胞は窒素源が最大比増殖速度の約９０％、７５％、５０％、２５％、１０％未満、または９０％から１０％のいずれかを提供する濃度に維持された培地中で培養する。別の態様では、宿主細胞は温度が最大比増殖速度の約９０％、７５％、５０％、２５％、１０％未満、または９０％から１０％のいずれかを提供するレベルに維持された培地中で培養する。別の態様では、培地温度は最大比増殖速度を提供しうる温度よりも少なくとも約２℃、４℃、５℃、６℃、８℃、１０℃、１５℃、または２０℃低く維持した。
さらに別の態様では、イソプレノイドまたはイソプレノイド前駆体を産生する方法は（ｉ）（ａ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる温度よりも低い温度に保たれ；（ｂ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる量よりも少ない量存在する炭素源を含み；および／または、（ｃ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる量よりも少ない量存在する窒素源を含むような条件下で発酵培地およびイソプレノイドを産生する複数の遺伝子組み換え宿主細胞を含む発酵反応を実施すること；（ｉｉ）（ａ）から（ｃ）に記載の１またはそれ以上の条件下で産生されたイソプレノイドを回収することの段階からなる。一局面では、イソプレノイドは（ａ）から（ｃ）に記載の少なくとも２つの条件下で産生される。別の局面では、イソプレノイドは（ａ）から（ｃ）に記載のすべての条件下で産生される。
（参照による組み入れ）
本明細書に記載のすべての出版物および特許出願書は個々の出版物または特許出願書が具体的かつ個別に示されて、参照により組み入れられるかのように、同範囲に参照により本明細書に組み入れられる。
図１Ａはイソペンテニルピロリン酸（“ＩＰＰ”）の産生におけるメバロン酸（“ＭＥＶ”）経路の略図である。 図１Ｂはイソペンテニルピロリン酸（“ＩＰＰ”）およびジメチルアリルピロリン酸（“ＤＭＡＰＰ”）の産生における１−デオキシ−Ｄ−キシルロース５二リン酸（“ＤＸＰ”）経路の略図である。Ｄｘｓは１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸合成酵素である；Ｄｘｒは１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸レダクトイソメラーゼ（別名ＩｓｐＣ）である；ＩｓｐＤは４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール合成酵素である；ＩｓｐＥは４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール合成酵素である；ＩｓｐＦは２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール２，４−シクロ二リン酸合成酵素である；ＩｓｐＧは１−ヒドロキシ−２メチル−２−（Ｅ）−ブテニル４−二リン酸合成酵素（ＩｓｐＧ）である；そしてｉｓｐＨはイソペンテニル／ジメチルアリル二リン酸合成酵素である。 図２は、イソペンテニルピロリン酸（“ＩＰＰ”）およびジメチルアリルピロリン酸（“ＤＭＡＰＰ”）のゲラニルピロリン酸（“ＧＰＰ”）、ファルネシルピロリン酸（“ＦＰＰ”）、およびゲラニルゲラニルピロリン酸（“ＧＧＰＰ”）への変換、および様々なイソプレノイドの合成の略図である。 図３には発現プラスミドｐＭＢＩＳ−ｇｐｐｓのマップを示している。 図４には発現プラスミドｐＡＭ４０８のマップを示している。 図５には発現プラスミドｐＡＭ４２４のマップを示している。 図６には発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＤＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＦＳＡ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＬＬＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＬＭＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＧＴＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＰＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＢＰＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＰＨＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＴＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＣＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＳＳ、およびｐＡＭ３７３のマップを示している。 図７Ａ−ＣはプラスミドｐＡＭ４８９−ｐＡＭ４９８およびｐＡＭ３２８の構築の概略図である。 図８には、サッカロミセス・セレビシアの切断ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素（ｔＨＭＧＲ）と比較した、エンテロコッカス・フェカリスＨＭＧＲ−ＣｏＡ還元酵素（ＨＭＧＲ）のより高い比活性および安定性の上昇を示している。 図９には、１ Ｌ当たりの乾燥細胞重量（“ＤＣＷ”）とＯＤ６００との関係を示している。 図１０Ａ−Ｂには、サッカロミセス・セレヴィシエのｔＨＭＧＲ遺伝子およびＨＭＧＳ遺伝子を持つ宿主株と比較した、黄色ブドウ球菌のＨＭＧＲ遺伝子およびＨＭＧＳ遺伝子を持つ宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能での容積および特異性の上昇を示している。 図１１Ａ−Ｂには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度の効果を示している。 図１２Ａ−Ｄには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼすグルコース濃度低下の効果を示している。 図１３Ａ−Ｂには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度およびグルコース濃度低下の複合効果を示している。 図１４Ａ−Ｅおよび図１５Ａ−Ｅには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度およびグルコース濃度低下および窒素濃度の複合効果を示している。 図１４Ａ−Ｅおよび図１５Ａ−Ｅには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度およびグルコース濃度低下および窒素濃度の複合効果を示している。 図１４Ａ−Ｅおよび図１５Ａ−Ｅには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度およびグルコース濃度低下および窒素濃度の複合効果を示している。 図１４Ａ−Ｅおよび図１５Ａ−Ｅには、大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生能に及ぼす低温度およびグルコース濃度低下および窒素濃度の複合効果を示している。 図１６には、大腸菌の宿主株によるＤＸＰ経路を介したアモルファ−４，１１−ジエンの産生を示している。
（発明の詳細な説明）
定義
特に断りない限り、本明細書で使用するすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解するのと同じ意味を持つ。以下の意味を持つと定義すべきである多数の用語をここでは参照する：
「任意の」または「任意に」という用語は、後に記載している特性または化学構造が存在しうる、または存在しえないこと、もしくは後に記載している事象または状況が起こりうる、または起こりえないこと、ならびにこの記載が特定の特性または化学構造が存在している場合および特性または化学構造が不在である場合、もしくは事象または状況が起こる場合および事象または状況が起こらない場合を含むことを意味する。
「代謝経路」という用語は、本明細書において分解経路または同化経路を指すために使用する。同化経路には、エネルギーを必要とする工程である、より小さな分子からのより大きな分子を構築することが含まれる。分解経路には、より大きな分子を分解することが含まれ、エネルギーを放出することが多い。
「メバロン酸経路」または「ＭＥＶ経路」という用語は、本明細書においてアセチル‐ＣｏＡをＩＰＰに変換する生合成経路を指すために使用する。図１ＡにＭＥＶ経路を概略的に示している。
「デオキシキシロース５−リン酸経路」または「ＤＸＰ経路」という用語は、本明細書においてグリセルアルデヒド−３−リン酸およびピルビン酸をＩＰＰおよびＤＭＡＰＰに変換する経路を指すために使用する。図１ＢにＤＸＰ経路を概略的に示している。
「ピロリン酸」という単語は、本明細書において「二リン酸」と互換的に使用する。
「発現ベクター」または「ベクター」という用語は、宿主細胞に形質導入する、形質転換させる、もしくは感染して、これによって細胞が細胞に固有のもの以外の核酸および／またはタンパク質を産生させる、もしくは細胞に固有でない様式で核酸および／またはタンパク質を発現させる核酸を指す。
「内因性」という用語は、例えば、非組み換え宿主細胞内で自然に起こる物質または工程を指す。
「イソペンテニルピロリン酸を作るための酵素経路」という用語は、限定はされないが、メバロン酸経路またはＤＸＰ経路のいずれかを含むイソペンチルピロリン酸を産生できる任意の経路を指す。
「核酸」という用語は、任意の長さの多量体型ヌクレオチド、つまり、リボヌクレオチドまたはデオキシヌクレオチドのいずれかを指す。このように、この用語には、限定はされないが、プリン塩基およびピリミジン塩基または他の天然の、化学修飾された、生化学修飾された、非天然の、もしくは誘導体化されたヌクレオチド塩基を含む、一本鎖、二本鎖、もしくは複数鎖のＤＮＡまたはＲＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡハイブリッド、または多量体が含まれる。
「オペロン」という用語は、それぞれがＲＮＡまたはタンパク質などの遺伝子産物をコードする２以上の連続的なヌクレオチドを指し、そしてその発現が１またはそれ以上の制御エレメント（例、プロモーター）によって協調的に調節される。
「遺伝子産物」という用語は、ＤＮＡによってコードされるＲＮＡ（またはその逆も同様）、もしくはＲＮＡまたはＤＮＡによってコードされるタンパク質を指し、ここで遺伝子は典型的にタンパク質をコードする１またはそれ以上のヌクレオチド配列を含み、そしてイントロンおよび他の非翻訳ヌクレオチドも含みうる。
「タンパク質」という用語は、任意の長さの多量体型アミノ酸を指し、これには、コードおよび非コードアミノ酸、化学修飾または生化学修飾された、もしくは誘導体化されたアミノ酸、および修飾されたペプチド骨格を持つポリペプチドを含むことができる。
本明細書で使用する「異種核酸」という用語は、以下の少なくとも１つが該当する核酸を指す：（ａ）核酸は所与の宿主細胞にとって外来である（“外来性”）（つまり、自然には見いだされない）；（ｂ）核酸は、所与の宿主細胞において自然に見出されるが（つまり、”内因性”）、しかし、ヌクレオチド配列は、細胞内において不自然な量（例えば、予想以上に多く、または自然に見いだされるより多く）産生され；（ｃ）核酸は内因性ヌクレオチド配列とは配列が異なるヌクレオチド配列を含むが、しかし、ヌクレオチド配列は同じ（同じ、または実質的に同じアミノ酸配列を持つ）タンパク質をコードして、細胞内において不自然な量（例えば、予想以上に多く、または自然に見いだされるより多く）産生され；もしくは、（ｄ）核酸は自然において互いが同じ関係にあることが見出されない（例えば、核酸が組み換え体である）２以上のヌクレオチド配列を含む。
「導入遺伝子」とは、宿主細胞内に外因性に導入される遺伝子を指す。これは内因性または外因性の核酸、もしくは異種核酸を含むことができる。
「組み換え宿主」（別名「遺伝子組み換え宿主細胞」または「遺伝子組み換え宿主微生物”）という用語は、本発明の異種核酸を含む宿主細胞を意味する。
「外因性核酸」という用語は、宿主細胞内に外因性に導入され、そしてそれ故に通常は自然において所与の細胞内には見出されず、および／またはそれにより産生されない核酸を指す。
「調節エレメント」という用語は、宿主細胞内においてコード配列の発現および／またはコードされるポリペプチドの産生を提供する、および／または調節する、プロモーター、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル、ターミネーター、タンパク質分解シグナルなどの転写制御配列および翻訳制御配列を指す。
「形質転換」という用語は、新しい核酸の導入後、細胞内に誘導される永続的な、または一過性の遺伝子変化を指す。遺伝子変化（“修飾”）は、エピソーム成分としての、宿主細胞のゲノム内への新しいＤＮＡの取り込みによって、もしくは新しいＤＮＡの一過性または安定的な維持によって達成できる。真核細胞では、永続的な遺伝子変化は、一般的に、細胞のゲノム内へのＤＮＡの導入によって達成される。原核細胞では、永続的な遺伝子変化を染色体内に、もしくはプラスミドや発現ベクターなどの染色体外因子を介して導入することができ、これらは組み換え宿主細胞内におけるそれらの維持を補助するための１またはそれ以上の選択可能なマーカーを含むことができる。
「機能的に連結した」という用語は、このように記載された成分がそれらの意図された様式で作用することを可能にする関係にある近位を指す。例えば、プロモーターがヌクレオチド配列の転写または発現に影響を与える場合、プロモーターはヌクレオチド配列に機能的に連結している。
「宿主細胞」および「宿主微生物」という用語は、本明細書では互換的に使用され、異種核酸を挿入できる、もしくはそれが挿入された任意の古細菌、細菌、または真核生物の生細胞を指す。この用語は原細胞の子孫にも関連しており、自然の、偶発性の、もしくは故意の突然変異のために、形態または起源の親と相補的なゲノムまたは全ＤＮＡとは必ずしも完全に同じではありえない。
核酸に関して使用する「合成」という用語は、化学的に合成されたオリゴヌクレオチドの構成単位のアニーリングにより遺伝子セグメントを形成することを意味し、そして次にこれを酵素的に組み立てて、遺伝子全体を構築する。「化学的な手段」を介した核酸の合成は、成分ヌクレオチドがインビトロで組み立てられたことを意味する。
核酸、細胞、または生物に適用される用語「自然の」は、自然において見いだされる核酸、細胞、または生物を指す。例えば、天然の源から単離でき、実験室においてヒトによって意図的に修飾されていない、病気ではない（無病の）生物に存在するポリペプチドまたはポリヌクレオチドの配列は天然である。
核酸、酵素、細胞、または生物に適用される「天然の」という用語は、天然で見いだされる核酸、酵素、細胞、または生物を指す。例えば、天然の源から単離でき、実験室においてヒトによって意図的に修飾されていない、生物に存在するポリペプチドまたはポリヌクレオチドの配列は天然である。
タンパク質、ポリペプチド、または酵素に適用される「生物学的に活性な断片」という用語は、タンパク質またはポリペプチドまたは酵素の機能部分を指す。機能的には、例えば、核酸配列およびそれにコードされるタンパク質において天然で生じることが知られているコドン重複性および機能的同等物の結果として、同等物が異なるアミノ酸配列を有しうる。機能的に同等のタンパク質またはペプチドは、あるいは、組み換えＤＮＡ技術の適用を介して構築でき、ここでタンパク質構造の変化は、交換されるアミノ酸の特性の考察に基づいて操作できる。
「イソプレノイド」、「イソプレノイド化合物」、「イソプレノイド産物」、「テルペン」、「テルペン化合物」、「テルペノイド」、および「テルペノイド化合物」という用語は、本明細書において互換的に使用される。これらは、ＩＰＰから得ることができる化合物を指す。
単数形「ａ」、「ａｎｄ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に断らない限り、複数形の指示対象を含む。このように、例えば、「発現ベクター」への言及には、単一の発現ベクター、そして複数の発現ベクターが含まれ、そして「宿主細胞」への言及には１またはそれ以上の宿主細胞などへの参照が含まれる。特許請求の範囲は、任意の成分を除外するように作成できることをさらに指摘する。このように、この記述は、請求項の要素の記載に関連する「単に（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」などの排他的な用語法の使用、もしくは「否定的な（ｎｅｇａｔｉｖｅ）」限定の使用の根拠になるように意図される。
特に断らない限り、本明細書の教示から判断して、本発明に関係する当業者が理解するように変えることができるものとして、本発明は特定の配列、発現ベクター、酵素、宿主微生物、または工程に限定されない。本明細書で使用する用語法は、特定の態様のみを記載することを目的としており、限定することを意図していない。
宿主細胞
任意の適当な宿主細胞を本発明の実施において使用できる。一態様では、宿主細胞は、遺伝子組み換え宿主微生物であり、その核酸分子は、挿入、欠失、または修飾されており（つまり、例えば、ヌクレオチドの挿入、欠失、置換、および／または逆位によって突然変異させている）、所望のイソプレノイド化合物またはイソプレノイド類縁体のいずれかを産生するか、もしくは所望のイソプレノイド化合物またはイソプレノイド類縁体の増収をもたらす。別の態様では、宿主細胞を液体増殖培地中で増殖させることができる。対照的に、「対照細胞」は比較目的で実験において使用される代わりの被験体またはサンプルであって、そして典型的に、対応する宿主細胞に施される修飾を含まない親細胞である。
適当な宿主細胞の具体例としては、任意の古細菌、原核生物、または真核生物の細胞が挙げられる。古細菌細胞の例としては、限定はされないが、エアロパイラム属（Ａｅｒｏｐｙｒｕｍ）、アーキグロブス属（Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ）、ハロバクテリウム属（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、メタノコッカス属（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ）、メタノバクテリウム属（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、パイロコッカス属（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ）、スルフォロバス属（Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓ）、およびサーモプラズマ属（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｍａ）が挙げられる。古細菌株の具体例としては、限定はされないが、エアロパイラム・ペルニクス（Ａｅｒｏｐｙｒｕｍ ｐｅｒｎｉｘ）、アーキオグロブス・フルジダス （Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ ｆｕｌｇｉｄｕｓ）、メタノコッカス・ヤニシ（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ ｊａｎｎａｓｃｈｉｉ）、メタノバクテリウム・ サーモオートトロピカム（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ ）、パイロコッカス・アビシ （Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ａｂｙｓｓｉ）、パイロコッカス・ホリコシ（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ）、テルモプラズマ・アシドフィルム（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｍａ ａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍ）、Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｍａ ｖｏｌｃａｎｉｕｍ（サーモプラズマ・ボルカニウム）が挙げられる。
原核細胞の例としては、限定はされないが、アグロバクテリウム属、アリサイクロバチルス属、アナベナ属、 アナシスティス属、アルトロバクター属、アゾバクター属、バシラス属、ブレビバクテリウム属、クロマチウム属、クロストリジウム属、コリネバクテリウム属、エンテロバクター属、エルウィニア属、エシェリキア属、ラクトバシラス属、ラクトコッカス属、メソリゾビウム属、メチロバクテリウム属、ミクロバクテリウム属、フォートニジウム（Ｐｈｏｒｔｎｉｄｉｕｍ）属、シュードモナス属、ロドバクター属、ロドシュードモナス属、ロドスピリルム属、ロドコッカス属、サルモネラ属、シーンデスムン（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｎ）属、セラチア属、シゲラ属、黄色ブドウ球菌属、スレプトミセス属、シネコッカス（Ｓｙｎｎｅｃｏｃｃｕｓ）属、およびジモモナス属が挙げられる。
原核生物菌種の具体例としては、限定はされないが、枯草菌、バシラス・アミロリケファシエンス、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス、ブレビバクテリウム・イマリオフィラム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｉｍｍａｒｉｏｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム・ベイジェリンキイ、エンテロバクター・サカザキ、大腸菌、ラクトコッカス・ラクチス、メソリゾビウム・ロティ、緑膿菌、シュードモナス・メバロニ、シュードモナス・プディカ、ロドバクター・カプスラータ、ロドバクター・スフェロイデス、ロドスピリルム・ルブルム、サルモネラ・エンテンカ（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｅｎｔｅｎｃａ）、チフス菌、ネズミチフス菌、シゲラ・ディスセンテナ（Ｓｈｉｇｅｌｌａ ｄｙｓｅｎｔｅｎａｅ）、シゲラ・フレクスネン（Ｓｈｉｇｅｌｌａ ｆｌｅｘｎｅｎ）、シゲラ・ソンネイ、黄色ブドウ球菌などが挙げられる。
一般に、細菌宿主細胞を使用する場合、非病原性株が好ましい。非病原性株の具体例としては、限定はされないが、枯草菌、大腸菌、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ヘルベティカス、緑膿菌、シュードモナス・メバロニ、シュードモナス・プディカ、ロドバクター・スフェロイデス、ロドバクター・カプスラータ 、ロドスピリルム・ルブルムなどが挙げられる。
真核生物の例としては、限定はされないが、真菌細胞が挙げられる。真菌細胞の例としては、限定はされないが、アスペルギルス属、カンジダ属、クリソスポリウム属、クリプトコッカス属、フザリウム属、クリベロミセス属、ネオティホディウム属（Ｎｅｏｔｙｐｈｏｄｉｕｍ）、ニューロスポラ属、ペニシリウム属、ピキア属、サッカロミセス属、トリコデルマ属、およびキサントフィロミセス属（旧ファフィア属）に属する細胞が挙げられる。
真核生物株の具体例としては、限定はされないが、為巣性コウジ菌、アスペルギルス・ニガー、アスペルギルス・オリザエ、カンジダ・アルビカンス、クリソスポリウム・ルクノウエンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）、フザリウム・グラミネアラム、フザリウム・ ベネナツム、クリベロミセス・ラクチス、ニューロスポラ・クラッサ、ピキア・アングスタ、ピキア・フィンランディカ 、ピキア・コダマエ（Ｐｉｃｈｉａ ｋｏｄａｍａｅ）、ピキア・メンブラナエファシエンス、ピキア・メタノリカ、ピキア・オプティアエ、ピキア・パストリス、ピキア・ピジペリ、ピキア・クエルカム、ピキア・サリクタリア、ピキア・サーモトレランス、ピキア・トレハロフィラ、ピキア・ステイピティス、スレプトミセス・アンボファシエンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ａｍｂｏｆａｃｉｅｎｓ）、スレプトミセス・オウレオファシエンス、スレプトミセス・アウレウス、サッカロミセス・バヤヌス、サッカロミセス・ ボウラディ、サッカロミセス・セレヴィシエ、スレプトミセス・ファンギシディカス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｆｕｎｇｉｃｉｄｉｃｕｓ）、ストレプトミセス・グリセオクロモゲネス 、スレプトミセス・グリセウス、スレプトミセス。リビダンス、スレプトミセス・オリボグリセウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｏｌｉｖｏｇｒｉｓｅｕｓ）、スレプトミセス・ラメウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｒａｍｅｕｓ）、スレプトミセス・タナシエンシス、スレプトミセス・ヴィナセウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｖｉｎａｃｅｕｓ）、トリコデルマ・リーゼイ、およびキサントフィロミセス・デンドロアス（旧ファフィア・ロドチーマ）が挙げられる。
一般に、真核細胞を使用する場合、非病原性株が好ましい。非病原性株の具体例としては、限定はされないが、フザリウム・グラミネアラム、フザリウム・ベネナツム 、ピキア・パストリス、サッカロミセス・ボウラディ、およびサッカロミセス・セレヴィシエが挙げられる。
また、特定の株は、食品医薬品局によってＧＲＡＳまたは「Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ Ｒｅｇａｒｄｅｄ Ａｓ Ｓａｆｅ」として指定されている。これらの株としては：枯草菌、ラクトバシラス・アシドフィラス、ラクトバシラス・ヘルベティカス、およびサッカロミセス・セレヴィシエが挙げられる。
ＩＰＰ経路
本発明の宿主細胞は、ＭＥＶ 経路、ＤＸＰ経路、または両方を含む、または利用して、ＩＰＰおよびその異性体であるＤＭＡＰＰを合成する。一般に、植物以外の真核生物はもっぱらＭＥＶイソプレノイド経路を使用して、アセチル‐ＣｏＡをＩＰＰに変換して、これは続いてＤＭＡＰＰに異性化される。原核生物は、一部の例外はあるが、メバロン酸非依存経路またはＤＸＰ経路を使用して、分岐部位を通して別々にＩＰＰおよびＤＭＡＰＰを産生する。一般に、植物がＩＰＰ合成のためにＭＥＶ経路およびＤＸＰ経路の両方を使用する。
ＭＥＶ経路
図１Ａには、ＭＥＶ経路の略図を記載している。一般に、経路は６段階が含まれる。
第１段階では、アセチル補酵素Ａの２個の分子を酵素的に結合させて、アセトアセチル‐ＣｏＡを形成させる。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ（別名アセチル‐ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼ）である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、ＧｅｎＢａｎｋ受入番号および微生物（ＮＣ＿０００９１３， ＲＥＧＩＯＮ： ２３２４１３１．．２３２５３１５；大腸菌）、（Ｄ４９３６２； パラコッカス・デニトリフィカンス）、および（Ｌ２０４２８；サッカロミセス・セレヴィシエ）から得られる配列が挙げられる。
ＭＥＶ経路の第２段階では、アセトアセチル‐ＣｏＡは別のアセチル‐ＣｏＡの分子と酵素的に濃縮されて、３−ヒドロキシ−３−メチルグルタリルＣｏＡ（ＨＭＧ−ＣｏＡ）を形成する。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＮＣ＿００１１４５． ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ １９０６１．．２０５３６；サッカロミセス・セレヴィシエ）、（Ｘ９６６１７；サッカロミセス・セレヴィシエ）、（Ｘ８３８８２；シロイヌナズナ）、（ＡＢ０３７９０７；Ｋｉｔａｓａｔｏｓｐｏｒａ ｇｒｉｓｅｏｌａ）、（ＢＴ００７３０２；ホモ・サピエンス）および（ＮＣ＿００２７５８、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＳＡＶ２５４６、ＧｅｎｅＩＤ１１２２５７１；黄色ブドウ球菌）が挙げられる。
第３段階では、ＨＭＧ−ＣｏＡはメバロン酸に酵素的に変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＮＭ＿２０６５４８；キイロショウジョウバエ）、（ＮＣ＿００２７５８、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＳＡＶ２５４５、ＧｅｎｅＩＤ１１２２５７０；黄色ブドウ球菌）、（ＮＭ ２０４４８５；セキショクヤケイ）、（ＡＢ０１５６２７；ストレプトミセス ｓｐ．ＫＯ３９８８）、（ＡＦ５４２５４３；ニコチアナ・アテニュアタ（Ｎｉｃｏｔｉａｎａ ａｔｔｅｎｕａｔａ））、（ＡＢ０３７９０７；キタサトスポラ・グリセオラ（Ｋｉｔａｓａｔｏｓｐｏｒａ ｇｒｉｓｅｏｌａ））、（ＡＸ １２８２１３、切断ＨＭＧＲをコードする配列を提供する；サッカロミセス・セレヴィシエ）、および（ＮＣ＿００１１４５：相補体（１１５７３４．．１１８８９８；サッカロミセス・セレヴィシエ）が挙げられる。
第４段階では、メバロン酸は酵素的にリン酸化されて、メバロン酸５−リン酸を形成する。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、メバロン酸キナーゼである。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（Ｌ７７６８８；シロイヌナズナ）および（Ｘ５５８７５；サッカロミセス・セレヴィシエ）が挙げられる。
第５段階では、第２のリン酸基が酵素的にメバロン酸５−リン酸に付加されて、メバロン酸５−ピロリン酸を形成する。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ホスホメバロン酸キナーゼである。
ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ４２９３８５；ヘベア・ブラジリエンシス）、（ＮＭ ００６５５６；ホモ・サピエンス）、および（ＮＣ＿００１１４５．相補体７１２３１５．．７１３６７０；サッカロミセス・セレヴィシエ）が挙げられる。
第６段階では、メバロン酸５−ピロリン酸が酵素的にＩＰＰに変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、メバロン酸ピロリン酸脱炭酸酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（Ｘ９７５５７；サッカロミセス・セレヴィシエ）、（ＡＦ２９００９５；エンテロコッカス・フェシウム）、および（Ｕ４９２６０；ホモ・サピエンス）が挙げられる。
ＩＰＰがＤＭＡＰＰに変換される場合、次に第７段階が必要になる。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ＩＰＰ異性化酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＮＣ＿０００９１３、３０３１０８７．．３０３１６３５；大腸菌）および（ＡＦ０８２３２６；ヘマトコッカス・プルビアリス）が挙げられる。ＤＭＡＰＰへの変換が必要になる場合、ＩＰＰ異性化酵素の発現上昇によってのＩＰＰのＤＭＡＰＰへの変換が経路全体における律速段階にならないことが保証される。
ＤＸＰ経路
図１ＢにはＤＸＰ経路の略図を記載している。一般に、ＤＸＰ経路は７段階からなる。第１段階では、ピルビン酸がＤ−グリセルアルデヒド３−リン酸で凝縮されて、１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸を作る。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ０３５４４０；大腸菌）、（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ０５２７；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）、（ＣＰ００００２６、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＳＰＡ２３０１；サルモネラ・エンテリカパラチフス、ＡＴＣＣ９１５０を参照）、（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿０２５４；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）、（ＮＣ＿００５２９６、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＰＡ０９５２；ロドシュードモナス・パルストリス ＣＧＡ００９）、（ＮＣ＿００４５５６、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＤ１２９３；キシレラ・ファスティディオサ・テメキュラ（Ｘｙｌｅｌｌａ ｆａｓｔｉｄｉｏｓａ Ｔｅｍｅｃｕｌａ））、および（ＮＣ＿００３０７６、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＡＴ５Ｇ１１３８０；シロイヌナズナ）が挙げられる。
第２段階では、１−デオキシ− Ｄ−キシルロース−５−リン酸が２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール−４−リン酸に変換される。
この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸レダクトイソメラーゼである。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＢ０１３３００；大腸菌）、（ＡＦ１４８８５２；シロイヌナズナ）、（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ１５９７；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）、（ＡＬ９３９１２４、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＳＣＯ５６９４；ストレプトマイセス・スエリカラー Ａ３（２））、（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿２７０９；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）、および（ＮＣ＿００７４９２、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ Ｐｆｌ＿１１０７；シュードモナス・フルオレッセンスＰｆＯ −１）が挙げられる。
第３段階では、２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール−４−リン酸が４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトールに変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ２３０７３６；大腸菌）、（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿２８３５；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）、（ＮＣ＿００３０７１、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＡＴ２Ｇ０２５００；シロイヌナズナ）、および（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ１６１４；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）が挙げられる。
第４段階では、４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトールが４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール−２−リン酸に変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトールキナーゼである。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ２１６３００；大腸菌）および（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿１７７９；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）が挙げられる。
第５段階では、４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール−２−リン酸が２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール２，４−シクロ二リン酸に変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール２，４−シクロ二リン酸合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ２３０７３８；大腸菌）、（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿６０７１；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）、および（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ１６１８；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）が挙げられる。
第６段階では、２Ｃ−メチル−Ｄ−エリスリトール２，４−シクロ二リン酸が１−ヒドロキシ−２−メチル−２（Ｅ）−ブテニル−４−二リン酸に変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、１−ヒドロキシ−２−メチル−２−（Ｅ）−ブテニル−４−二リン酸合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＹ０３３５１５、大腸菌）、（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ０８５３；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）、および（ＮＣ＿００７４９３、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＲＳＰ＿２９８２；ロドバクター・スフェロイデス ２．４．１）が挙げられる。
第７段階では、１−ヒドロキシ−２−メチル−２（Ｅ）−ブテニル−４−二リン酸がＩＰＰまたはその異性体であるＤＭＡＰＰのいずれかに変換される。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、イソペンチル／ジメチルアリル二リン酸合成酵素である。ヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＹ０６２２１２；大腸菌）および（ＮＣ＿００２９４７、ｌｏｃｕｓ＿ｔａｇ ＰＰ０６０６；シュードモナス・プチダＫＴ２４４０）が挙げられる。
一部の態様では、宿主細胞自体の代謝工程および本発明が提供するＩＰＰの産生に関与するそれらの工程との「クロストーク」（または干渉）が最小限にされるか、もしくは完全に除外される。例えば、宿主微生物がＩＰＰを合成するためにもっぱらＤＸＰ経路に依存して、ＭＥＶ経路を導入して、追加のＩＰＰを提供する場合、「クロストーク」が最小限にされるか、もしくは完全に除外される。このような宿主生物は、ＭＥＶ経路酵素群の発現を変化させる能力、もしくはＭＥＶ経路に関連する中間体を処理する能力を備えていないであろう。もっぱら、あるいは主にＤＸＰ経路を依存する生物としては、例えば、大腸菌が挙げられる。
一部の態様では、宿主細胞は、もっぱらＭＥＶ経路を介して、もしくはＤＸＰ経路と共にＩＰＰを産生する。他の態様では、宿主のＤＸＰ経路は機能上障害を持っているため、宿主細胞がもっぱら異種導入されたＭＥＶ経路を通じてＩＰＰを産生する。ＤＸＰ経路は、遺伝子発現を停止させるか、もしくはＤＸＰ経路酵素群の１またはそれ以上の機能を不活化することによって、機能上障害を持ちうる。
Ｃ５化合物
本発明のＣ５化合物は、一般的に、ＩＰＰまたはＤＭＡＰＰから得られる。これらの化合物はヘミテルペンの別名でも知られており、これらが１イソプレン単位（ＩＰＰまたはＤＭＡＰＰ）から得られるためである。
イソプレン
イソプレンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、多くの植物で見いだされる。イソプレンはイソプレン合成酵素によってＩＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＢ１９８１９０；ポプルス・アルバ）および（ＡＪ２９４８１９；ポプルス・アルバ ｘ ポプルス・トレムラ）が挙げられる。
Ｃ１０化合物
本発明のＣ１０化合物は、一般的に、ＤＭＡＰＰでのＩＰＰの濃縮によって作られるゲラニルピロリン酸（ＧＰＰ）から得られる。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ゲラニルピロリン酸合成酵素である。これらのＣ１０化合物はモノテルペンの別名でも知られており、それはこれらが２イソプレン単位から得られるためである。
図２には、ＩＰＰおよびＤＭＡＰＰがどのようにしてＧＰＰを産生でき、これをさらに処理してモノテルペンにすることができるのかを概略的に示している。
ヌクレオチド配列またはゲラニルピロリン酸合成酵素の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ５１３１１１；アビエス・ グランディス）、（ＡＦ５１３１１２；アビエス・ グランディス）、（ＡＦ５１３１１３；アビエス・ グランディス）、（ＡＹ５３４６８６；アンチリナム・マユス）、（ＡＹ５３４６８７；アンチリナム・マユス）、（Ｙ１７３７６；シロイヌナズナ）、（ＡＥ０１６８７７、Ｌｏｃｕｓ ＡＰＩ １０９２；バシラス・セレウス；ＡＴＣＣ１４５７９）、（ＡＪ２４３７３９；シトラス・シネンシス）、（ＡＹ５３４７４５；クラルキア・ブリウェリ）、（ＡＹ９５３５０８；イプス・ピニ）、（ＤＱ２８６９３０；リコペルシコン・エスクレンタム）、（ＡＦ１８２８２８；メンタ ｘ ピペリタ）、（ＡＦ１８２８２７；メンタ ｘ ピペリタ）、（ＭＰＩ２４９４５３；メンタ ｘ ピペリタ）、（ＰＺＥ４３１６９７、Ｌｏｃｕｓ ＣＡＤ２４４２５ ；パラコッカス・ゼアキサンチニファシエンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｚｅａｘａｎｔｈｉｎｉｆａｃｉｅｎｓ））、（ＡＹ８６６４９８；ピクロリザ・クルロオア）、（ＡＹ３５１８６２；ヴィティス・ヴィニフェラ ）、および（ＡＦ２０３８８１、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＦ１２８４３ ；ザイモモナス・モビリス）が挙げられる。
次に、ＧＰＰは続いて様々なＣ１０化合物に変換される。Ｃ１０化合物の具体例としては、限定はされないが、が挙げられる：
カレン
カレンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、多くの樹木、特に松の木の樹脂において見いだされる。カレンはカレン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ４６１４６０， ＲＥＧＩＯＮ ４３．．１９２６；ピセア・アビエス ）および（ＡＦ５２７４１６， ＲＥＧＩＯＮ： ７８．．１８７１；サルビア・ステノフィラ）が挙げられる。
ゲラニオール
ゲラニオールは（別名ロジノール）、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、ローズ油およびパルマローザ油の主成分である。これは、ゲラニウム、レモン、およびシトロネラソウにも存在する。ゲラニオールはゲラニオール合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＪ４５７０７０； 細毛樟）、（ＡＹ３６２５５３；メボウキ）、（ＤＱ２３４３００；ペリラ・フルテスケンス株１８６４）、（ＤＱ２３４２９９；ペリラ・シトリオドラ株１８６１）、（ＤＱ２３４２９８；ペリラ・シトリオドラ株４９３５）、および（ＤＱ０８８６６７；ペリラ・シトリオドラ）が挙げられる。
リナロオール
リナロオールは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、多くの花やコリアンダー種子などのスパイス植物において見出される。リナロオールはリナロオール合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＦ４９７４８５；シロイヌナズナ）、（ＡＣ００２２９４、 Ｌｏｃｕｓ ＡＡＢ７１４８２ ；シロイヌナズナ）、（ＡＹ０５９７５７；シロイヌナズナ）、（ＮＭ １０４７９３；シロイヌナズナ）、（ＡＦ１５４１２４；クソニンジン）、（ＡＦ０６７６０３；クラルキア・ブリウェリ）、（ＡＦ０６７６０２；クラルキア・コンシンネ）、（ＡＦ０６７６０１；クラルキア・ブリウェリ）、（Ｕ５８３１４；クラルキア・ブリウェリ）、（ＡＹ８４００９１；リコぺルシコン・エスクレンタム）、（ＤＱ２６３７４１；ラバンデュラ・ アングスティフォーリア）、（ＡＹ０８３６５３；メンタ・ シトラート）、（ＡＹ６９３６４７；メボウキ）、（ＸＭ＿４６３９１８；オリザ・ サティバ）、（ＡＰ００４０７８、 Ｌｏｃｕｓ ＢＡＤ０７６０５ ；オリザ・ サティバ）、（ＸＭ＿４６３９１８、 Ｌｏｃｕｓ ＸＰ＿４６３９１８ ；オリザ・ サティバ）、（ＡＹ９１７１９３；ペリラ・シトリオドラ）、（ＡＦ２７１２５９；ペリラ・フルテスケンス）、（ＡＹ４７３６２３；ピセア・アビエス）、（ＤＱ１９５２７４；シトカスプルース）、および（ＡＦ４４４７９８；ペリラ・フルテスケンス・クリスパＮｏ．７９）が挙げられる。
リモネン
リモネンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、柑橘系の果物の皮およびペパーミントにおいて見いだされる。リモネンはリモネン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（＋）−リモネンシンターゼ（ＡＦ５１４２８７， ＲＥＧＩＯＮ： ４７．．１８６７；シトラス・リモン）および（ＡＹ０５５２１４， ＲＥＧＩＯＮ： ４８．．１８８９；カワミドリ）および（−）−リモネンシンターゼ（ＤＱ１９５２７５， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１９０５；シトカスプルース）、（ＡＦ００６１９３， ＲＥＧＩＯＮ： ７３．．１９８６；アビエス・ グランディス）、および（ＭＨＣ４ＳＬＳＰ， ＲＥＧＩＯＮ： ２９．．１８２８；メンタ・スピカカ（Ｍｅｎｔｈａ ｓｐｉｃａｔａ））が挙げられる。
ミルセン
ミルセンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、月桂樹、ｖｅｒｂｅｎａ、および名前の由来であるミルシアを含む多くの植物の精油において見いだされる。ミルセンはミルセン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（Ｕ８７９０８； アビエス・ グランディス）、（ＡＹ１９５６０９；アンチリナム・マユス）、（ＡＹ１９５６０８；アンチリナム・マユス）、（ＮＭ １２７９８２；シロイヌナズナＴＰＳ１０）、（ＮＭＪ １３４８５；シロイヌナズナ ＡＴＴＰＳ−ＣＩＮ）、（ＮＭＪ １３４８３；シロイヌナズナ ＡＴＴＰＳ−ＣＩＮ）、（ＡＦ２７１２５９；ペリラ・フルテスケンス）、（ＡＹ４７３６２６；ピセア・アビエス）、（ＡＦ３６９９１９；ドイツトウヒ）、および（ＡＪ３０４８３９；ケルカス・イレックス（Ｑｕｅｒｃｕｓ ｉｌｅｘ））が挙げられる。
オシメン
α−およびβ−オシメンは、その化学構造がそれぞれ
Figure 2009538601
 であり、様々な植物およびメボウキを含む果物において見出され、そしてオシメン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＹ１９５６０７； アンチリナム・マユス）、（ＡＹ１９５６０９；アンチリナム・マユス）、（ＡＹ１９５６０８；アンチリナム・マユス）、（ＡＫ２２１０２４；シロイヌナズナ）、（ＮＭ＿１１３４８５；シロイヌナズナ ＡＴＴＰＳ−ＣＩＮ）、（ＮＭ＿１１３４８３；シロイヌナズナ ＡＴＴＰＳ−ＣＩＮ）、（ＮＭ＿１１７７７５；シロイヌナズナＡＴＴＰＳ０３）、（ＮＭ＿００１０３６５７４；シロイヌナズナＡＴＴＰＳ０３）、（ＮＭ＿１２７９８２；シロイヌナズナＴＰＳ１０）、（エイブル１０６４２；シトラス・ウンシュウＣｉｔＭＴＳＬ４）、および（ＡＹ５７５９７０；ミヤコグサ）が挙げられる。
α−ピネン
α−ピネンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、松の木において見いだされ、そしてユーカリα−ピネンはα−ピネン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（＋）α−ピネン合成酵素（ＡＦ５４３５３０、ＲＥＧＩＯＮ １．．１８８７、テーダマツ）、（−）α−ピネン合成酵素（ＡＦ５４３５２７、ＲＥＧＩＯＮ ３２．．１９２１、テーダマツ）、および（＋）／（−）α−ピネン合成酵素（ＡＧＵ８７９０９、ＲＥＧＩＯＮ ６１１１８９２、アビエス・ グランディス）が挙げられる。
β−ピネン
β−ピネンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、松の木、ローズマリー、パセリ、ディル、バジル、およびバラにおいて見いだされる。β−ピネンはβ−ピネン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（−）β−ピネン合成酵素（ＡＦ２７６０７２、ＲＥＧＩＯＮ １．．１７４９、クソニンジン）および（ＡＦ５１４２８８、ＲＥＧＩＯＮ ２６．．１８３４、シトラス・リモン）が挙げられる。
サビネン
サビネンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、ブラックペッパー、ニンジン種子、セージ、およびティー・ツリーにおいて見いだされる。サビネンはサビネン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、サルビア・オフィシナリスからのＡＦ０５１９０１５， ＲＥＧＩＯＮ： ２６．．１７９８が挙げられる。
γ−テルピネン
γ−テルピネンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、柑橘系の果物からの精油の成分である。生化学的に、γ−テルピネンはγ−テルピネン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（シトラス・リモンからのＡＦ５１４２８６， ＲＥＧＩＯＮ： ３０．．１８３２）および（シトラス・ウンシュウからのＡＢ１１０６４０， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１８０３）が挙げられる。
テルピノレン
テルピノレンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、クロフサスグリ、ヒノキ、グアバ、レイシ、パパイア、マツ、およびチャにおいて見いだされる。テルピノレンはテルピノレン合成酵素によってＧＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、シュドツガ メンツィエシ（Ｐｓｅｕｄｏｔｓｕｇａ ｍｅｎｚｉｅｓｉｉ）からのＡＹ９０６８６６， ＲＥＧＩＯＮ： １０．．１８８７が挙げられる。
Ｃ１５化合物
本発明のＣ１５化合物は、一般的に、１個の分子のＤＭＡＰＰと２個の分子のＩＰＰの濃縮によって作られるファルネシルピロリン酸（ＦＰＰ）から生じる。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ファルネシルピロリン酸合成酵素である。これらのＣ１５化合物はセスキテルペンの別名でも知られており、それはこれらが３イソプレン単位から得られるためである。
図２には、ＩＰＰおよびＤＭＡＰＰがどのようにして結合されてＧＰＰを産生でき、これをさらに処理してセスキテルペンにすることができるのかを概略的に示している。
ファルネシルピロリン酸合成酵素のヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、 （ＡＴＵ８０６０５；シロイヌナズナ）、（ＡＴＨＦＰＳ２Ｒ、シロイヌナズナ）、（ＡＡＵ３６３７６、クソニンジン）、（ＡＦ４６１０５０；ボス・タウルス）、（Ｄ００６９４；大腸菌Ｋ−１２）、（ＡＥ００９９５１、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＬ９５５２３；フソバクテリウム・ヌクレアタム・サブスピーシス・ヌクレアタムＡＴＣＣ ２５５８６）、（ＧＦＦＰＰＳＧＥＮ；ギベレラ・フジクロイ）、（ＣＰ０００００９、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＷ６００３４、グルコノバクター・オキシダンス（Ｇｌｕｃｏｎｏｂａｃｔｅｒ ｏｘｙｄａｎｓ）６２１Ｈ）、（ＡＦ０１９８９２、ヘリアンサス・アンヌス）、（ＨＵＭＦＡＰＳ；ホモ・サピエンス）、（ＫＬＰＦＰＳＱＣＲ、クリベロミセス・ラクチス）、（ＬＡＵ１５７７７、ルピヌス・アルブス）、（ＬＡＵ２０７７１、ルピヌス・アルブス）、（ＡＦ３０９５０８、ムス・ムスクルス（Ｍｕｓ ｍｕｓｃｕｌｕｓ））、（ＮＣＦＰＰＳＧＥＮ； ニューロスポラ・クラッサ）、（ＰＡＦＰＳ１、パルテニウム・アルゲンタタム（Ｐａｒｔｈｅｎｉｕｍ ａｒｇｅｎｔａｔｕｍ））、（ＰＡＦＰＳ２、パルテニウム・アルゲンタタム（Ｐａｒｔｈｅｎｉｕｍ ａｒｇｅｎｔａｔｕｍ））、（ＲＡＴＦＡＰＳ；ラッタス・ ノルヴェギクス）、（ＹＳＣＦＰＰ； サッカロミセス・セレヴィシエ）、（Ｄ８９１０４；シゾサッカロミセス・ポンベ）、（ＣＰ０００００３、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＴ８７３８６； ストレプトコッカス・ピオゲネス ）、（ＣＰ００００１７、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＺ５１８４９、ストレプトコッカス・ピオゲネス）、（ＮＣ＿００８０２２、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ＿５９８８５６、ストレプトコッカス・ピオゲネス ＭＧＡＳ１０２７０）、（ＮＣ＿００８０２３、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ＿６００８４５、ストレプトコッカス・ピオゲネス ＭＧＡＳ２０９６）、（ＮＣ＿００８０２４、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ＿６０２８３２、ストレプトコッカス・ピオゲネス ＭＧＡＳ １０７５０）、および（ＭＺＥＦＰＳ、ゼア・メイス）が挙げられる。
あるいは、ＦＰＰは、ＧＰＰにＩＰＰを添加することによっても作ることができる。この反応を可能にする酵素をコードするヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、 （ＡＥ０００６５７、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＣ０６９１３、アクイフェックス・エオリカスＶＦ５）、（ＮＭ＿２０２８３６、シロイヌナズナ）、（Ｄ８４４３２、Ｌｏｃｕｓ ＢＡＡ１２５７５；枯草菌）、（Ｕ１２６７８、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＣ２８８９４；ブラジリゾビウム・ジャポニクムＵＳＤＡ １１０）、（ＢＡＣＦＤＰＳ；ゲオバシラス・ステアロサーモフィラス）、（ＮＣ＿００２９４０、Ｌｏｃｕｓ ＮＰ＿８７３７５４；ヘモフィルス・デュクレイ３５０００ＨＰ）、（Ｌ４２０２３、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＣ２３０８７、ヘモフィルス・インフルエンザＲｄ ＫＷ２０）、（Ｊ０５２６２、ホモ・サピエンス）、（ＹＰ＿３９５２９４、ラクトバチルス・サケイ・サブスピーシス・サケイ２３Ｋ）、（ＮＣ＿００５８２３、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ ０００２７３；レプトスピラ・インテロガンス・セロバール・コペンハーゲニ・ｓｔｒ・フィオクルズ（Ｌｅｐｔｏｓｐｉｒａ ｉｎｔｅｒｒｏｇａｎｓ ｓｅｒｏｖａｒ Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎｉ ｓｔｒ Ｆｉｏｃｒｕｚ）Ｌ１−１３０）、（ＡＢ００３１８７；ミクロコッカス・ルテウス）、（ＮＣ＿００２９４６、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ ２０８７６８； ナイセリア・ゴノレー（Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ ｇｏｎｏｒｒｈｏｅａｅ）ＦＡ １０９０）、（Ｕ０００９０、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＢ９１７５２、リゾビウム属ＮＧＲ２３４）、（Ｊ０５０９１；サッカロミセス・セレヴィシエ）、（ＣＰ００００３１、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＶ９３５６８；シリシバクター・ポメロニ（Ｓｉｌｉｃｉｂａｃｔｅｒ ｐｏｍｅｒｏｙｉ）ＤＳＳ−３）、（ＡＥ００８４８１、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＫ９９８９０； ストレプトコッカス・ニューモニエＲ６）、および（ＮＣ＿００４５５６、Ｌｏｃｕｓ ＮＰ ７７９７０６；キシレラ・ファスチジオサ・テメキュラ１）が挙げられる。
次に、ＦＰＰは続いて様々なＣ１５化合物に変換される。
Ｃ１５化合物の具体例としては、限定はされないが、が挙げられる：
アモルファジエン
アモルファジエンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、アルテミシア・アナ（Ａｒｔｅｍｉｓｉａ ａｎｎａ）によって作られるアルテミシニンの前駆体である。アモルファジエンはアモルファジエン合成酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例は米国特許第７，１９２，７５１号の配列番号：３７である。
α−ファルネセン
α−ファルネセンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、限定はされないが、アリのデュフール腺中ならびにリンゴおよび西洋ナシの果皮の被膜を含む様々な生物材料において見いだされる。
α−ファルネセンはα−ファルネセン合成酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、プラス・コミュニ・カルティバ・ダンジョ（Ｐｙｒｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｓ ｃｕｌｔｉｖａｒ ｄ’Ａｎｊｏｕ） （ナシ；遺伝子名ＡＦＳ１）のＤＱ３０９０３４およびマルス・ドメスティカ（リンゴ；遺伝子ＡＦＳ１）のＡＹ１８２２４１が挙げられる。Ｐｅｃｈｏｕｕｓ ｅｔ ａｌ， Ｐｌａｎｔａ ２１９（１）：８４−９４ （２００４）。
β−ファルネセン
β−ファルネセンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、限定はされないが、アリマキおよびペパーミントなどから精油を含む様々な生物材料において見いだされる。野生のジャガイモのような若干の植物の中である、β−ファルネセンが天然の昆虫忌避物質として合成される。β−ファルネセンはβ−ファルネセン合成酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、メンタ ｘ ピペリタ（ペパーミント；遺伝子Ｔｓｐａｌ １）のＧｅｎＢａｎｋ受入番号ＡＦ０２４６１５およびクソニンジンのＡＹ８３５３９８が挙げられる。Ｐｉｃａｕｄ ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ６６（９）： ９６１−９６７ （２００５）。
ファルネソール
ファルネソールは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、昆虫、ならびに、シトロネラ、ネロリ、シクラメン、レモングラス、チュベローズ、およびバラなどからの精油を含む様々な生物材料において見いだされる。ファルネソールはファルネソール合成酵素などの水酸化酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、ゼア・メイスからのＧｅｎＢａｎｋ受入番号ＡＦ５２９２６６およびサッカロミセス・セレヴィシエ（遺伝子Ｐｈｏ８）からのＹＤＲ４８１Ｃが挙げられる。Ｓｏｎｇ， Ｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １２８：１４９−１５８ （２００６）。
ネロリドール
ネロリドールは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、ペルビオールの別名でも知られており、橙花、ショウガ、ジャスミン、ラベンダー、ティー・ツリー、およびレモングラスなどの精油を含む様々な生物材料において見いだされる。ネロリドールはネロリドール合成酵素などの水酸化酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、ゼア・メイスからのＡＦ５２９２６６（トウモロコシ、遺伝子ｔｐｓ１）が挙げられる。
パチョロール
パチョロールは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、パチョリアルコールの別名でも知られており、そしてポゴステモン・パチョリの精油の成分である。パチョロールはパチョロール合成酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、ポゴステモン・カブリンからのＡＹ５０８７３０， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１６５９が挙げられる。
バレンセン
バレンセンは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、オレンジの香気および風味の主な化学成分の１つであり、そして橙皮において見いだされる。バレンセンはヌートカトン合成酵素によってＦＰＰから作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、シトラス・シネンシスからのＡＦ４４１１２４， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１６４７およびペリラ・フルテスケンスからのＡＹ９１７１９５， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１６５３が挙げられる。
Ｃ２０化合物
本発明のＣ２０化合物は、一般的に、ＤＭＡＰＰの１個の分子とＩＰＰの３個の分子の濃縮によって作られるゲラニルゲラニオールピロリン酸（ＧＧＰＰ）から得られた。この段階を触媒することが知られている酵素は、例えば、ゲラニルゲラニルピロリン酸合成酵素である。これらのＣ２０化合物はジテルペンの別名でも知られており、それはこれらが４イソプレン単位から得られるためである。
図２には、ＩＰＰおよびＤＭＡＰＰがどのようにして結合されてＧＧＰＰを産生でき、これをさらに処理してジテルペンにすることができるのかを、もしくはさらに処理してカロテノイドにすることができるのかを概略的に示している。
ゲラニルゲラニルピロリン酸合成酵素のヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＡＴＨＧＥＲＰＹＲＳ、シロイヌナズナ）、（ＢＴ００５３２８、シロイヌナズナ）、（ＮＭ＿１１９８４５、シロイヌナズナ）、（ＮＺ＿ＡＡＪＭ０１０００３８０、Ｌｏｃｕｓ ＺＰ＿００７４３０５２、バチルス・チューリンゲンシス・セロバー・イスラエレンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ｓｅｒｏｖａｒ ｉｓｒａｅｌｅｎｓｉｓ）、ＡＴＣＣ ３５６４６ ｓｑ１５６３）、（ＣＲＧＧＰＰＳ、カタランツス・ロゼウス）、（ＮＺ＿ＡＡＢＦ０２００００７４、Ｌｏｃｕｓ ＺＰ＿００１４４５０９、フソバクテリウム・ヌクレアタム・サブスピーシス・ヴィセンティ（Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｎｕｃｌｅａｔｕｍ ｓｕｂｓｐ． ｖｉｎｃｅｎｔｉｉ）、ＡＴＣＣ ４９２５６）、（ＧＦＧＧＰＰＳＧＮ、ギベレラ・フジクロイ）、（ＡＹ３７１３２１；ギンコ・ビローバ）、（ＡＢ０５５４９６；ヘベア・ブラジリエンシス）、（ＡＢ０１７９７１；ホモ・サピエンス）、（ＭＣＩ２７６１２９；ムコール・サーシネロイデス・ｆ・ルシタニカス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ ｆ． ｌｕｓｉｔａｎｉｃｕｓ））、（ＡＢ０１６０４４；ムス・ムスクルス（Ｍｕｓ ｍｕｓｃｕｌｕｓ））、（ＡＡＢＸ０１０００２９８、Ｌｏｃｕｓ ＮＣＵ０１４２７； ニューロスポラ・クラッサ）、（ＮＣＵ２０９４０；ニューロスポラ・クラッサ）、（ＮＺ＿ＡＡＫＬ０１０００００８、Ｌｏｃｕｓ ＺＰ＿００９４３５６６； ラルストニア・ソラナセラムＵＷ５５１）、（ＡＢ １１８２３８；ラッタス・ ノルヴェギクス）、（ＳＣＵ３１６３２； サッカロミセス・セレヴィシエ）、（ＡＢ０１６０９５；シネコッカス・エロンゲート（Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｅｌｏｎｇａｔｅｓ））、（ＳＡＧＧＰＳ；シナピス・アルバ）、（ＳＳＯＧＤＳ； スルフォロバス・アシドカルダリウス（Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓ ａｃｉｄｏｃａｌｄａｒｉｕｓ））、（ＮＣ＿００７７５９、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ＿４６１８３２；シントロファス・アシディトロフィカス（Ｓｙｎｔｒｏｐｈｕｓ ａｃｉｄｉｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ） ＳＢ）、および（ＮＣ＿００６８４０、Ｌｏｃｕｓ ＹＰ＿２０４０９５； ビブリオ・フィシェリＥＳ１１４）が挙げられる。
あるいは、ＧＧＰＰは、ＦＰＰにＩＰＰを添加することによっても作ることができる。この反応を可能にする酵素をコードするヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（ＮＭ＿１１２３１５； シロイヌナズナ）、（ＥＲＷＣＲＴＥ；パントエア・アグロメランス）、（Ｄ９００８７、Ｌｏｃｕｓ ＢＡＡ１４１２４；パントエア・アナナティス）、（Ｘ５２２９１、Ｌｏｃｕｓ ＣＡＡ３６５３８；ロドバクター・カプスラータ）、（ＡＦ１９５１２２、Ｌｏｃｕｓ ＡＡＦ２４２９４；ロドバクター・スフェロイデス）、および（ＮＣ＿００４３５０、Ｌｏｃｕｓ ＮＰ＿７２１０１５； ストレプトコッカス・ミュータンス ＵＡ１５９）が挙げられる。
次に、ＧＧＰＰは続いて様々なＣ２０イソプレノイドに変換される。Ｃ２０化合物の具体例としては、限定はされないが、が挙げられる：
ゲラニルゲラニオール
ゲラニルゲラニオールは、その化学構造が
Figure 2009538601
 であり、香椿からの木油およびアマニ油の成分である。ゲラニルゲラニオールは、例えば、発現コンストラクトに、ＧＧＰＰ合成酵素の遺伝子の後にホスファターゼ遺伝子を付加することで作ることができる。
アビエタジエン
アビエタジエンは以下の異性体
Figure 2009538601
 を包含し：そしてアビエス・ グランディスなどの樹木において見いだされる。アビエタジエンはアビエタジエン合成酵素によって作られる。適当なヌクレオチド配列の具体例としては、限定はされないが、（Ｕ５０７６８； アビエス・ グランディス）および（ＡＹ４７３６２１；ピセア・アビエス）が挙げられる。
Ｃ２０＋化合物
Ｃ２０＋化合物も本発明の範囲内にある。このような化合物の具体例としては、セスタテルペン（５イソプレン単位から作られるＣ２５化合物が）、トリテルペン（６イソプレン単位から作られるＣ３０化合物）、およびテトラテルペン（８イソプレン単位から作られるＣ４０化合物）が挙げられる。これらの化合物は、本明細書に記載の類似の方法を使用することで、そして適当な合成酵素のヌクレオチド配列を置換する、または付加することで作られる。
経路の操作
本発明では、宿主細胞内での高濃度イソプレノイド産生をもたらす操作ＭＥＶおよび／またはＤＸＰ経路を利用する。経路は、典型的に、これらの経路の少なくとも１つにおいて酵素をコードする異種配列を発現させることによる組み換えＤＮＡ技術によって操作する。
対象となるヌクレオチド酸を単一または複数のベクターによって発現させることができる。例えば、単一の発現ベクターには、ＭＥＶ全体またはＤＸＰ経路酵素群をコードする異種配列の少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ、またはすべてが含まれてもよい。単一または複数のベクターの選択は、異種配列のサイズおよびベクターの性能によって決まるが、これは、選択された宿主細胞内においてベクターを発現させた際に提供できる所与のイソプレノイドの全収率によって決まる。対象となるベクターはエピソームにより、もしくは、宿主細胞ゲノムの不可欠な部分として複製可能である。典型的に、後者は宿主細胞の持続的増殖に好ましい。
特定の宿主細胞においては、ＭＥＶまたはＤＸＰ経路酵素群をコードする１またはそれ以上の異種配列は、１またはそれ以上のオペロンによって制御できる。場合によっては、２つ、または３つのオペロンシステムが、１つのオペロンシステムよりも高収量のイソプレノイドを提供する。
望ましい場合、対象となる核酸配列は、選択された宿主細胞のコドン選択を反映するように修飾させて、宿主細胞内においてこのような配列のより高い発現をもたらすことができる。例えば、対象となるヌクレオチド配列は、一部の態様では、酵母でのコドン選択のために修飾される。例えば、Ｂｅｎｎｅｔｚｅｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ （１９８２） Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ ２５７（６） ３０２６−３０３１を参照すること。限定はされないが、別の例として、ヌクレオチド配列は、一部の態様では、大腸菌でのコドン選択のために修飾させる。例えば、Ｇｏｕｙ ａｎｄ Ｇａｕｔｉｅｒ （１９８２） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ １０（２２） ７０５５−７０７４， Ｅｙｒｅ−Ｗａｌｋｅｒ （１９９６） Ｍｏｌ Ｂｉｏｌ Ｅｖｏｌ １３（６） ８６４−８７２を参照すること。例えば、Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ． （２０００） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２８（１） ２９２も参照すること。多くの生物向けのコドン使用頻度表を利用可能であり、これは本発明の配列の設計において参照として使用できる。所与の宿主微生物における高頻度コドンの使用は、一般的に、翻訳の可能性、ひいては所望の配列の発現レベルを上昇させる。
対象となる核酸調製物は、通常の様々な組み換え技術および合成手順によって得ることができる。簡単に説明すると、対象となる核酸は、ＤＮＡ断片、ｃＤＮＡ、ＲＮＡｓとして調製でき、これらのすべてが、限定はされないが、ＰＣＲおよびｒｔ−ＰＣＲを含む様々な増幅工程によって細胞から、もしくは組み換えによって直接抽出することができる。
核酸の直接化学合成には、典型的に、伸張中のヌクレオチドポリマー鎖の末端５’ヒドロキシル基に３’ブロックおよび５’ブロックされたヌクレオチドモノマーの連続付加が含まれ、各付加は、付加モノマーの３’位置における伸張中の鎖の末端５’ヒドロキシ基の求核攻撃によってもたらされ、これは、典型的に、ホスホトリエステル、ホスホラミダイト などのリン酸誘導体である。このような方法論は当業者に公知であり、関連するテキストおよび文献に記載されている（例えば、Ｍａｔｔｅｕｃｉ ｅｔ ａｌ． （１９８０） Ｔｅｔ Ｌｅｔｔ ５２１ ７１９， Ｃａｒｕｔｈｅｒｓらの米国特許第４，５００，７０７号ならびにＳｏｕｔｈｅｒｎらの米国特許第５，４３６，３２７号および５，７００，６３７号）。
宿主微生物の核酸の転写レベルは、多くの方法で上昇させることができる。例えば、これは、酵素をコードするヌクレオチド配列のコピー数を上昇させることによって（例えば、酵素をコードするヌクレオチド配列を含む高コピー数発現ベクターを使用することによって、もしくは酵素をコードするヌクレオチド配列の追加コピーを宿主微生物のゲノム内に導入することによって、例えば、ｒｅｃＡ媒介性組み換え、「自殺」ベクターの使用、λファージレコンビナーゼの使用による組み換え、および／またはトランスポゾンまたは転移因子の挿入によって）達成できる。また、これは、オペロンのポリシストロン性ｍＲＮＡのコード領域の順番を変えることによって、もしくは、個別の遺伝子のオペロンをそれ自体の制御エレメントと共に分割することによって、酵素コード領域が機能的に連結するプロモーター（転写開始または転写調節配列）の強度を増すことによって（例えば、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔおよびｐＢＢＲ１ＭＣＳプラスミド内に見出されるプロモーターなど、修飾ラクトース誘導プロモーターの代わりに、大腸菌宿主微生物のアラビノースまたはラクトース誘導コンセンサスプロモーターを使用すること）、もしくは誘導プロモーターを使用すること、そして増殖培地に化学物質を添加することによって誘導プロモーターを誘導させることによって実施できる。宿主微生物でのヌクレオチド配列の翻訳レベルは、限定はされないが、ｍＲＮＡの安定性を増すこと、リボソーム結合部位の配列を修飾すること、リボソーム結合部位と酵素コード配列の開始コドンとの距離または配列を修飾すること、酵素コード領域の開始コドンの５’側「上流」またはその近傍に位置する全シストロン領域を修飾すること、ヘアピンおよび特定配列を使用してｍＲＮＡ転写物の３′末端を安定化させること、酵素のコドン使用頻度を修飾すること、酵素生合成に使用される稀なコドンｔＲＮＡの発現を変えること、ならびに／もしくは、例えば、酵素のコード配列の突然変異よってその酵素の安定性を増すことを含む、多くの方法によって上昇させることができる。好適なコドンおよび稀なコドンｔＲＮＡの決定は、宿主微生物から得られた遺伝子の配列分析に基づいてよい。
宿主におけるＭＥＶ、ＤＸＰ、またはプレニルトランスフェラーゼの活性は、限定はされないが、宿主細胞内において溶解度の上昇を示す修飾型酵素を発現させること、酵素活性を抑制させるドメインを欠く変異型酵素を発現させること、基質に対してより高いＫｃａｔまたはより低いＫｍを有する修飾型酵素を発現させること、もしくは経路の別の分子によってフィードバックまたはフィードフォワードに影響を受けない変異型酵素を発現させることを含む、多くの方法によって変えることができる。下記の通り、このような変異酵素は、特異性のより広い酵素におけるランダム変異導入法によっても単離でき、そして、このような変異酵素をコードするヌクレオチド配列は、宿主微生物のゲノムに組み込まれた発現ベクターから、または組み換え遺伝子から発現させることができる。
対象となるベクターを構築して、コードされる酵素の所望のレベルのコピー数をもたらすことができる。一部の態様では、対象となるベクターは、少なくとも１０、１０−２０、２０−５０、５０−１００、もしくは、さらに１００コピーのＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、メバロン酸キナーゼ、もしくはこれらの両方をもたらす。低コピー数プラスミドは、一般的に、細胞１個当たり約２０プラスミドコピー数未満を提供し；中コピー数プラスミドは、一般的に、細胞１個当たり約２０プラスミドコピー数から細胞１個当たり約５０プラスミドコピー数、もしくは、細胞１個当たり約２０プラスミドコピー数から細胞１個当たり約８０プラスミドコピー数を提供し；そして、高コピー数プラスミドは、一般的に、細胞１個当たり約８０プラスミドコピー数から細胞１個当たり約２００プラスミドコピー数またはそれ以上を提供する。
大腸菌用の適当な低コピー発現ベクターとしては、限定はされないが、ｐＡＣＹＣ１８４、ｐＢｅｌｏＢａｃ１１、ｐＢＲ３３２、ｐＢＡＤ３３、ｐＢＢＲ１ＭＣＳおよびその誘導体、ｐＳＣ１０１、ＳｕｐｅｒＣｏｓ（コスミド）、およびｐＷＥ１５（コスミド）が挙げられる。大腸菌用の適当な中コピー発現ベクターとしては、限定はされないが、ｐＴｒｃ９９Ａ、ｐＢＡＤ２４、およびＣｏｌＥ１複製起点を含むベクターおよびその誘導体が挙げられる。大腸菌用の適当な高コピー数発現ベクターとしては、限定はされないが、ｐＵＣベクター、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔベクター、ｐＧＥＭベクター、およびｐＴＺベクターが挙げられる。酵母用の適当な低コピー（中心体）発現ベクターとしては、限定はされないが、ｐＲＳ４１５およびｐＲＳ４１６が挙げられる（Ｓｉｋｏｒｓｋｉ ＆ Ｈｉｅｔｅｒ （１９８９） Ｇｅｎｅｔｉｃｓ １２２．１９−２７）。酵母における適当な高コピー２ミクロン発現ベクターとしては、限定はされないが、ｐＲＳ４２５およびｐＲＳ４２６が挙げられる（Ｃｈｒｉｓｔａｉｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ． （１９９２） Ｇｅｎｅ １１０：１１９−１２２）。代わりの２ミクロン発現ベクターとしては、２ミクロンベクターの非選択性変異体（Ｂｒｕｓｃｈｉ ＆ Ｌｕｄｗｉｇ （１９８８） Ｃｕｒｒ．Ｇｅｎｅｔ １５：８３−９０）または発現カセットを有する完全２ミクロンプラスミド（米国特許出願第２００５００８４９７２号に例示している）、もしくはＬＥＵ２ｄ（Ｅｒｈａｎｒｔ ｅｔ ａｌ． （１９８３） Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ １５６ （２）： ６２５−６３５）またはＵＲＡ３ｄ（Ｏｋｋｅｌｓ （１９９６） Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ７８２（１）−２０２−２０７）などの欠損選択マーカーを有する２ミクロンプラスミドが挙げられる。
調節エレメントとしては、例えば、プロモーターが挙げられ、そしてオペレーターを操作して、産生されたイソプレノイドの全収率を決定する際に重要な役割を果たす１またはそれ以上の遺伝子の発現を上昇させるによってＭＥＶまたはＤＸＰ経路の代謝流量を増やすこともできる。プロモーターは、ＲＮＡポリメラーゼ酵素により核酸配列の転写を開始させる、ならびに、制御するヌクレオチド配列である。オペレーターは、所望の核酸配列の転写を制御するように機能するプロモーターに隣接するヌクレオチド配列である。オペレーターには、特定のリプレッサータンパク質が結合できるタンパク質結合ドメインが含まれる。適当なリプレッサータンパク質の非存在下では、転写はプロモーターを介して開始する。適当なリプレッサータンパク質の存在下では、リプレッサータンパク質は、オペレーターに結合して、そしてそれによってプロモーターからの転写を抑制する。プロモーターおよびオペレーターは、転写制御因子とも呼ばれる。
本発明の一部の態様では、発現ベクターにおいて使用するプロモーターは誘導性である。他の態様では、発現ベクターにおいて使用するプロモーターは構成的である。一部の態様では、１またはそれ以上の核酸配列を誘導プロモーターに機能的に連結しており、そして１またはそれ以上の他の核酸配列を構成的プロモーターに機能的に連結している。
限定はされないが、原核生物の宿主細胞に使用する適当なプロモーターの例としては、バクテリオファージＴ７ ＲＮＡポリメラーゼプロモーター；ｔｒｐプロモーター；ｌａｃオペロンプロモーター、ハイブリッドプロモーター、例えば、ｌａｃ／ｔａｃハイブリッドプロモーター、ｔａｃ／ｔｒｃハイブリッドプロモーター、ｔｒｐ／ｌａｃプロモーター、Ｔ７／ｌａｃプロモーター、ｔｒｃプロモーター、ｔａｃプロモーター、および同類のもの、ａｒａＢＡＤプロモーター；ｓｓａＧプロモーターまたは関連するプロモーター （例えば、米国特許第２００４０１３１６３７号を参照）、ｐａｇＣプロモーター （Ｐｕｌｋｋｉｎｅｎ ａｎｄ Ｍｉｌｌｅｒ， Ｊ． Ｂａｃｔｅｎｏｌ． （１９９１） １７３（１）：８６−９３； Ａｌｐｕｃｈｅ−Ａｒａｎｄａ ｅｔ ａｌ． （１９９２） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ． ８９（２１）：１００７９−８３）、ｎｉｒＢプロモーター （Ｈａｒｂｏｒｎｅ ｅｔ ａｌ． （１９９２） Ｍｏｌ Ｍｉｃｒｏ．６：２８０５−２８１３）、および同類のもの（例えば、Ｄｕｎｓｔａｎ ｅｔ ａｌ （１９９９） Ｉｎｆｅｃｔ．Ｉｍｍｕｎ．６７．５１３３−５１４１； ＭｃＫｅｌｖｉｅ ｅｔ ａｌ． （２００４） Ｖａｃｃｉｎｅ ２２：３２４３−３２５５；およびＣｈａｔｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ． （１９９２） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１０：８８８−８９２を参照）などのインビボ調節プロモーター；シグマ７０プロモーター、例えば、コンセンサスシグマ７０プロモーター （例えば、ＧｅｎＢａｎｋ Ａｃｃｅｓｓｉｏｎ Ｎｏｓ．ＡＸ７９８９８０、ＡＸ７９８９６１、およびＡＸ７９８１８３を参照）；静止期プロモーター、例えば、ｄｐｓプロモーター、ｓｐｖプロモーター、および同類のもの、病原性島ＳＰＩ−２のプロモーター （例えば、国際公開広報第９６／１７９５１号）；ａｃｔＡ プロモーター （例えば、Ｓｈｅｔｒｏｎ−Ｒａｍａ ｅｔ ａｌ． （２００２） Ｉｎｆｅｃｔ．Ｉｍｍｕｎ．７０：１０８７−１０９６を参照）；ｒｐｓＭプロモーター （例えば、Ｖａｌｄｉｖｉａ ａｎｄ Ｆａｌｋｏｗ （１９９６） Ｍｏｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ ２２：３６７ ３７８を参照）；ｔｅｔプロモーター （例えば、Ｈｉｌｌｅｎ ｅｔ ａｌ． （１９８９） Ｉｎ Ｓａｅｎｇｅｒ Ｗ． ａｎｄ Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ Ｕ． （ｅｄｓ） Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｐｒｏｔｅｉｎ−Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ． Ｍａｃｍｉｌｌａｎ， Ｌｏｎｄｏｎ， ＵＫ， Ｖｏｌ． １０， ｐｐ．１４３−１６２を参照）；ＳＰ６プロモーター （例えば、Ｍｅｌｔｏｎ ｅｔ ａｌ． （１９８４） Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１２：７０３５−７０５６を参照）、および同類のものが挙げられる。
一部の態様では、異種ＭＥＶまたはＤＸＰ酵素の全活性は、他の酵素と比較して、各経路でイソプレノイドの全収量においてより大きな役割を果たし、強力なプロモーターから酵素を発現させることによって上昇される。大腸菌の適当な強力なプロモーターとしては、限定はされないが、Ｔｒｃ、Ｔａｃ、Ｔ５、Ｔ７、ＰＬａｍｂｄａが挙げられる。本発明の別の態様では、宿主における１またはそれ以上のＭＥＶ経路酵素群の全活性は、高コピー数プラスミドにおいて強力なプロモーターから酵素を発現させることによって上昇される。大腸菌での適当な例としては、Ｔｒｃ、Ｔａｃ、Ｔ５、Ｔ７、ｐＢＡＤ２４、ｐＢＡＤ１８、ｐＧＥＭ、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ、ｐＵＣ、およびｐＴＺベクターを伴うＰＬａｍｂｄａプロモーターを使用することが挙げられる。
宿主真核細胞で使用するための適当なプロモーターとしては、限定はされないが、ＣＭＶ前初期プロモーター、ＨＳＶチミジンキナーゼプロモーター、初期または後記ＳＶ４０プロモーター、レトロウイルスのＬＴＲ、およびマウスメタロチオネイン−Ｉプロモーターが挙げられる。
宿主原核細胞で使用するための適当な構成的プロモーターの例としては、限定はされないが、シグマ７０プロモーター（例えば、コンセンサスシグマ７０プロモーター）が挙げられる。宿主細菌細胞で使用するための適当な誘導プロモーターの例としては、限定はされないが、バクテリオファージλのｐＬ；Ｐｌａｃ；Ｐｔｒｐ；Ｐｔａｃ （Ｐｔｒｐ−ｌａｃハイブリッドプロモーター）；イソプロピル−β−Ｄ４４ チオガラクトピラノシド （ＩＰＴＧ）−誘導プロモーター、例えば、ｌａｃＺプロモーター；テトラサイクリン誘導プロモーター；アラビノース誘導プロモーター、例えば、ＰＢＡＤ （例えば、Ｇｕｚｍａｎ ｅｔ ａｌ． （１９９５） Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７７：４１２１−４１３０を参照）；キシロース誘導プロモーター、例えば、Ｐｘｙ１ （例えば、Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ． （１９９６） Ｇｅｎｅ １８１：７１−７６を参照）；ＧＡＬ１プロモーター；トリプトファンプロモーター；ｌａｃプロモーター；アルコール誘導プロモーター、例えば、メタノール誘導プロモーター、エタノール誘導プロモーター；ラフィノース誘導プロモーター；熱誘導プロモーター、例えば、熱誘導プロモーターラムダＰＬプロモーター；熱感受性リプレッサーによって制御されるプロモーター（例えば、ＣＩ８５７抑制性ラムダ発現ベクター；例えば、Ｈｏｆｆｍａｎｎ ｅｔ ａｌ． （１９９９） ＦＥＭＳ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｌｅｔｔ．１７７（２）：３２７−３４を参照）；および同類のものが挙げられる。
宿主酵母細胞で使用するための適当な構成的プロモーターの例としては、限定はされないが、ＡＤＨ１、ＡＤＨ２、ＰＧＫ、またはＬＥＵ２プロモーターが挙げられる。宿主酵母細胞で使用するための適当な誘導プロモーターの例としては、限定はされないが、Ｇａｌ１またはＧａｌ１０プロモーターなどの多種多様なガラクトース誘導プロモーター（Ｗｅｓｔ ｅｔ ａｌ． （１９８４） Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．４（１１）：２４６７−２４７８）、またはＣＵＰ１プロモーターが挙げられる。望ましい場合、対象となるベクターには、野生型の大腸菌Ｌａｃプロモーターよりも強力なプロモーターが含まれる。
宿主細菌細胞で使用するためのオペレーターの例としては、限定はされないが、ラクトースプロモーターオペレーター（ＬａｃＩリプレッサータンパク質は、ラクトースとの接触時に立体構造を変化させて、これによって、ＬａｃＩリプレッサータンパク質がオペレーターに結合するのを妨げる）、トリプトファンプロモーターオペレーター（トリプトファンと複合体を形成した際、ＴｒｐＲリプレッサータンパク質はオペレーターに結合する立体構造を有する；トリプトファンの非存在下では、ＴｒｐＲリプレッサータンパク質は、オペレーターに結合しない立体構造を有する）、およびｔａｃプロモーターオペレーター（例えば、ｄｅＢｏｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９８３） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ．８０：２１−２５．を参照）が挙げられる。
発現ベクターの遺伝子は、典型的に、リボソーム結合部位もコードし、コードされる任意のｍＲＮＡ遺伝子産物の直接的な翻訳（つまり、合成）を導く。大腸菌で使用する適当なリボソーム結合部位については、Ｓｈｉｎｅ ｅｔ ａｌ． （１９７５） Ｎａｔｕｒｅ ２５４：３４およびＳｔｅｉｔｚ， ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ： Ｇｅｎｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ （ｅｄ．Ｒ．Ｆ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｒ）， ｖｏｌ． １， ｐ． ３４９， １９７９， Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ， Ｎ． Ｙ．を参照して下さい。ヌクレオチド配列５’−ＡＡＡＡＣＡ−３’をコードするリボソーム結合部位のコード配列上流への挿入によって、酵母宿主微生物における効率的な翻訳が促進される（Ｌｏｏｍａｎ ｅｔ ａｌ． （１９９３） Ｎｕｃ．Ａｃ．Ｒｅｓ．２１：４２６８−４２７１； Ｙｕｎ ｅｔ． ａｌ． （１９９６） Ｍｏｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１９：１２２５−１２３９）。
発現ベクターに使用できる他の調節エレメントとしては、転写エンハンサーエレメントおよび転写ターミネーターが挙げられる。例えば、Ｂｉｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９８７） Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ、１５３：５１６−５４４．を参照すること。
発現ベクターは、特定の種類の宿主微生物での使用には適するが、他のものには適さないことがある。
当業者は、しかし、特定の発現ベクターが所与の宿主微生物に適合するか否かを通常の実験法によって容易に判断することができる。例えば、発現ベクターを宿主生物中に導入して、次に、生存およびベクター内に含まれる任意の遺伝子の発現をモニターする。
発現ベクターは、発現時に、発現ベクターを運ぶ宿主細胞を選択する、もしくは同定するために有用な１またはそれ以上の表現型特性を与える１またはそれ以上の選択マーカー遺伝子を含んでもよい。真核細胞での適当な選択マーカーの例としては、限定はされないが、ジヒドロ葉酸還元酵素およびネオマイシン耐性が挙げられる。原核細胞での適当な選択マーカーの例としては、限定はされないが、テトラサイクリン、アンピシリン、クロラムフェニュール、カルベニシリン、およびカナマイシン耐性が挙げられる。
工業スケールでのイソプレノイド産生では、発酵培地に抗生物質の付加を必要とする選択マーカーを使用することは、実際的でない、もしくはコストがかかり過ぎることがある。したがって、本発明の一部の態様では、プラスミド（発現ベクター）の維持を保証するために、抗生物質耐性を与える選択マーカーの使用を必要としない宿主細胞が用いられる。本発明のこれらの態様では、発現ベクターには、任意に、ＲＫ２のプラスミド複製および／または分離システムと共に、抗生物質選択の非存在下でプラスミド保持をもたらす６０−ｋｂ ＩｎｃＰ（ＲＫ２）プラスミドなどのプラスミド維持システムが含まれる（例えば、Ｓｉａ ｅｔ ａｌ． （１９９５） Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７７：２７８９−９７； Ｐａｎｓｅｇｒａｕ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｊ． Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．２３９：６２３−６３を参照）。この目的のための適当なプラスミド維持システムは、ＲＫ２のｐａｒＤＥオペロンによってコードされ、これは、安定な毒素および不安定な抗毒素をコードする。抗毒素は、直接的なタンパク質−タンパク質相互作用による毒素の致死的作用を抑制することができる。ｐａｒＤＥオペロンを内部に持つ発現ベクターで失う細胞では、不安定な抗毒素が速やかに奪われて、安定な毒素をもたらし、次に細胞死を起こす。ＲＫ２プラスミドの複製系は、ｔｒｆＡ遺伝子によってコードされ、これはＤＮＡ複製タンパク質をコードする。ＲＫ２プラスミドの分離系は、ｐａｒＣＢＡオペロンによってコードされ、これはＤＮＡ複製から生じるプラスミドマルチマーを分解するように機能するタンパク質をコードする。
対象となるベクターは、確立された様々な技術によって宿主細胞内に安定的または一時的に導入させることができる。例えば、１つの方法には塩化カルシウム処理を含まれ、発現ベクターはカルシウム沈殿よって導入される。他の塩、例えば、リン酸カルシウムは、同様の手順に従って使用することもできる。また、エレクトロポレーション（つまり、核酸に対して細胞の透過性を上昇させる電流の適用）を使用できる。他の形質転換方法としては、マイクロインジェクション、ＤＥＡＥデキストラン媒介の形質転換、および酢酸リチウムの存在下での熱ショックが挙げられる。脂質複合体、リポソーム、およびデンドリマーを用いて、宿主微生物にトランスフェクトすることもできる。
形質転換時、様々な方法を実施して、対象となるベクターが導入された宿主細胞を同定することができる。１つの例示的な選択方法には、個々の細胞を継代培養して個々のコロニーを形成させて、続いて、所望の遺伝子産物の発現について試験することが含まれる。別の方法では、発現ベクター内に含まれる選択マーカー遺伝子の発現によって与えられる表現型特性に基づいて形質転換した宿主細胞を選択することを伴う。当業者は、当技術分野において利用可能なこれら、もしくは他の方法を使用して遺伝子組み換え宿主細胞を同定できる。
宿主細胞内への本発明の様々の経路配列の導入は、ＰＣＲ、サザンブロット、またはノーザンブロットハイブリダイゼーションなどの方法によって確認できる。例えば、核酸は結果として得られる宿主細胞から調製でき、対象となる特定の配列を対象となる配列に特異的なプライマーを使用したＰＣＲによって増幅させることができる。増幅産物は、アガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、またはキャピラリー電気泳動法、続いて、エチジウムブロミド、ＳＹＢＲグリーン液または同種のものによる染色、もしくはＵＶ検出によるＤＮＡ検出の対象となる。あるいは、対象となる配列に特異的な核酸プローブをハイブリダイゼーション反応に用いることができる。特定の遺伝子配列の発現は、逆転写ＰＣＲ、ノーザンブロットハイブリダイゼーションによって対応するｍＲＮＡを検出すること、もしくはコードされる遺伝子産物に反応性のある抗体を使用した免疫測定法によって確かめることができる。例示的な免疫測定法としては、限定はされないが、ＥＬＩＳＡ、放射性免疫測定法、およびサンドイッチ免疫測定法が挙げられる。
所与の経路酵素群の酵素活性は、当技術分野において公知の様々な方法によって分析できる。一般的に、酵素活性は、産物の形成、もしくは研究中の酵素反応における基質の変換によって確かめることができる。反応はインビトロまたはインビボで起こりうる。
例えば、細胞内におけるＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素およびＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素の相対活性は、細胞内でのＨＭＧ−ＣｏＡの定常状態レベルによって測定できる。ＨＭＧ−ＣｏＡは、トリクロロ酢酸（ＴＣＡ）によって抽出でき、液体クロマトグラフィー／質量分析法による抽出物質の分析がそれに続く。メバロン酸キナーゼの活性は、メバロン酸５−リン酸の形成によって実証できる。メバロン酸キナーゼおよびＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素の相対活性は、メバロン酸の定常状態レベルによって測定でき、これはガスクロマトグラフィー／質量分析法によって決定できる。例えば、国際公開広報第０５０３３２８７号を参照すること。この全体を引用例として本明細書に組み入れる。
本明細書で開示する１またはそれ以上の代謝経路を介したイソプレノイドの収量は、中間生成物を生産的階段からイソプレノイド産物の形成へ迂回させる抑制反応よって増大させることができる。非生産的反応の抑制は、１またはそれ以上の非生産的反応に関与する酵素の発現および／または活性を低減させることによって達成できる。このような反応には、イソプレノイド産生の全収量に影響を与えるレベルで、脂肪酸生合成、アラニン生合成、アスパラギン酸超経路（ｓｕｐｅｒｐａｔｈｗａｙ）、グルコース新成、ヘム生合成、および／またはグルタミン酸生合成に導くＴＣＡ回路の副反応が含まれる。さらに、ホスホトランスアセチラーゼの作用を介したアセチル‐ＣｏＡの酢酸への変換は、非生産的副反応の別の例である。そのために、望ましい場合、ホスホトランスアセチラーゼをコードするｐｔａ遺伝子を「ノックアウト」または「ノックダウン」させて、イソプレノイド産生での収量を増やすこともできる。対象となる特定のイソプレノイドに応じて、当業者は、追加の非生産的階段を標的にすることを選択できる。例えば、カロテノイドが選択されるイソプレノイドである場合、ｇｄｈＡ、ａｃｅＥ、ｆｄｈＦ、ｙｊｉＤ、ｈｎｒ ｏｒ ｙｊｆＰ、ａｃｋＡ、ａｐｐＹ、ａｓｐＣ、ｃｌｐ、ｃｌｐＰ、ｃｌｐＸＰ、ｃｒｃＢ、ｃｓｄＡ、ｃｙａＡ、ｅｖｇＳ、ｆｄｈＡ、ｆｄｈＤ、ｆｅｏＢ、ｆｕｍＡ、ｇｌｎＥ、ｇｂｃＲ、ｇｎｔＫ、ｈｙｃｌ、ｈｐＢ、ｌｙｓＵ、ｍｏｄＡ、ｍｏｅＡ、ｎａｄＡ、ｎｕｏＣ、ｎｕｏＫ、ｐｆｌＢ、ｐｉｔＡ、ｐｓｔ、ｐｓｔＣ、ｐｔａ、ｐ−ｙｊｉＤ、ｓｏｈＡ、ｓｔｐＡ、ｙａｇＲ、ｙａｉＤ、ｙｂａＳ、ｙｃｆＺ、ｙｄｅＮ、ｙｅｂＢ、ｙｅｄＮ、ｙｆｃＣ、ｙｇｉＰ、ｙｉｂＤ、ｙｊｆＰ、ｙｊｈＨ、またはｙｌｉＥからなる群より選択される１またはそれ以上の遺伝子、もしくは他の任意の遺伝子の単独または組み合わせを「ノックアウト」または「ノックダウン」することを選ぶこともでき、米国特許出願第２００６０１２１５５８号に記載の通り、この抑制は高収量のカロテノイドをもたらし、全体を引用例として本明細書に組み入れる。
対象となる遺伝子をノックアウトまたはノックダウンするために様々な方法を利用できる。例えば、欠失、突然変異、および／または遺伝子再配列によって遺伝子発現を低減させることができる。これは、アンチセンスＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、リボザイム、３本鎖ＤＮＡ、および転写および／または翻訳の阻害因子の使用によって実施することもできる。また、トランスポゾンを用いて遺伝子発現を破壊することができ、これは、例えば、プロモーターとコード領域の間、もしくは、隣接する２つの遺伝子の間にそれを挿入して、一方または両方の遺伝子を不活化させることによる。
イソプレノイド化合物の高収量
本発明は、単独または組み合わせでの、少なくとも１つの異種調節因子の制御下または発酵条件下にあるイソペンテニルピロリン酸経路酵素群の使用による、イソプレノイドのロバスト産生のための組成物および方法を提供する。
一局面では、イソプレノイドを産生する方法には（ａ）経路酵素群のすべてが少なくとも１つの異種転写制御因子の制御下にあるソペンテニルピロリン酸を作るための酵素経路を含む複数の宿主細胞を得ること；ならびに、（ｂ）宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる条件と比較して準最適な条件下の培地において宿主細胞を培養する段階が含まれる。一部の態様では、経路はメバロン酸経路である。他の態様では、経路はＤＸＰ経路である。他の態様では、少なくとも１つの異種転写性制御配列は誘導性である。他の態様では、経路酵素群は単一の転写調節因子の制御下にある。
他の態様では、経路酵素群は複数の異種転写調節因子の制御下にある。
一部の態様では、経路には内因性メバロン酸経路を有する原核生物のメバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列が含まれる。適当な原核生物の例としては、限定はされないが、アクチノプラネス属、アーキオグロバス属、デロビブリオ属、ボレリア属；クロロフレクサス属、エンテロコッカス属、ラクトバシラス属、リステリア属、オーシャンバチルス属；パラコッカス属；シュードモナス属、スタフィロコッカス属；ストレプトコッカス属、スレプトミセス属、サーモプラズマ属；およびビブリオ属のものが挙げられる。特定の菌株の例としては、限定はされないが、アルカエグロブス・フルギダス； ブデロビブリオ・バクテノボラス（Ｂｄｅｌｌｏｖｉｂｒｉｏ ｂａｃｔｅｎｏｖｏｒｕｓ）；ボレリア・バーグドルフェリー； クロロフレクサス・オウランチアカス；エンテロコッカス・フェカリス；エンテロコッカス・フェシウム；ラクトバシラス・ジョンソン（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｊｏｈｎｓｏｎｎ）；ラクトバチルス・プランタラム；ラクトコッカス・ラクチス、リステリア・イノキュア；リステリア・モノサイトジェネス；オーシャンバチルス・イヘヤエンシス、パラコッカス・ゼアキサンチニファシエンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｚｅａｘａｎｔｈｉｎｉｆａｃｉｅｎｓ）；シュードモナス・メバロニ；黄色ブドウ球菌；スタフィロコッカス・エピデルミディス；スタフィロコッカス・ヘモリチカス；ストレプトコッカス・アガラクチアエ；ストレプトミセス・グリセオロスポロ（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｇｎｓｅｏｌｏｓｐｏｒｅｕｓ）；ストレプトコッカス・ミュータンス；ストレプトコッカス・ニューモニエ、ストレプトコッカス・ピオゲネス；サーモプラズマ・アシッドフィラム、サーモプラズマ・ボルカニウム、ビブリオ・コレラ；腸炎ビブリオ、およびビブリオ・バルニフィカスが挙げられる。
別の態様では、メバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列は、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、およびメバロン酸キナーゼから選択される。別の態様では、メバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列は、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、およびメバロン酸キナーゼから選択され、そしてエンテロコッカス属またはシュードモナス属またはブドウ球菌属に属する原核生物から得られる。別の態様では、メバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列は、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、およびメバロン酸キナーゼから選択され、そしてエンテロコッカス・フェカリスまたは黄色ブドウ球菌から得られる。
別の態様では、メバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列は、クラスＩＩＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素である。ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、一般的に、配列相同性および／または酵素特性に基づいて識別可能な２つのクラスに分類される（例えば、Ｈｅｄｌ， ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ， １９２７−１９３２， ２００４およびＢｏｃｈａｒ， ｅｔ ａｌ．， Ｍｏｌｅｃ．Ｇｅｎｅｔ．Ｍｅｔａｂ， ６６， １２２−１２７， １９９９を参照）。
クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、一部分において、限定はされないが、アトルバスタチン、セリバスタチン、フルバスタチン、ロバスタチン、プラバスタチン、シンバスタチンなどのスタチンに対する低感受性によって特性付けることができ、クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、約１ μＭ、１０ μＭ、または１００ μＭ以上のスタチン阻害定数を示す。他の態様では、クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、少なくとも約１０、１００、１，０００、または１０，０００の因数によって、クラスＩ ＨＭＧ−ＣｏＡのそれよりも大きいロバスタチンに対する阻害定数を有する。他の態様では、クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、少なくとも約１０、１００、１，０００、または１０，０００の因数によって、ホモサイエンスから単離されたクラスＩ ＨＭＧ−ＣｏＡのそれよりも大きいロバスタチンに対する阻害定数を有する。他の態様では、クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は原核生物から得られる。他の態様では、クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は古細菌から得られる。
原型クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素は、シュードモナス・メバロニから得られる。Ｐ． メバロニのＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素と比較して、少なくとも約３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、８０％、９０％、または９５％の同一性を示す変異型クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素も本発明に含まれる。ホモ・サピエンスのＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素と約４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、またはそれ以下の同一性を有する変異体がさらに本発明に含まれる。Ｂｏｃｈａｒ， ｅｔ ａｌ．， Ｍｏｌｅｃ．Ｇｅｎｅｔ．Ｍｅｔａｂ．， ６６， １２２−１２７， １９９９．に記載の方法によって、アミノ酸配列の同一性を決定できる。
クラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素の例としては、限定はされないが、アルカエグロブス・フルギダス（ＮＣ＿０００９１７）、ブデロビブリオ・バクテノボラス（ＢＸ８４２６５０）；ボレリア・バーグドルフェリー（ＡＥ００１１６９）；クロロフレクサス・オウランチアカス（ＡＪ２９９２１２）；エンテロコッカス・フェカリス（ＡＡＯ８１１５５）；エンテロコッカス・フェシウム（ＡＦ２９００９４）；ラクトバシラス・ジョンソン（ＡＥ０１７２０４）；ラクトバチルス・プランタラム；ラクトコッカス・ラクチス （ＡＥ００６３８７）；リステリア・イノキュア（ＣＡＣ９６０５３）；リステリア・モノサイトジェネス（ＡＥ０１７３２４）；オーシャンバチルス・イヘヤエンシス（ＮＣ＿０００９１７）、パラコッカス・ゼアキサンチニファシエンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｚｅａｘａｎｔｈｉｎｉｆａｃｉｅｎｓ） （ＡＪ４３１６９６）；シュードモナス・メバロニ（Ｍ２４０１５）；黄色ブドウ球菌（ＡＦ２９００８６）；スタフィロコッカス・エピデルミディス（ＡＦ２９００９０）；スタフィロコッカス・ヘモリチカス （ＡＦ２９００８８）；ストレプトコッカス・アガラクチアエ（ＣＡＤ４７０４６）；ストレプトミセス・グリセオロスポロ（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｇｎｓｅｏｌｏｓｐｏｒｅｕｓ）（ＡＢ０３７９０７）；ストレプトコッカス・ミュータンス（ＡＡＮ５８６４７）；ストレプトコッカス・ニューモニエ（ＡＦ２９００９８）；ストレプトコッカス・ピオゲネス（ＡＦ２９００９６）；サーモプラズマ・アシッドフィラム（ＣＡＣｌ １５４８）、サーモプラズマ・ボルカニウム（ＡＬ９３５２５３）；ビブリオ・コレラ （ＡＡＦ９６６２２）； 腸炎ビブリオ（ＢＡＣ６２３１１）； およびビブリオ・バルニフィカス（ＡＡＯ０７０９０）のＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素が挙げられる。
本明細書に記載の発酵方法は、宿主細胞の比増殖速度を調節することに関連する。
パラメーターμで表わされることが多く、比増殖速度は、単位時間当たりの生物量単位当たりでの細胞の増殖速度を表わす。比増殖速度は、時間の逆数（１／ｔ）の単位を有する。培養液中での細胞の最大比増殖速度は、増殖速度に及ぼす基質濃度の効果に関連する。一般的に、細胞は低濃度の基質ではゆっくりと増殖して、そして培地中の基質濃度が高まるにつれて、細胞増殖速度も高まる。しかし、細胞増殖速度は無制限に上昇し続けるわけではなく、高濃度の基質では、基質量の所与の増加によって細胞増殖速度の上昇は徐々に小さくなる。そのために、増殖速度は最終的には限界に達して、そしてそれはしばしば最大比増殖速度と呼ばれる。培養中の増殖速度との関係の理論的な取り扱いは当業者には周知であり、モノー式と呼ばれる。例えば、Ｐｉｒｔ， Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｅ ａｎｄ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ， Ｗｉｌｅｙ， ＮＹ， １９７５， ｐａｇｅｓ ４−１０．を参照すること。この理論的な取り扱いでは、最大比増殖速度は、無限濃度に基質が達するまでは、決して達することのない漸近限界である。実際は、しかし、最大比増殖速度は、研究中の条件（例えば、基質濃度または温度）が最高初期増殖速度を維持する場合に得られると考えられることができる。例えば、フェドバッチ・リアクター（ｆｅｄ−ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ）内では、栄養分が過剰に供給される初期条件は、最大増殖速度の条件として取り扱われる。例えば、Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ． （１９９６） Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１４： ９８−１０５およびＫｏｒｚ ｅｔ ａｌ． （１９９５） Ｊ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３９ ５９−６５を参照すること。基質を添加して最大比増殖速度を維持する条件は、無制限増殖と呼ばれることもある。また、Ｍｏｎｏｄ式は、多くの基質において、より多くの基質が添加されるにつれて接近する値というよりはむしろ、漸近的に最大比増殖速度に接近する基質の理論的速度特性について記載しており、最高速度が得られた後、速度の低下がより高濃度の基質で見られ、つまり、最大比増殖速度が得られて、増殖速度の低下が続く。
最大比増殖速度は、温度および基質についても適用できる。一般的に、生物が低温ではゆっくりと増殖し、そして、温度がある点まで上昇するににつれてより速い速度で増殖し、その後、増殖速度は低下する。増殖速度が最高レベルになる温度が存在し、これは最高増殖速度が得られる温度である。我々は、イソプレノイドの産生は、温度を、最大比増殖速度を支持する温度未満まで下げることによって、増加させることができることを見出した。
最大比増殖速度は、基質以外に、発酵の他の添加物についても適用できる。例えば、栄養分、ビタミン、およびミネラルについて、少量のこれらの成分では低速度であるが、成分の濃度が上昇するにつれて速度が高まり、次に、場合によっては、より高い濃度の成分でさえ、その速度は低下する。最大比増殖速度は、成分の濃度が最高速度を支持する場合に得られる。
培地中の細胞の最大比増殖速度は、増殖速度の減速に寄与する最終産物または中間体、細胞密集、もしくは他の要素による抑制前に、発酵の初期段階で判定する場合が多い。例えば、最大増殖速度は、遅滞期、減速期、または静止期においてよりむしろ増殖の対数期に判定する場合が多い。最大増殖速度の概念は、適当な変数を考慮に入れることで、発酵の後期段階に適用することもできる。
したがって、一部の態様では、宿主細胞は、増殖が最大比増殖速度の約９０％未満になるような条件下で培養する。他の態様では、宿主細胞は、増殖が最大比増殖速度の約８０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１０％、５％、または１％、もしくはそれ以下になるような条件下で培養する。
他の態様では、宿主細胞は、最大比増殖速度を提供しうる温度よりも少なくとも約２℃、４℃、５℃、６℃、８℃、１０℃、１５℃、または２０℃低い培地温度で培養する。温度を下げることで、増殖は低下し、これは次に、培地中の有毒な副産物の形成および代謝熱の発生を減らす。培養温度を下げることで、より高い細胞密度を得ることを可能にする細胞の酸素要求量も減少する。
宿主細胞の最大比増殖速度を得ることができる温度は、選択した宿主細胞の種類によって決まる。これは、関連する増殖曲線を得るための定められた時間にわたり、様々な温度で宿主細胞を培養することによって確かめることができる。最大比増殖速度を支持する温度は、各曲線における増殖の斜きを比較することによって決定することができる。大腸菌の場合、最大比増殖速度の温度は約３７℃である。
したがって、大腸菌がイソプレノイドの発酵産生に使用する宿主細胞である場合、発酵温度は３７℃未満である。Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを用いる場合、最大比増殖速度のための温度は約３０℃である。
したがって、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅがイソプレノイドの発酵産生に使用する宿主細胞である場合、発酵温度は３０℃未満である。
典型的に、所望の温度は、宿主細胞の最大比増殖速度が得られる温度よりも約２℃、４℃、５℃、６℃、８℃、１０℃、１５℃、および２０℃低い。
他の態様では、宿主細胞は、最大比増殖速度を提供しうる量未満で存在する炭素源を含む発酵培地中で培養する。特定の態様では、宿主細胞は、炭素源が最大比増殖速度の９０％、８０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１０％、５％、１％、またはそれ以下を提供する濃度に維持された培地中で培養する。微生物によって消化可能な炭素を含む任意の材料を使用できる。例としては、限定はされないが、単糖類、オリゴ糖、および多糖類などの糖、酢酸、プロピオン酸などの有機酸、ならびに、エタノールおよびプロパノールなどのアルコール、ならびに、グリセロールなどのポリオールが挙げられる。
一部の態様では、炭素源には主に単糖類またはオリゴ糖が含まれる。他の態様では、炭素源は本質的に単糖類および二糖類からなる。さらに他の態様では、炭素源には本質的にセルロースが含まれない。
単糖類は、糖の構成要素としての役割を果たす単糖である。それらは炭素（Ｃ）原子のそれらの骨格に基づいて分類される：三炭糖が３個の炭素原子を持ち、四炭糖が４個、五炭糖が５個、六炭糖が６個、および七炭糖が７個を持つ。炭素原子は水素原子（−Ｈ）、水酸基（−ＯＨ）、およびカルボニル群（−Ｃ＝Ｏ）に結合し、その組み合わせ、順番、および配置によって多数の立体異性体の存在が可能になる。五炭糖としては、木質物質に見出されるキシロース、針葉樹のゴム中に見出されるアラビノース、リボース、ＲＮＡの成分、および数種のビタミン、ならびに、デオキシリボース、ＤＮＡの成分が挙げられる。例示的な六炭糖としては、グルコース、ガラクトース、およびフルクトースが挙げられる。単糖類は、互いに、および他の基と結合して、多様な二糖類および少糖類を形成する。少糖は、少数の単糖（典型的に、３から１０個）を含むサッカライド重合体である。それらは、一般的に、タンパク質または脂質部分中の適合するアミノ酸側鎖にＯ−またはＮ−結合していることが見出される。本発明の発酵反応における使用のための好適なオリゴ糖は、例えば、ショ糖などの二糖類、またはラフィノースのような三糖類が挙げられる。
それには、最終的な炭素源として、セルロース、グリカン、デンプン、または他の多糖類を有することが望ましい場合、これらの多糖類は最初に化学的手段によって、もしくは酵素法によって単糖類および少糖類に変換させることができる。例えば、セルロースは、酵素セルラーゼによってグルコースに変換させることができる。したがって、生物資源に見出されるセルロースなどの多糖類（例えば、アブラナ、アルファルファ、イネ、ライ麦、モロコシ、ヒマワリ、小麦、大豆、タバコ、ジャガイモ、ピーナッツ、綿の、甘いジャガイモ、キャッサバ、コーヒー、ココナツ、柑橘類が木に追い上げる、カカオ、チャ、バナナ、イチジク、パイナップル、グアバ、マンゴーなどの果実、カラスムギ、オオムギ、野菜、観賞植物、または針葉樹）を最終的な炭素源として使用する場合、それはセルラーゼによって消化され、本発明の発酵手順に関連して使用するためのより単純な糖類を作成する。特定の態様では、多糖体の分解後、単糖類および／またはオリゴ糖類は発酵開始時に測定した炭素源の少なくとも約５０重量％を構成する。他の態様では、単糖類および／またはオリゴ糖類は発酵開始時に測定した炭素源の少なくとも約８０重量％または、さらには、９０％を構成しており、発酵培地には本質的にセルロースが含まれない。
他の態様では、宿主細胞は、最大比増殖速度を提供しうる量未満で存在する窒素源を含む発酵培地中で培養する。特定の理論に拘束されないが、細胞が利用可能な窒素のなどの成分の濃度を変えることによって細胞内の様々な化学経路を通じて相対的流動を変えることができることが知られている。我々は、微生物が入手可能な窒素の濃度を制限することによって、微生物によって産生されるアモルファジエンなどのイソプレノイドの量が増えることを見出した。本発明の窒素の例示的な濃度としては、最大比増殖速度の９０％、８０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１０％、５％、１％、またはそれ以下を維持する量が挙げられる。
窒素の制限は、数段階において実施することができる。一部の態様では、アンモニアの状態の窒素は、初期増殖を支持するための発酵の開始時に提供するが、しかし、続く発酵への添加物には窒素が含まれないか、もしくはアンモニア溶液で発酵のｐＨを７に維持するために必要なアンモニア濃度の窒素保存が存在しない。大量発酵では、窒素の濃度は、最大比増殖速度を支持しうる量未満の濃度に維持する。含量は、例えば、最大比増殖速度の少なくとも約９０％、８０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１０％、５％、または１％、またはそれ以下を支持しうる量でよい。本発明の発酵は、発酵培地中で測定した初期の窒素濃度は１０ ｍＭ以上、初期増殖を維持するために、その後の窒素濃度は、発酵培地中で約５０ ｍＭ、４０ ｍＭ、３０ ｍＭ、２０ ｍＭ、１０ ｍＭ、または４ ｍＭ未満を有することができる。
適当な発酵反応混合物中に使用できる同化可能な窒素の材料としては、限定はされないが、単一窒素源、有機窒素源、および複合窒素源が挙げられる。このような窒素源としては、無水アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、動物、植物、および／または微生物の他の窒素含有化合物および物質などの無機酸または有機酸のアンモニウム塩が挙げられる。ロイシン、イソロイシン、またはバリン、もしくはこれらの混合物などのアミノ酸も窒素源として使用できる。
発酵反応に基質を提供するための公知の任意の方法を使用して、基質濃度を最大比増殖速度を提供しうる濃度未満に維持することができる。具体例としては、発酵のためのすべての基質を発酵反応の開始時に添加するバッチ法；連続供給法；および、培地中の細胞濃度の増加を支持するために、例えば、発酵が進行するにつれて増加量の基質を提供する、変動供給速度法が挙げられる。これらの３つの方法の組み合わせを用いる場合が多い。例えば、発酵において初期に存在する特定量の基質を有し、微生物がこの初期量の基質を枯渇させ、次に、続いて、連続的に、もしくは初期量の基質が利用された後に可変的に添加することが一般的である。発酵において初期量の基質を提供し、これは、比較的高濃度で存在し、宿主細胞が初期の基質を使い果たすことを可能にして、次に、連続的または可変的な供給速度で最大増殖速度を支持しうる量と比較して、準最適な濃度で宿主細胞に基質を提供することは、本発明の一局面である。細胞が対数速度で増殖しうるため、宿主細胞の濃度に対して基質を一定に保つために、対数速度で供給速度を変動させることは有利になりうることを、当業者は理解する。このように、特定の態様では、基質を対数増加の様式で添加するが、その濃度は最大比増殖速度を提供しうる濃度よりも低い。
一部の態様では、発酵反応では、最大比増殖速度を提供しうる炭素供給と比較して、炭素源の供給を減らして与えている。特定の理論に拘束されないが、細胞が利用可能な栄養分の濃度を変えることで、細胞内の様々な化学経路を通じて相対的な流動が変化する。例えば、一部の酵素は誘導性であり、特定の栄養分が存在する時にのみ活性である。我々は、微生物への炭素源の供給速度を下げることによって、発酵中に産生されるイソプレノイドの量を改善できることを観察した。実際に、炭素源は、このような初期の炭素源が実質的に枯渇するまで、宿主細胞の初期増殖を支持するために十分な量で初期に提供して、その後、炭素源を対数速度で添加するが、しかし、その速度は、宿主細胞の最大比増殖速度を支持しうる速度未満である。例えば、本発明の方法では、炭素源は、最大比増殖速度の約９０％、８０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％またはそれ未満を支持しうる量で添加する。
他の態様では、発酵反応には、最大比増殖速度で（無制限増殖）、もしくは、その近くで増殖するために十分な初期のボーラス炭素源を与えて、その後、残りの発酵では、最大比増殖速度を支持するために必要な速度未満の濃度で供給速度を減速させる。場合によっては、炭素源の供給速度の低下を施す点は、事前に決定した供給速度が得られる点である。特定の態様では、微生物には、約１５ ｇ／Ｌ／ｈｒの供給速度まで、対数増殖させるために十分な炭素源を提供して、その後、供給速度を５．７ ｇ／Ｌ／ｈｒに下げて、残りの発酵ではその速度で一定に保つ。
特定の態様では、異種メバロン酸またはＤＸＰ経路酵素群の１つまたはそれ以上は誘導性であり、炭素源の供給速度を最大比増殖速度に必要な速度未満に下げた後に誘導させる。例えば、遺伝子組み換え微生物が誘導プロモーターを有する場合、発酵はまず炭素源を添加することによって実行して、対数増殖を得るが、しかし、この濃度は最大比増殖を支持する濃度未満であり、炭素源の供給は残りの発酵においてさらに低い濃度に低下させて、そして炭素源の供給速度後に添加する誘導因子を低減させる。一部の態様では、微生物は、低減させた炭素源供給を開始した後にイソプロピル−チオ−β−Ｄ−ガラクトシド（ＩＰＴＧ）で誘導させる。
他の態様では、発酵反応は、細胞増殖速度を低減させる有毒物質の蓄積を回避するように実施する。例えば、過剰のグルコースを培地に添加した場合、酢酸などの有毒産物が生物内に蓄積しうる。例えば、Ｋｏｒｔｚ ｅｔ ａｌ （１９９５） Ｊ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ ３９ ５９−６５を参照すること。このように、最大増殖速度（無制限増殖）を支持しうる量で、もしくはその近くで、高濃度の炭素源を回避することで、細胞の初期増殖は高まるが、しかし、増殖は有毒物質の蓄積のために停止する。有毒産物が蓄積しない濃度未満で添加する炭素源の濃度は、臨海値または抑制閾値と呼ぶ。このように、特定の態様では、発酵反応は、炭素源を有毒物質の蓄積する閾値未満に維持するように実施する。当業者は、物質の臨界濃度が、株および使用する培地に応じて変動することを理解する。
効果的な発酵反応の混合物には、無機塩、ビタミン、微量金属、または増殖プロモーターなどの他の化合物が含まれうる。このような他の化合物は、効果的な反応混合物中の炭素源、窒素源、またはミネラル源にも存在することができ、もしくは、特別に反応混合物に添加することができる。本発明の一態様には、イソプレノイド産生を増加させるために、宿主細胞の最大増殖速度を支持しうる濃度と比較して、準最適な濃度で、これらの化合物を提供することが含まれる。
発酵反応の混合物には適当なリン酸源も含まれうる。このようなリン酸源としては、無機リン酸源および有機リン酸のいずれも挙げられる。リン酸源の例としては、限定はされないが、一塩基性ナトリウムまたは二塩基性ナトリウムおよびリン酸カリウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸、ならびにこれらの混合物などのリン酸塩が挙げられる。適当な発酵反応の混合物にはマグネシウム源も含まれうる。一部の態様では、マグネシウムは、硫酸マグネシウム七水化物などの生理学的に許容可能な塩の状態であるが、同程度の量のマグネシウムに寄与する濃度の他のマグネシウム源を使用できる。さらに、一部の例では、発酵中に発酵反応の混合物からマグネシウム源を枯渇させることが望まれうる。一部の態様では、リン源は、最大比増殖速度を支持しうる量と比較して、準最適な量で提供する。
発酵反応の混合物には、クエン酸三ナトリウムの二水和物およびエチレンジアミン四酢酸などの生物学的に許容可能なキレート剤が含まれてもよい。発酵反応の混合物は、発酵反応の混合物の所望のｐＨを維持するために最初に生物学的に許容可能な酸または塩基が含まれてもよい。生物学的に許容可能な酸としては、限定はされないが、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物が挙げられる。生物学的に許容可能な酸としては、限定はされないが、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、およびこれらの混合物が挙げられる。
発酵反応の混合物には、限定はされないが、塩化カルシウムなどの生物学的に許容可能なカルシウム源が含まれてもよい。発酵反応の混合物には、塩化ナトリウムが含まれてもよい。発酵反応の混合物には、微量金属が含まれてもよい。このような微量金属を、便宜上、発酵反応の混合物の残りとは別に調製可能なストック溶液として、発酵反応の混合物に添加できる。適当な微量金属溶液としては、限定はされないが、セレン酸ナトリウム、硫酸鉄、七水化物、硫酸銅、五水和物、硫酸亜鉛、七水化物、モリブデン酸ナトリウム、二水和物、塩化コバルト（ＩＩ）、セレンまたはクロム溶液、六水和物、および硫酸マンガン（ＩＩ）一水和物が挙げられる。塩酸をストック溶液に添加して、微量金属塩の溶解を保つことができる。
経路中間体または経路中間体に変換可能な化合物を発酵培地に添加する場合、中間体または化合物は典型的に超過量存在する。
発酵は、嫌気的（酸素欠乏）または好気的（有酸素）条件下で実施できる。好気的条件下では、微生物によって糖類をＣＯ２およびＨ２Ｏなどの最終産物に分解できる。嫌気的条件下では、宿主細胞は別経路を利用して、ＣＯ２およびエタノールを産生する。発酵を使用して、好気的代謝と嫌気的代謝の区別がない場合での増殖培地上での微生物の大量増殖を指すこともできる。一般的に、イソプレノイド産生のために好気培養を実施する。
本発明の発酵は、バッチ、フェドバッチ、または連続工程において実施できる。バッチ工程は、典型的に、閉鎖工程であり、すべての原材料を発酵の開始時に添加する。フェドバッチ工程は、典型的に、閉鎖工程であり、炭素源および／または他の基質を工程を通じて段階的に添加する。フェドバッチ工程によって、微生物の培地および増殖のより良い制御が可能になります。連続工程は、解放系と見なすことができ、培地を連続的に添加して、産物を同時に除去する。これらの種類間の工程を使用することもできる。例えば、一態様では、発酵をフェドバッチ工程として開始させて、ドデカンなどの有機層を発酵培地と接触させて静置させ、発酵工程を継続させる。イソプレノイドは、典型的に、水性発酵培地よりも有機培地中において溶解度が高く、発酵培地から有機層中に抽出させる。イソプレノイドを飽和点で過剰に産生させて、培地から分離可能な層を形成する場合、異なる層を排出または吸引させることによって簡単に分離を得ることができる。この工程は、フェドバッチ工程と連続工程のいずれの特徴も有しており、それは、培地からの産物の除去および発酵の進行のためである。フェドバッチ工程と連続工程によって、発酵工程中での発酵成分の添加の制御が可能になる。フェドバッチ、連続、もしくはこれらの工程の組み合わせが、通常、本発明を実施する際に好まれる。これらの工程によって、時間の関数として、供給物および他の発酵成分の添加速度のより良い制御が可能になる。発酵中の産物の除去は、特に、蓄積した産物が産生経路の抑制を招く場合に有益となりうる。
発酵１リットル当たりの微生物の量、もしくは微生物の密度は、所与の容積の発酵培地から分離される微生物の重量を測定することによって測定できる。一般的な手段は、発酵培地１リットル当たりの細胞の乾燥重量である。進行中の発酵をモニターするために使用できる別の方法は、培地の光学密度の測定による。一般的な方法は、波長６００ ｎｍで光学密度を測定することであり、ＯＤ６００、もしくはＯＤと呼ぶ。ＯＤは、特定の培地内での特定の種類の生物の密度に相互に関連するが、ＯＤと容積当たりの微生物の量の特定の関係は、一般的に、すべての種類の培地中のすべての種類の生物に適用可能というわけではない。検量線を、広範囲の細胞密度にわたりＯＤおよび乾燥細胞重量を測定することによって作ることができる。一部の場合では、これらの相互関係を同じ、または類似の培地中の同じ、または類似の微生物の異なる発酵において使用できる。
別の局面では、本発明は、（ｉ）（ａ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる温度よりも低い温度に保たれ；（ｂ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる量よりも少ない量存在する炭素源を含み；および／または、（ｃ）発酵培地が、宿主細胞の最大比増殖速度を提供しうる量よりも少ない量存在する窒素源を含むような条件下で発酵培地およびイソプレノイドを産生する複数の遺伝子組み換え宿主細胞を含む発酵反応を実施すること；（ｉｉ）（ａ）から（ｃ）に記載の１またはそれ以上の条件下で産生されたイソプレノイドを回収することの段階を含む方法を提供する。一態様では、発酵反応は条件（ａ）下で実行する。一態様では、発酵反応は条件（ａ）および（ｂ）下で実行する。さらに別の態様では、発酵反応は条件（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）、もしくはこれらの任意の他の組み合わせの下で実行する。
本明細書に記載の方法を使用して、宿主細胞は、発酵反応の混合物１リットル当たり約１０グラム以上のイソプレノイドを産生する（１０ ｇ／Ｌ）。他の態様では、約１５ ｇ／Ｌ以上、約２０ ｇ／Ｌ以上、約２５ ｇ／Ｌ以上が産生され、もしくは、約３０ ｇ／Ｌ以上のイソプレノイドが産生される。
別の態様では、宿主細胞は、乾燥宿主細胞１グラム当たり約５０ミリグラム以上のイソプレノイドを産生する（乾燥細胞重量１グラム当たり５０ミリグラム）。他の態様では、乾燥宿主細胞１グラム当たり約１００ミリグラム以上、乾燥宿主細胞１グラム当たり約１５０ミリグラム以上、乾燥宿主細胞１グラム当たり約２００ミリグラム以上、乾燥宿主細胞１グラム当たり約２５０ミリグラム以上、乾燥宿主細胞１グラム当たり約５００ミリグラム以上、乾燥宿主細胞１グラム当たり約７５０ミリグラム以上、または乾燥宿主細胞１グラム当たり約１，０００ミリグラム以上のイソプレノイドを産生させる。
他の態様では、産生濃度は、１リットル当たりのグラム数、もしくは乾燥細胞重量１グラム当たりミリグラム数を問わず、約１５０時間以内、好ましくは約９６時間以内、またはさらに約７２時間以内に得られる。
適当なイソプレノイドの例としては、限定はされないが、イソプレンなどの（１イソプレン単位から得られる）ヘミテルペン；ミルセンなどの（２イソプレン単位から得られる）モノテルペン；アモルファ−４，１１−ジエンなどの（３イソプレン単位から得られる）セスキテルペン；タキサジエンなどの（４イソプレン単位から得られる）ジテルペン；スクアレンなどの（６イソプレン単位から得られる）トリテルペン；β−カロテンなどの（８イソプレノイドから得られる）テトラテルペン；およびポリイソプレンなどの（８イソプレン単位以上から得られる）ポリテルペンが挙げられる。一部の態様では、イソプレノイドはカロテノイドではない。
他の態様では、イソプレノイドはＣ５−Ｃ２０イソプレノイドである。
本発明は、その特定の態様に関連して記載したが、上記は例証を目的としており、本発明の範囲を限定しない。本発明の範囲内における他の局面、利点、および改変は、本発明に関係する当業者には明らかである。
本発明の実施では、別途記載のない限り、生合成工業および同類のものにおける従来の技術を用いることができ、これらは当技術分野の範囲内である。このような技術が本明細書において十分に記載されない範囲については、科学文献においてそれらの豊富な参照を見ることができる。
以下の実施例では、使用する数字（例えば、量、温度など）に関して精度を保証する試みがなされており、しかし、ばらつきおよび偏差を受け入れることができ、そして、本明細書で報告する数字において誤記が存在する場合には、本発明に関係する当業者は本明細書の残りの開示から判断して正確な量を推測することができる。別途記載のない限り、温度はセ氏温度で報告しており、そして圧力は海面位での大気圧、またはその近くである。すべての試薬は、別途記載のない限り、市販のものである。以下の実施例は例証目的のみを意図しており、本発明の範囲を決して限定しない。
実施例１
この実施例では、オペロン内で構成されるサッカロミセス・セレヴィシエのＭＥＶ経路酵素群を含む酵素をコードする発現プラスミドを作るための方法を記載している。
発現プラスミドｐＭｅｖＴは、ＭｅｖＴオペロン（配列番号：１）を ｐＢＡＤ３３ベクター内に挿入することによって作成した。ＭｅｖＴオペロンは、遍在する前駆体アセチル‐ＣｏＡを（Ｒ）−メバロン酸に一緒に形質転換させる一連のＭＥＶ経路酵素群、つまり、アセトアセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、およびＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素をコードする。ＭｅｖＴオペロンは、大腸菌のゲノムＤＮＡから、ａｔｏＢ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＮＣ＿０００９１３， ＲＥＧＩＯＮ： ２３２４１３１．．２３２５３１５） （アセトアセチル‐ＣｏＡチオラーゼをコードする）のコード配列、サッカロミセス・セレヴィシエのゲノムＤＮＡからＥＲＧ１３遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｘ９６６１７， ＲＥＧＩＯＮ： ２２０．．１６９５） （ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素をコードする）のコード配列、ならびに、サッカロミセス・セレヴィシエのゲノムＤＮＡから、ＨＭＧ１遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｍ２２００２， ＲＥＧＩＯＮ： １６６０．．３１６５） （切断ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素（ｔＨＭＧＲ）をコードする）のコード配列の断片からのＰＣＲ増幅によって作成した。ＨＭＧ１遺伝子断片の増幅に使用した上流ＰＣＲプライマーには、人工の開始コドンが含まれた。増幅断片はオーバーラップ伸長（ＳＯＥｉｎｇ）を使用して継ぎ合わせ、この工程においてリボゾーム結合部位をａｔｏＢおよびＥＲＧ１３コード配列の後に導入した。３’Ａオーバーハングの付加後、ＭｅｖＴオペロンをＴＡクローニング・ベクターｐＣＲ４（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ， Ｃａｒｌｓｂａｄ， ＣＡ）内に連結させて、そして配列決定して、精度を保証した。ＭｅｖＴオペロンは、続いて、ベクターｐＢＡＤ３３（Ｇｕｚｍａｎ ｅｔ ａｌ． （１９９５） Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ １７７（１４）： ４１２１−４１３０）のＸｍａＩ ＰｓｔＩ制限酵素部位に連結させた。オペロンをＰＬａｃプロモーターの制御下に置くために、ｐＢＡＤ３３のａｒａＣ−ＰＢＡＤＮｓｉＩ−ＸｍａＩ断片をｐＢＢＲＩＭＣＳのＮｓｉＩ−ＸｍａＩ断片と置換させて、発現プラスミドｐＭｅｖＴをもたらした（米国特許第７，１９２，７５１号を参照）。
発現プラスミドｐＡＭ３６−ＭｅｖＴ６６を、ＭｅｖＴ６６オペロンをｐＡＭ３６ベクター内に挿入することによって作成した。ｐＡＭ３６ベクターは、ＡｓｃＩ−ＳｆｉＩ−ＡｓｉＳＩ−ＸｈｏＩ−ＰａｃＩ−ＦｓＩＩ−ＰｍｅＩ制限酵素部位を含むオリゴヌクレオチドカセットをｐＡＣＹＣ１８４ベクター（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＸＯ６４０３）内に挿入して、そしてｐＡＣＹＣ１８４内のｔｅｔ耐性遺伝子を除去することによって作成した。ＭｅｖＴ６６オペロンは、ヌクレオチド配列配列番号：１を使用して合成的に作成し、大腸菌（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＮＣ＿０００９１３， ＲＥＧＩＯＮ： ２３２４１３１．．２３２５３１５）のａｔｏＢ遺伝子、サッカロミセス・セレヴィシエのＥＲＧ１３遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｘ９６６１７， ＲＥＧＩＯＮ： ２２０．．１６９５）、およびサッカロミセス・セレヴィシエの切断型ＨＭＧ１遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｍ２２００２， ＲＥＧＩＯＮ： １７７７．．３２８５）が含まれ、３つすべての配列が大腸菌内での発現向けにコドン最適化されていた。合成的に作成したＭｅｖＴ６６オペロンは、５’ＥｃｏＲＩ制限酵素部位と３’Ｈｉｎｄ ＩＩＩ制限酵素部位に両側を挾まれ、そしてこれによって、標準的なｐＵＣまたはｐＡＣＹＣ由来ベクターなどのクローニング・ベクターの適合する制限酵素部位内にクローニング可能であった。このコンストラクトから、ＭｅｖＴ６６オペロンを隣接するＳｆｉＩおよびＡｓｉＳＩ制限酵素によってＰＣＲ増幅させ、増幅させたＤＮＡ断片をＳｆｉＩおよびＡｓｉＳＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約４．２ ｋｂのＤＮＡ断片を、Ｑｉａｇｅｎゲル精製キット（Ｖａｌｅｎｃｉａ， ＣＡ）を使用してゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ３６ベクターのＳｆｉＩ ＡｓｉＳＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ３６−ＭｅｖＴ６６をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ２５は、ＭｅｖＴ６６オペロンをｐＡＭ２９ベクター内に挿入することによって作成した。ベクターｐＡＭ２９は、ｐＺＳ２４−ＭＣＳ１（Ｌｕｔｚ ａｎｄ Ｂｕｊａｒｄ （１９９７） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２５ １２０３−１２１０）のｐ１５Ａ複製起点およびカナマイシン耐性遺伝子を、オリゴヌクレオチド作成ｌａｃＵＶ５プロモーターと組み立てることによって作った。ＭｅｖＴ６６オペロンを含むＤＮＡ合成コンストラクト（上記）を、ＥｃｏＲＩおよびＨｉｎｄ ＩＩＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、４．２ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ２９ベクターのＥｃｏＲＩ ＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ２５をもたらした。
発現プラスミドｐＭｅｖＢ−Ｃｍは、ＭｅｖＢオペロンをｐＢＢＲ１ＭＣＳ−１ベクター内に挿入することによって作成した。ＭｅｖＢオペロンは、（Ｒ）−メバロン酸をＩＰＰに一緒に変換する一連の酵素群、つまり、メバロン酸キナーゼ、ホスホメバロン酸キナーゼ、およびメバロン酸ピロリン酸カルボキシラーゼをコードする。ＭｅｖＢオペロンは、サッカロミセス・セレヴィシエのゲノムＤＮＡから、ＥＲＧ１２遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｘ５５８７５， ＲＥＧＩＯＮ： ５８０．．１９１１） （メバロン酸キナーゼをコードする）、ＥＲＧ８遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｚ４９９３９， ＲＥＧＩＯＮ： ３３６３．．４７１８） （ホスホメバロン酸キナーゼをコードする）、および、ＭＶＤ１遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋ アクセッション番号 Ｘ９７５５７， ＲＥＧＩＯＮ： ５４４．．１７３４） （メバロン酸ピロリン酸カルボキシラーゼをコードする）のコード配列の断片からのＰＣＲ増幅、ならびに、オーバーラップ伸長（ＳＯＥｉｎｇ）を使用して継ぎ合わせることによって作成した。適当なプライマー配列を選択することによって、ＥＲＧ１２およびＥＲＧ８の終止コドンを増幅中にＴＡＡからＴＡＧに変えることで、リボゾーム結合部位を導入した。３’Ａオーバーハングの付加後、ＭｅｖＢオペロンをＴＡクローニング・ベクターｐＣＲ４（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ， Ｃａｒｌｓｂａｄ， ＣＡ）内に連結させて、そして配列決定して、精度を保証した。ＭｅｖＢオペロンは、クローニング・コンストラクトをＰｓｔＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物はゲル電気泳動によって分離させ、４．２ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出して、そして単離したＤＮＡ断片をｐＢＢＲ１ＭＣＳ−１ベクター（Ｋｏｖａｃｈ ｅｔ ａｌ．， Ｇｅｎｅ １６６（１） １７５−１７６ （１９９５））のＰｓｔＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＭｅｖＢ−Ｃｍをもたらした。
発現プラスミドｐＭＢＩを、ＭＢＩオペロンをｐＢＢＲ１ＭＣＳ−３ベクター内に挿入することによって作成した。ＭＢＩオペロンは、ＭｅｖＢオペロンと同じ酵素、ならびに、ＩＰＰのＤＭＡＰＰへの変換を触媒するイソペンテニルピロホスファターゼ異性化酵素をコードする。ＭＢＩオペロンは、大腸菌のゲノムＤＮＡから、５’末端にＸｍａＩ制限酵素部位を含むプライマーを使用してｉｄｉ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ １１９７１５）のコード配列をＰＣＲ増幅させて、増幅させたＤＮＡ断片を、ＸｍａＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、０．５ ｋｂの断片をゲル抽出して、そして単離したＤＮＡ断片を発現プラスミドｐＭｅｖＢ−ＣｍベクターのＸｍａＩ制限酵素部位に連結させて、これによってＭｅｖＢオペロンの３’末端にｉｄｉを置くことで作成した。ＭＢＩオペロンは、ｐＢＢＲ１ＭＣＳ−３ベクター（Ｋｏｖａｃｈ ｅｔ ａｌ．， Ｇｅｎｅ １６６（１） １７５−１７６ （１９９５））のＳａｌＩおよびＳａｃＩ制限酵素部位にサブクローニングさせて、発現プラスミドｐＭＢＩ（米国特許第７，１９２，７５１号を参照）をもたらした。
発現プラスミドｐＭＢＩＳは、ｉｓｐＡ遺伝子をｐＭＢＩ内に挿入することによって作成した。ｉｓｐＡ遺伝子は、２分子のＩＰＰと１分子のＤＭＡＰＰとの縮合を触媒して、ファルネシルピロリン酸（ＦＰＰ）を作るファルネシルピロリン酸合成酵素をコードする。ｉｓｐＡ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｄ００６９４， ＲＥＧＩＯＮ： ４８４．．１３８３）のコード配列は、ＳａｃＩＩ制限酵素部位を伴うフォワード・プライマーおよびＳａｃＩ制限酵素部位を伴うリバース・プライマーを使用して大腸菌のゲノムＤＮＡからＰＣＲ増幅された。増幅させたＰＣＲ産物をＳａｃＩＩおよびＳａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、０．９ ｋｂの断片をゲル抽出した。単離したＤＮＡ断片をｐＭＢＩのＳａｃＩＩ ＳａｃＩ制限酵素部位に連結させて、これによってＭｅｖＢオペロンの３’末端にｉｓｐＡ遺伝子を置き、発現プラスミドｐＭＢＩＳをもたらした（米国特許第７，１９２，７５１号）。
発現プラスミドｐＭＢＩＳ−ｇｐｐｓは、ｉｓｐＡコード配列を、ゲラニル二リン酸合成酵素（“ｇｐｐｓ”）をコードするヌクレオチド配列と置換することによって発現プラスミドｐＭＢＩＳから得た。ゲラニル二リン酸合成酵素をコードするヌクレオチド配列を含むＤＮＡ断片を、鋳型としてＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｈａｎａのｇｐｐｓ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｙ１７３７６、領域５２１３２０）のコード配列を使用して合成的に作成させ、大腸菌における発現向けにコドン最適化させた。ヌクレオチド配列は、リーダーＳａｃＩＩ制限酵素部位と末端ＳａｃＩ制限酵素部位に両側を挾まれ、そしてこれによって、標準的なｐＵＣまたはｐＡＣＹＣ由来ベクターなどのクローニング・ベクターの適合する制限酵素部位内にクローニング可能であった。合成的に作成させたゲラニル二リン酸合成酵素配列を、ＤＮＡ合成コンストラクトをＳａｃＩＩおよびＳａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させて、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約１．３ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出して、そして単離したＤＮＡ断片をｐＭＢＩＳ発現ベクターのＳａｃＩＩ ＳａｃＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＭＢＩＳ−ｇｐｐｓをもたらした（プラスミド・マップについては図３を参照）。
発現プラスミドｐＡＭ４５は、ＭＢＩＳオペロンをｐＡＭ３６−ＭｅｖＴ６６内に挿入すること、および、ｌａｃＵＶＳプロモーターを２つのオペロンの前に付加することによって作成した。ＭＢＩＳオペロンは、５’ＸｈｏＩ制限酵素部位および３’ＰａｃＩ制限酵素部位を含むプライマーを使用してｐＭＢＩＳからＰＣＲ増幅させた。増幅させたＰＣＲ産物をＸｈｏＩおよびＰａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、５．４ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ３６−ＭｅｖＴ６６ベクターのＸｈｏＩ ＰａｃＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ４３をもたらした。ｌａｃＵＶ５プロモーターをコードするヌクレオチド配列を含むＤＮＡ断片をオリゴヌクレオチドから合成させて、そしてｐＡＭ４３のＡｓｃＩ ＳｆｉＩおよびＡｓｉＳＩ ＸｈｏＩ制限酵素部位にサブクローニングさせて、発現プラスミドｐＡＭ４５をもたらした。
実施例２
この実施例では、オペロン内で構成される黄色ブドウ球菌のＭＥＶ経路酵素群を含む酵素をコードする発現プラスミドを作るための方法を記載している。
発現プラスミドｐＡＭ４１は、サッカロミセス・セレヴィシエＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素をコードするＨＭＧ１遺伝子のコード配列を、黄色ブドウ球菌ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素をコードするｍｖａＡ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＢＡ００００１７， ＲＥＧＩＯＮ： ２６８８９２５．．２６８７６４８）のコード配列で置換させることによって、発現プラスミドｐＡＭ２５から得た。
ｍｖａＡ遺伝子のコード配列は、４−４９ ｍｖａＡ ＳｐｅＩ （配列番号：２）および４−４９ ｍｖａＡＲ ＸｂａＩ （配列番号：３）プライマーを使用して黄色ブドウ球菌・サブスピーシス・アウレウス（ＡＴＣＣ ７００６９）のゲノムＤＮＡからＰＣＲ増幅させ、増幅させたＤＮＡ断片を、ＳｐｅＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約１．３ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させた。ＨＭＧ１コード配列は、プラスミドを、ＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素を使用して完全に消化することによってｐＡＭ２５から除去した。結果として得られた線状ＤＮＡ断片の末端オーバーハングを、Ｔ４ ＤＮＡポリメラーゼを使用して平滑にした。ＤＮＡ断片を、次に、ＳｐｅＩ制限酵素を使用して部分消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約４．８ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させた。単離したＤＮＡ断片を、ＳｐｅＩで消化させたｍｖａＡ ＰＣＲ産物に連結させ、発現プラスミドｐＡＭ４１をもたらした。ｐＡＭ４１内に含まれるａｔｏＢ（ｏｐｔ）：ＥＲＧ１３（ｏｐｔ）：ｍｖａＡオペロンのヌクレオチド配列は配列番号：４１である。
発現プラスミドｐＡＭ５２は、サッカロミセス・セレヴィシエＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素をコードするＥＲＧ１３遺伝子のコード配列を、黄色ブドウ球菌ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＢＡ００００１７， ＲＥＧＩＯＮ： ２６８９１８０．．２６９０３４６）をコードするｍｖａＳ遺伝子のコード配列で置換させることによって、発現プラスミドｐＡＭ４１から得た。ＥＲＧ１３は、ＨＭＧＳまたはＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素の別名で知られている。ｍｖａＳ遺伝子のコード配列は、ＨＭＧＳ ５’ Ｓａ ｍｖａＳ−Ｓ （配列番号：４）およびＨＭＧＳ ３’ Ｓａ ｍｖａＳ−ＡＳ （配列番号：５）プライマーを使用して黄色ブドウ球菌サブスピーシス・アウレウス（ＡＴＣＣ ７００６９）のゲノムＤＮＡからＰＣＲ増幅させ、増幅させたＤＮＡ断片は、Ｇｅｉｓｅｒらの方法（ＢｉｏＴｅｃｈｍｑｕｅｓ ３１：８８−９２ （２００１））に従い、ＰＣＲプライマーとして使用して、ＨＭＧ１遺伝子ｉｎｐＡＭ４１を置換させて、発現プラスミドｐＡＭ５２をもたらした。ｐＡＭ５２内に含まれるａｔｏＢ（ｏｐｔ）：ｍｖａＳ：ｍｖａＡオペロンのヌクレオチド配列は、配列番号：４２である。
発現プラスミドｐＡＭ９７は、ＭｅｖＴ６６オペロンを発現プラスミドｐＡＭ５２の（ａｔｏＢ（ｏｐｔ） ｍｖａＳ ｍｖａＡ）オペロンで置換させることによって発現プラスミドｐＡＭ４５から得た。発現プラスミドｐＡＭ４５は、ＡｓｉＳＩおよびＳｆｉＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、ＭｅｖＴ６６を欠く約８．３ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させた。ｐＡＭ５２の（ａｔｏＢ（ｏｐｔ）： ｍｖａＳ： ｍｖａＡ）オペロンは、１９−２５ ａｔｏＢ ＳｆｉＩ−Ｓ （配列番号：６）および１９−２５ ｍｖａＡ−ＡｓｉＳＩ−ＡＳ （配列番号：７）プライマーを使用してＰＣＲ増幅させ、ＰＣＲ産物をＳｆｉＩおよびＡｓｉＳＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、３．７ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片を発現プラスミドｐＡＭ４５のＡｓｉＳＩ ＳｆｉＩ制限酵素部位に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ９７をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ９７−ＭＢＩは、ｐＡＭ９７のＭＢＩＳオペロンをｐＡＭ４５のＭＢＩオペロンで置換させることによって、発現プラスミドｐＡＭ９７およびｐＡＭ４５から得た。ＭＢＩオペロンは、９−７０Ｃ （配列番号：８）および２６−３９Ｂ （配列番号：９）プライマーを使用してＰＣＲ増幅させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、４．５ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をＳａｃＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させた。発現プラスミドｐＡＭ９７は、ＳａｃＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、７．６ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をＭＢＩオペロンのＰＣＲ産物に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ９７−ＭＢＩをもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ９７−ＭｅｖＢは、ｐＡＭ９７のＭＢＩＳオペロンをｐＡＭ４５のＭｅｖＢオペロンで置換させることによって、発現プラスミドｐＡＭ９７およびｐＡＭ４５から得た。ＭｅｖＢオペロンは、９−７０Ｃ （配列番号：８）および２６−３９Ｂ （配列番号：１０）プライマーを使用してＰＣＲ増幅させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、３．９ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をＳａｃＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させた。発現プラスミドｐＡＭ９７は、ＳａｃＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、７．６ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をＭｅｖＢオペロンのＰＣＲ産物に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ９７−ＭｅｖＢをもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ１２８は、発現プラスミドｐＡＭ９７の（ａｔｏＢ（ｏｐｔ）：ｍｖａＳ：ｍｖａＡ）およびＭＢＩＳオペロンを、ＲＫ２プラスミドの複製、分離、および維持システムを含むベクター内に挿入することによって作成し、これによって宿主形質転換体での抗生物質による持続的な選択の必要性が取り除かれる。ＲＫ２プラスミドは、ＰｓｔＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約６．３ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をミニＲＫ２レプリコンｐＲＲ１０ （Ｒｏｂｅｒｔｓ ｅｔ ａｌ． （１９９０） Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７２（１１）： ６２０４−６２１６）のＰｓｔＩ制限酵素部位内にサブクローニングさせて、発現プラスミドｐＡＭ１３２をもたらした。発現プラスミドｐＡＭ９７は、ＡｓｃＩおよびＳａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、約９．４ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ１３２のＭＩｕＩ ＳａｃＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ１２８をもたらした。
実施例３
この実施例では、オペロン内で構成されるエンテロコッカス・フェカリスのＭＥＶ経路酵素群を含む酵素をコードする発現プラスミドを作るための方法を記載している。
ｐＡＭ１６プラスミドは、エンテロコッカス・フェカリスのｍｖａＥ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ２９００９２， ＲＥＧＩＯＮ： １４７９．．３８９０）（アセチル‐ＣｏＡアセチル基転移酵素／ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素（ＨＭＧＲ）をコードする）のコード配列をｐＢｌｕｅＳｃｒｉｐＩＩ−ＫＳ（＋）ベクター内に挿入することによって作成した。ｍｖａＥ遺伝子のコード配列は、５’リン酸化プライマーである４−４０ ｍｖａＥＦ ＢａｍＨＩ（配列番号：１１）および４−４０ ｍｖａＥＲ ＨｉｎｄＩＩＩ（配列番号：１２）を使用して、エンテロコッカス・フェカリスのゲノムＤＮＡ（ＡＴＣＣ７００８０２）からＰＣＲ増幅させた。（４−４０ ｍｖａＥＦ ＢａｍＨＩプライマーによって、増幅させたＰＣＲ産物においてｍｖａＥ遺伝子の開始コドンがＴＴＧからＡＴＧに変化することに注意すること。） 結果として得たＰＣＲ産物をｐＢｌｕｅＳｃｒｉｐＩＩ−ＫＳのＳｍａＩ制限酵素部位（＋）（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ， Ｌａ Ｊｏｌｌａ， ＣＡ）に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ１６をもたらした。
ｐＡＭ１８プラスミドは、エンテロコッカス・フェカリスのｍｖａＳ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ２９００９２， ＲＥＧＩＯＮ： １４２．．１２９３）（ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素（ＨＭＧＳ）をコードする）のコード配列をｐＢｌｕｅＳｃｒｉｐＩＩ−ＫＳ（＋）ベクター内に挿入することによって作成した。ｍｖａＳ遺伝子のコード配列は、５’リン酸化プライマーである４−４０ ｍｖａＳＦ ＢｇＩＩＩ（配列番号：１３）および４−３９ ｍｖａＳＲ ＢａｍＨＩ（配列番号：１４）を使用して、エンテロコッカス・フェカリスのゲノムＤＮＡ（ＡＴＣＣ７００８０２）からＰＣＲ増幅させて、そしてＰＣＲ産物をｐＢｌｕｅＳｃｒｉｐＩＩ−ＫＳのＳｍａＩ制限酵素部位（＋）（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ， Ｌａ Ｊｏｌｌａ， ＣＡ）に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ１８をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ２２は、発現プラスミドｐＡＭ１６のｍｖａＥ遺伝子のコード配列をｐＺＥ２１−ＰＬ−ｌａｃＯ１ベクター内に挿入することによって作成した。ベクターｐＺＥ２１−ＰＬ−ｌａｃＯ１は、ｐＺＥ２１−ＭＣＳ−１ベクターの誘導体であり、ここでｔｅｔプロモーターはＰＬ−ｌａｃＯ１プロモーターで置換させている（Ｌｕｔｚ ａｎｄ Ｂｕｊａｒｄ （１９９７） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２５：１２０３−１２１０）。発現プラスミドｐＡＭ１６は、ＢａｍＨＩおよびＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、ｍｖａＥコード配列を含む約２．４ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をｐＺＥ２１−ＰＬ−ｌａｃＯ１のＢａｍＨＩ ＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素部位内に挿入させて、発現プラスミドｐＡＭ２２をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ３３は、発現プラスミドｐＡＭ１８のｍｖａＳ遺伝子のコード配列を発現プラスミドｐＡＭ２２内に挿入することによって作成した。発現プラスミドｐＡＭ１８は、ＢｇＩＩＩおよびＢａｍＨＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、ｍｖａＳ遺伝子のコード配列を含む約１．２ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片を発現プラスミドｐＡＭ２２のＢａｍＨＩ位内に挿入させて、発現プラスミドｐＡＭ３３をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ３４は、発現プラスミドｐＡＭ３３のｍｖａＳ−ｍｖａＥオペロンをベクターｐＡＭ２９内に挿入することによって作成した。ｍｖａＳ−ｍｖａＥオペロンは、ＥｃｏＲＩ制限酵素を使用してｐＡＭ３３を部分消化させ、結果として得た線状ＤＮＡ断片を、ＭｌｕＩ制限酵素を使用して消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、そして約３．６ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させることによって単離した。ｐＡＭ２９のベクター骨格は、ＭｌｕＩおよびＥｃｏＲＩ制限酵素を使用して発現ベクターｐＡＭ２５を完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分離させ、そして約２．１ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させることによって単離した。単離した２つのＤＮＡ断片を連結させて、発現プラスミドｐＡＭ３４をもたらした。
実施例４
この実施例では、オペロン内で構成される大腸菌のＤＸＰ経路酵素群を含む酵素をコードする発現プラスミドを作るための方法を記載している。
発現プラスミドｐＡＭ４０８は、「トップ」ＤＸＰ経路酵素群をコードする遺伝子をｐＡＭ２９ベクター内に挿入することによって作成した。「トップ」ＤＸＰ経路酵素群としては、１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸合成酵素（大腸菌のｄｘｓ遺伝子によってコードされる）、１−デオキシ−Ｄ−キシルロース−５−リン酸レダクトイソメラーゼ（大腸菌のｄｘｒ遺伝子によってコードされる）、４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリトリトール合成酵素（大腸菌のｉｓｐＤ遺伝子によってコードされる）、および４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリトリトール合成酵素（大腸菌のｉｓｐＥ遺伝子によってコードされる）が挙げられ、これらは一緒にピルビン酸およびＤ−グリセルアルデヒド−３−リン酸を４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリトリトール−２−リン酸に変換させる。「トップ」ＤＸＰ経路酵素群をコードするヌクレオチド配列を含むＤＮＡ断片は、配列番号１５−１８に示すＰＣＲプライマーを使用して、大腸菌株ＤＨ１（ＡＴＣＣ＃３３８４９）のｄｘｓ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： ４３７５３９ ４３９４０１）、ｄｘｒ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： １９３５２１ １９４７１７）、ｉｓｐＤ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： ２８６９８０３ ２８７０５１２）、およびｉｓｐＥ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： １２６１２４９ １２６２１００）遺伝子のコード配列をＰＣＲ増幅させて、最適なシャイン・ダルガーノ配列ならびに５’および３’制限酵素部位を付加することによって作成した。ＰＣＲ産物をゲル電気泳動によって分離させ、Ｑｉａｇｅｎ（Ｖａｌｅｎｃｉａ， ＣＡ）ゲル精製キットを使用してゲル抽出させ、適当な制限酵素（ｄｘｓ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＸｈｏＩおよびＫｐｎＩ、ｄｘｒ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＫｐｎＩおよびＡｐａＩ、ｉｓｐＤ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＡｐａＩおよびＮｄｅＩ、ｉｓｐＥ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＮｄｅＩおよびＭｌｕＩ）を使用して完全に消化させて、そしてＱｉａｇｅｎ（Ｖａｌｅｎｃｉａ， ＣＡ）ＰＣＲ精製キットを使用して精製した。ほぼ等モル量の各ＰＣＲ産物を、次に、連結反応に添加して、オペロン内で個々の遺伝子を組み立てた。この連結反応から、１ μｌの反応混合物を使用して、２つの別々の遺伝子カセット、つまり、ｄｘｓ−ｄｘｒおよびｉｓｐＤ−ｉｓｐＥ遺伝子カセットをＰＣＲ増幅させた。ｄｘｓ−ｄｘｒ遺伝子カセットはプライマー６７−１Ａ−Ｃ（配列番号：１５）および６７−１Ｄ−Ｃ（配列番号：１８）を使用してＰＣＲ増幅させて、そしてｉｓｐＤ−ｉｓｐＥ遺伝子カセットはプライマー６７−１Ｅ−Ｃ（配列番号：１９）および６７−１Ｈ−Ｃ（配列番号：２２）を使用してＰＣＲ増幅させた。２つの産物をゲル電気泳動で分離させて、そしてゲル抽出した。ｄｘｓ−ｄｘｒ遺伝子カセットを含むＰＣＲ産物は、ＸｈｏＩおよびＡｐａＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そしてｉｓｐＤ−ｉｓｐＥ遺伝子カセットを含むＰＣＲ産物はＡｐａＩおよびＭｌｕＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そして２つのＰＣＲ産物を精製した。ベクターｐＡＭ２９は、ＳａｌＩおよびＭｌｕＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そして「トップ」ＤＸＰ経路オペロンを含む、消化された２つのＰＣＲ産物をｐＡＭ２９ベクターのＳａｌＩ ＭｌｕＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ４０８をもたらした（プラスミド・マップについては図４を参照）。
発現プラスミドｐＡＭ４０９は、「ボトム」ＤＸＰ経路酵素群をコードする遺伝子をｐＡＭ３６９ベクター内に挿入することによって作成した。「ボトム」ＤＸＰ経路酵素群としては、２Ｃ−メチル−Ｄ−エリトリトール２，４−クロロジホスフェート合成酵素（大腸菌のｉｓｐＦ遺伝子によってコードされる）、１−ヒドロキシ−２−メチル−２−（Ｅ）−ブテニル−４−ジホスフェート合成酵素（大腸菌のｉｓｐＧ遺伝子によってコードされる）、およびイソペンテニル／ジメチルアリルジホスフェート合成酵素（大腸菌のｉｓｐＨ遺伝子によってコードされる）が挙げられ、これらは一緒に４−ジホスホシチジル−２Ｃ−メチル−Ｄ−エリトリトール−２−リン酸をＩＰＰおよびＤＭＡＰＰに変換させる。ＩＰＰは、イソペンチル二リン酸異性化酵素（大腸菌のｉｄｉ遺伝子によってコードされる）の活性によってもＤＭＡＰＰに変換される。ＤＭＡＰＰは、ファルネシル二リン酸合成酵素（大腸菌のｉｓｐＡによってコードされる）の活性によって、さらにＦＰＰに変換させることができる。「ボトム」ＤＸＰ経路酵素群、ならびに、イソペンチル二リン酸異性化酵素およびファルネシル二リン酸合成酵素をコードするオペロンは、適当なＰＣＲプライマーを使用して、大腸菌株ＤＨ１（ＡＴＣＣ＃３３８４９）のｉｓｐＦ （ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： ２８６９３２３．．２８６９８０２）、ｉｓｐＧ （ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： ２６３８７０８．．２６３９８２６）、ｉｓｐＨ （ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ０００９６， ＲＥＧＩＯＮ： ２６２７７．．２７２２７）、ｉｄｉ （ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ １１９７１５）、およびｉｓｐＡ （ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｄ００６９４， ＲＥＧＩＯＮ： ４８４．．１３８３） 遺伝子のコード配列をＰＣＲ増幅させて、最適なシャイン・ダルガーノ配列ならびに５’および３’制限酵素部位を付加することによって作成した。ＰＣＲ産物をゲル電気泳動によって分離させ、ゲル抽出させ、適当な制限酵素（ｉｓｐＦ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＢａｍＨＩおよびＡｐａＩ、ｉｓｐＧ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＫｐｎＩおよびＡｐａＩ、ｉｓｐＨ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＳａｌＩおよびＫｐｎＩ、ｉｄｉ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＳａｌＩおよびＨｉｎｄＩＩＩ、ｉｓｐＡ遺伝子を含むＰＣＲ産物にはＨｉｎｄＩＩＩおよびＮｃｏＩ）を使用して完全に消化させて、そして精製した。ほぼ等モル量の各ＰＣＲ産物を、次に、連結反応に添加して、オペロン内で個々の遺伝子を組み立てた。この連結反応から、１ μｌの反応混合物を使用して、２つの別々の遺伝子カセット、つまり、ｉｓｐＦ−ｉｓｐＧおよびｉｓｐＨ−ｉｄｉ−ｉｓｐＡ遺伝子カセットをＰＣＲ増幅させた。ｉｓｐＦ−ｉｓｐＧ遺伝子カセットはプライマー６７−２Ａ−Ｃ（配列番号：２３）および６７−２Ｄ−Ｃ（配列番号：２６）を使用してＰＣＲ増幅させて、そしてｉｓｐＨ−ｉｄｉ−ｉｓｐＡ遺伝子カセットはプライマー６７−２Ｅ−Ｃ（配列番号：２７）および６７−２Ｊ−Ｃ（配列番号：３２）を使用してＰＣＲ増幅させた。２つの産物をゲル電気泳動で分離させて、そしてゲル抽出した。ｉｓｐＦ−ｉｓｐＧ遺伝子カセットを含むＰＣＲ産物は、ＢａｍＨＩおよびＫｐｎＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そしてｉｓｐＨ−ｉｄｉ−ｉｓｐＡ遺伝子カセットを含むＰＣＲ産物は、ＫｐｎＩおよびＮｃｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そして２つのＰＣＲ産物を精製した。ベクターｐＡＭ３６９は、ｐＡＭ２９のｐ１５Ａ複製起点およびｐＺＥ１２−ｌｕｃ（Ｌｕｔｚ ａｎｄ Ｂｕｊａｒｄ （１９９７） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２５：１２０３−１２１０）のアンピシリン耐性のβラクタマーゼ遺伝子を、オリゴヌクレオチド作成したｌａｃＵＶ５プロモーターと組み立てることによって作成した。ベクターｐＡＭ３６９をＢａｍＨＩおよびＮｃｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そして「ボトム」ＤＸＰ経路オペロンを含む単離した２つのＰＣＲ産物をｐＡＭ３６９ベクターのＢａｍＨＩ ＮｃｏＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ４０９をもたらした。
発現プラスミドｐＡＭ４２４、つまり、広範な宿主範囲のＲＫ２複製起点を含む発現プラスミドｐＡＭ４０９の誘導体は、ｌａｃＵＶＳプロモーターおよびｐＡＭ４０９のｉｓｐＦＧＨ−ｉｄｉ−ｉｓｐＡオペロンをｐＡＭ２５７ベクター内に移すことによって作成した。ｐＡＭ２５７ベクターは、以下の通りに作成した：ＲＫ２ ｐａｒ ｌｏｃｕｓを９−１５６Ａ （配列番号：３３）および９−１５６Ｂ （配列番号：３４）プライマーを使用してＲＫ２プラスミドＤＮＡ （Ｍｅｙｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９７５） Ｓｃｉｅｎｃｅ １９０ １２２６−１２２８） からＰＣＲ増幅させて、２．６ ｋｂのＰＣＲ産物をＡａｔＩＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して完全に消化させて、そしてＤＮＡ断片をｐＺＡ３１−ｌｕｃベクター（Ｌｕｔｅ ａｎｄ Ｂｕｊａｒｄ （１９９７） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２５−１２０３−１２１０）のｐ１５複製起点およびクロラムフェ二コール耐性遺伝子を含むプラスミド内に連結させて、ｐＡＭ３７−ｐａｒプラスミドをもたらし、ｐＡＭ３７−ｐａｒをＳａｃＩおよびＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、ＲＫ２ ｐａｒ ｌｏｃｕｓおよびクロラムフェ二コール耐性遺伝子を含むＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をミニ−ＲＫ２レプリコンｐＲＲ１０ （Ｒｏｂｅｒｔｓ ｅｔ ａｌ． （１９９０） Ｊ Ｂａｃｔｅｎｏｌ．１７２：６２０４−６２１６）のＳａｃＩ ＨｉｎｄＩＩＩ部位内に連結させて、ｐＡＭ１３３ベクターをもたらした；ｐＡＭ１３３をＢｇＩＩＩおよびＨｉｎｄＩＩＩ制限酵素を使用して完全に消化して、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、アンピシリン耐性遺伝子およびｏｒｃＴ接合起点（ｃｏｎｊｕｇａｔｉｖｅ ｏｒｉｇｉｎ）を欠く約６．４ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、そして単離したＤＮＡ断片をＰｃｉＩおよびＸｈｏＩ制限酵素部位を含むマルチクローニングサイトを含む、合成的に作成したＤＮＡ断片と連結させて、ｐＡＭ２５７ベクターをもたらした。発現プラスミドｐＡＭ４０９をＸｈｏＩおよびＰｃｉＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、そして約４．４ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出した。ベクターｐＡＭ２５７は、ＸｈｏＩおよびＰｃｉＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、そしてｌａｃＵＶ５プロモーターおよびｉｓｐＦＧＨ−ｉｄｉ−ｉｓｐＡオペロンを含む単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ２５７ベクターのＸｈｏＩ ＰｃｉＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ４２４をもたらした（プラスミド・マップについては図５を参照）。
実施例５
この実施例では、ＦＰＰまたはＧＰＰを変換する酵素をコードする発現プラスミドを作るための方法を記載する。
発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＤＳは、アモルファ−４，１１−ジエン合成酵素（“ＡＤＳ”）をコードするヌクレオチド配列をベクターｐＴｒｃ９９Ａ内に挿入することによって作成した。アモルファ−４，１１−ジエン合成酵素シークエンスを合成的に作成させ、そのため、翻訳時には、アミノ酸配列は、Ｍｅｒｋｅ ｅｔ ａｌ． （２０００） Ａｃｈ Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ ３８１ １７３−１８０に記載のアミノ酸配列と同じになりうる、アモルファ−４，１１−ジエン合成酵素をコードするヌクレオチド配列が大腸菌内での発現向けに最適化されている、ならびに、ヌクレオチド配列が５’ ＮｃｏＩおよび３’ ＸｍａＩ制限酵素部位によって両側が挟まれている（米国特許第７，１９２，７５１号を参照）。ヌクレオチド配列をＮｃｏＩおよびＸｍａＩ制限酵素を使用して完全に消化させ、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、約１．６ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、単離したＤＮＡ断片をｐＡＭ２５７ベクター（Ａｍｍａｎ ｅｔ ａｌ （１９８５） Ｇｅｎｅ ４０ １８３−１９０）のＮｃｏＩ ＸｍａＩ制限酵素部位内に挿入させて、発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＤＳをもたらした（プラスミド・マップについては図６を参照）。
発現プラスミドｐＡＭ１１３は、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＤＳのクロラムフェニュール耐性誘導体である。これは、５’−リン酸化プライマー１９−１３７ ｃｍｌ−ｐＡＭ３７−ＡＳ （ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ： ３５）および１９−１３７ ｃｍｌ−ｐＡＭ３７−Ｓ （ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ． ３６）を使用して、ｐＺＡ３１−ｌｕｃベクター （Ｌｕｔｅ ａｎｄ Ｂｕｊａｒｄ （１９９７） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２５ １２０３−１２１０）からクロラムフェ二コール耐性遺伝子をＰＣＲ増幅させて、そして９２０ ｂｐのＰＣＲ産物を発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＤＳのＦｓｐＩ制限酵素部位内に挿入させることによって作成させ、発現プラスミドｐＡＭ１１３をもたらした。
発現プラスミドｐＣ９は、ｎｕｄＦ遺伝子のコード配列および上流のゲノム配列（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｚ９９１１６， ＲＥＧＩＯＮ： ４９３６４．．４８５４８）を含む枯草菌のゲノム断片をベクターｐＴｒｃ９９Ａ（Ａｍａｎｎ ｅｔ ａｌ． （１９８８） Ｇｅｎｅ ６９：３０１−３１５）内に挿入することによって作成した。発現プラスミドｐＮｕｄＦ−Ｈは、枯草菌６０５１ｎｕｄＦ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｚ９９１１６， ＲＥＧＩＯＮ： ４９１０５．．４８５４８）のコード配列をベクターｐＴｒｃ９９Ａ内に挿入することによって作成した。発現プラスミドｐｙｈｆＲは、枯草菌６０５１ｙｈｆＲ遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｚ９９１０９， ＲＥＧＩＯＮ： ９７５８３．．９７００２）のコード配列をベクターｐＴｒｃ９９Ａ内に挿入することによって作成した。
発現プラスミドｐＡＭ３７３は、大腸菌での発現向けに最適化した、クソニンジンのβ−ファルネセン合成酵素（“ＦＳＢ”）をコードするヌクレオチド配列（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ８３５３９８）をｐＴｒｃ９９Ａベクター内に挿入することによって作成した。β−ファルネセン合成酵素をコードするヌクレオチド配列を合成的に作成させ、そして、そのＤＮＡ合成コンストラクトから適当なプライマーを使用してＰＣＲによって増幅させた。β−ファルネセン合成酵素のコード配列を含むＰＣＲ産物においてリーダーＮｃｏＩ制限酵素部位を作るために、元のポリペプチド配列の２番目のアミノ酸をコードするコドン（セリンをコードするＴＣＧ）を５’ＰＣＲプライマー（配列番号：３７）内のアスパラギン酸（ＧＡＣ）をコードするコドンで置換させた。結果として得たＰＣＲ産物を、ＮｃｏＩ制限酵素を使用して部分消化させて、そしてＳａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させて、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、β−ファルネセン合成酵素のコード配列を含む約１．７ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、単離したＤＮＡ断片をｐＴｒｃ９９ＡベクターのＮｃｏＩ ＳａｃＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＡＭ３７３をもたらした（プラスミド・マップについては図６を参照）。
発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＦＳＡ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＧＴＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＰＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＴＳは、α−ファルネセン合成酵素（“ＦＳＡ”）、γ−テルピネン合成酵素（“ＧＴＳ”）、α−ピネン合成酵素（“ＡＰＳ”）、またはテルピノレン合成酵素（“ＴＳ”）をコードするヌクレオチド配列を含むＤＮＡ断片をｐＴｒｃ９９Ａベクター内に挿入することによって作成した。ＤＮＡ断片の挿入物は、例えば、ピセア・アビエスのα−ファルネセン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ４７３６２７， ＲＥＧＩＯＮ： ２４．．１７６６）のコード配列、クソニンジンのβ−ファルネセン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ８３５３９８）のコード配列、シトラス・リモンのγ−テルピネン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ５１４２８６， ＲＥＧＩＯＮ： ３０．．１８３２）のコード配列、アビエス・ グランディス（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号Ｕ８７９０９， ＲＥＧＩＯＮ： ６．．１８９２）またはＰｉｎｕｓ ｔａｅｄａ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ５４３５３０， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１８８７）のα−ピネン合成酵素の遺伝子のコード配列、もしくは、メボウキ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ６９３６５０）またはＰｓｅｕｄｏｔｓｕｇａ ｍｅｎｚｉｅｓｉｉ（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ９０６８６６， ＲＥＧＩＯＮ： １０．．１８８７）またはアビエス・ グランディス（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ １３９２０６）のテルピノレン合成酵素の遺伝子のコード配列を鋳型として使用して合成的に作成し、すべてのヌクレオチド配列は大腸菌での発現向けにコドン最適化させていた。ＦＳＡのＤＮＡ断片は、配列番号：３９および配列番号：４０のプライマー配列を使用して、そのＤＮＡ合成コンストラクトからＰＣＲによって増幅させた。結果として得たＰＣＲ産物をＮｃｏＩおよびＳａｃＩ制限酵素を使用して完全に消化させて、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、α−ファルネセン合成酵素のコード配列を含む約１．７ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出させ、単離したＤＮＡ断片をｐＴｒｃ９９ＡベクターのＮｃｏＩ ＳａｃＩ制限酵素部位内に連結させて、発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＦＳＡをもたらした（プラスミド・マップについては図６を参照）。ＧＴＳ、ＡＰＳ、およびＴＳのＤＮＡ断片は、リーダーＸｍａＩ制限酵素部位と末端ＸｂａＩ制限酵素部位に両側を挾まれるように設計し、標準的なｐＵＣまたはｐＡＣＹＣ由来ベクターなどのクローニング・ベクターの適合する制限酵素部位内にクローニングさせて、ここからＸｂａＩおよびＸｍａＩ制限酵素を使用して合成コンストラクトを完全に消化させることで遊離させて、反応混合物をゲル電気泳動によって分解させ、そして１．７−１．９ ｋｂのテルペン合成酵素をコードするＤＮＡ断片をゲル抽出した。分離したＤＮＡ断片をベクターｐＴｒｃ９９Ａ（Ａｍｍａｎ ｅｔ ａｌ．， Ｇｅｎｅ ４０：１８３−１９０ （１９８５））のＸｍａＩ ＸｂａＩ制限酵素部位内に連結させて、プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＧＴＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＡＰＳ、またはｐＴｒｃ９９Ａ−ＴＳをもたらした（プラスミド・マップについては図６を参照）。
発現プラスミドｐＲＳ４２５−ＦＳＡおよびｐＲＳ４２５−ＦＳＢは、それぞれ、α−ファルネセン合成酵素（“ＦＳＡ”）またはβ−ファルネセン合成酵素（“ＦＳＢ”）をコードするヌクレオチド配列をｐＲＳ４２５−Ｇａｌｌベクター内に挿入することによって作成された（Ｍｕｍｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２２（２５）： ５７６７−５７６８）。ＤＮＡ断片の挿入物は、例えば、ピセア・アビエスのα−ファルネセン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ４７３６２７， ＲＥＧＩＯＮ： ２４．．１７６６）のコード配列、クソニンジンのβ−ファルネセン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＹ８３５３９８）のコード配列を鋳型として使用して合成的に作成し、サッカロミセス・セレヴィシエでの発現向けにコドン最適化させていた。合成的に作成したヌクレオチド配列は、５’ ＢａｍＨＩ部位と３’ ＸｈｏＩ部位に両側を挾まれ、そしてこのため、標準的なｐＵＣまたはｐＡＣＹＣ由来ベクターなどのクローニング・ベクターの適合する制限酵素部位内にクローニング可能であった。合成的に作成したヌクレオチド配列は、ＢａｍＨＩおよびＸｈｏＩ制限酵素を使用して、ＤＮＡ合成コンストラクトを完全に消化することによって単離された。反応混合物をゲル電気泳動によって分解して、そしてα−ファルネセン合成酵素またはβ−ファルネセン合成酵素のコード配列を含む１．７ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出して、分離したＤＮＡ断片をｐＲＳ４２５−ＧａｌｌベクターのＢａｍＨＩ ＸｈｏＩ制限酵素部位内に連結させて、それぞれ発現プラスミドｐＲＳ４２５−ＦＳＡまたはｐＲＳ４２５−ＦＳＢをもたらした。
発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＬＬＳ、ｐＴｒｃ９９ Ａ−ＬＭＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＢＰＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＰＨＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＣＳ、およびｐＴｒｃ９９Ａ−ＳＳは、 リナロール合成酵素（“ＬＬＳ”）、リモネン合成酵素（“ＬＭＳ”）、β−ピネン合成酵素（“ＢＰＳ”）、β−フェランドレン（“ＰＨＳ”）、カレン合成酵素（“ＣＳ”）、サビニン合成酵素（“ＳＳ”）をコードするヌクレオチド配列をｐＴｒｃ９９Ａベクター内に挿入することによって作成した。ヌクレオチド配列の挿入物は、例えば、クソニンジンのリナロール合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ１５４１２４， ＲＥＧＩＯＮ： １３．．１７６４）のコード配列、アビエス・ グランディスのリモネン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ００６１９３， ＲＥＧＩＯＮ： ７３．．１９８６）のコード配列、クソニンジンのβ−ピネン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ２７６０７２， ＲＥＧＩＯＮ： １．．１７４９）のコード配列、アビエス・ グランディスのβ−フェランドレンの遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ１３９２０５， ＲＥＧＩＯＮ： ３４．．１９２６）のコード配列、サルビア・ステノフィラのカレン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ１３９２０５， ＲＥＧＩＯＮ： ３４．．１９２６）のコード配列、またはサルビア・オフィシナリスのサビニン合成酵素の遺伝子（ＧｅｎＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ０５１９０１， ＲＥＧＩＯＮ： ２６．．１７９８）のコード配列を鋳型として使用して、合成的に作成した。β−ピネン、サビニン、β−フェランドレン合成酵素をコードするヌクレオチド配列はリーダーＸｍａＩ制限酵素部位および末端ＸｂａＩ制限酵素部位によって両側が挟まれており、リナロールおよびカレン合成酵素をコードするヌクレオチド配列はリーダーＮｃｏＩ制限酵素部位および末端ＸｍａＩ制限酵素部位によって両側が挟まれており、リモネン合成酵素をコードするヌクレオチド配列はリーダーＮｃｏＩ制限酵素部位および末端ＰｓｔＩ制限酵素部位によって両側が挟まれている。ＤＮＡ合成コンストラクトは、ＸｍａＩおよびＸｂａＩ（β−ピネン、サビニン、β−フェランドレン合成酵素のコンストラクト）、ＮｃｏＩおよびＸｍａＩ制限酵素（リナロールおよびカレン合成酵素のコンストラクト）、またはＸｂａＩおよびＰｓｔＩ制限酵素（リモネン合成酵素のコンストラクト）を使用して完全に消化させた。反応混合物をゲル電気泳動によって分解して、約１．７−１．９ ｋｂのＤＮＡ断片をゲル抽出して、単離したＤＮＡ断片を、ｐＴｒｃ９９ＡベクターのＸｍａＩ ＸｂａＩ制限酵素部位内（β−ピネン、サビニン、β−フェランドレン合成酵素の挿入物）、ＮｃｏＩ ＸｍａＩ制限酵素部位内（リナロールおよびカレン合成酵素の挿入物）、またはＸｂａＩ ＰｓｔＩ制限酵素部位内（リモネン合成酵素の挿入物）に連結させて、発現プラスミドｐＴｒｃ９９Ａ−ＬＬＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＬＭＳ、ｐＴｒｃ９９ Ａ−ＢＰＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＰＨＳ、ｐＴｒｃ９９Ａ−ＣＳ、およびｐＴｒｃ９９Ａ−ＳＳをもたらした（プラスミド・マップについては図６を参照）。
実施例６
この実施例では、本発明において有用な大腸菌宿主株の作成について記載している。
表１の詳細として、宿主株は、化学的コンピテント大腸菌親細胞を実施例１から５のいずれか１つまたはそれ以上の発現プラスミドで形質転換させることによって作成した。
Figure 2009538601
Figure 2009538601
 宿主細胞の形質転換体は、表１に詳述される通り、抗生物質を含むルリア・ベルトーニ（ＬＢ）寒天培地上で選択した。１個のコロニーをＬＢ寒天培地から５ ｍＬのＬＢ液体培地および抗生物質を含む培養試験管に移した。Ｂ００３、Ｂ６１７、Ｂ６１８、Ｂ６１９、Ｂ６５０、Ｂ６５１、Ｂ６５２、およびＢ６５３の宿主細胞の形質転換体を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で３０時間培養した。増殖が静止期に達するまで、すべての他の宿主細胞の形質転換体を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で培養した。細胞は、０．８％グルコースおよび抗生物質を含むＭ９−ＭＯＰＳ培地での４回から５回連続継代によって最少培地に順応させた（Ｍ９−ＭＯＰＳ培地の組成については表２を参照）。細胞は、凍結バイアル中の４００ μＬの滅菌５０％グリセロールおよび６００ μＬの液体培養物からなる１ ｍＬストック溶液中で−８０℃で保存した。
Figure 2009538601
 実施例７
この実施例では、ＲＫ２プラスミドの複製、分離、および維持システムを含む発現プラスミドを内部に持つ大腸菌の宿主株における抗生物質の非存在下での発現プラスミドの安定性について実証している。
宿主株の種培養は、表１に詳述している通り、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、２％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩培養することによって確立した。
初期ＯＤ６００が約０．０５の種培養物を接種に使用し、２個の２５０ ｍＬフラスコにはそれぞれ４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、２％グルコース、および０．５％酵母エキスが含まれた。培養＃１には、１００ μｇ ／ｍＬのカルベニシリンおよび３４ μｇ ／ｍＬのクロラムフェニュールも含まれた。培養＃２には抗生物質を添加しなかった。ＯＤ６００が約０．２に達するまで両方の培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてアモルファ−４，１１−ジエンの産生を誘導させた。誘導の時点で、培養物に８ ｍＬの有機層を重ねて、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。サンプルを計７２時間にわたり定期的に採取した。２つの培養中での宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエンの産生は、実施例１０に記載の通り、ＧＣ／ＭＳによって確認した。
２つの細胞培養物中におけるプラスミドの安定性を評価するために、各培養物のサンプルを７２時間目に除去して、そしてＬＢ寒天プレート（抗生物質なし）に画線した。３７℃での一晩培養後、各培養物から得られた５０個の各コロニーをＬＢ寒天培地プラス抗生物質（３４ μｇ／ｍＬのクロラムフェニュール、１００ μｇ／ｍＬのカルベニシリン）プレートおよびＬＢ寒天培地マイナス抗生物質（抗生物質なし）プレートにレプリカ播種した。３７℃でのさらに一晩培養後、ＬＢ寒天培地プラス抗生物質プレートおよびＬＢ寒天培地マイナス抗生物質プレートに約５０個のコロニーがそれぞれ含まれていることを見出し、培養液中での抗生物質の存在下および非存在下のいずれのプラスミド保持率も約１００％であることが示された。
実施例８
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるサッカロミセス・セレヴィシエｔＨＭＧＲと比較した、エンテロコッカス・フェカリスＨＭＧＲの比活性および安定性の上昇を実証している。
宿主株Ｂ６１およびＢ６２の種培養は、表５に詳述している通りに、２０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、０．８％グルコース、および抗生物質を含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を飽和状態まで増殖させることによって確立した。種培養物を５００ ｍＬフラスコ内の１４０ ｍＬの新鮮培地で１：１００希釈して、ＯＤ５５０が約０．１になるまで再び増殖させて、この時点で、各培養物に１Ｍ ＩＰＴＧを１４０ μＬ添加することによってアモルファ−４，１１−ジエンの産生を誘導させた。誘導から４、１２、２０、２８、３６、および４９時間後、サンプルを各培養物から除去して、そして細胞を遠心によって沈殿にした。細胞沈殿物をドライアイス上で急速冷凍させて、そして次に−８０℃で保存した。
酵素分析を行なうために、細胞沈殿物を氷上で溶かして、次に、プロテアーゼ阻害剤混合物＃３（Ｃａｌｂｉｏｃｈｅｍ， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ）、ベンゾナテート（５ ｍＬ Ｂｕｇｂｕｓｔｅｒの２０ μＬ；Ｎｏｖａｇｅｎ， Ｍａｄｉｓｏｎ， ＷＩ）、およびリゾチーム（３０ μｇ／ｍＬ）を含むＢｕｇｂｕｓｔｅｒ（Ｎｏｖａｇｅｎ， Ｍａｄｉｓｏｎ， ＷＩ）を使用して溶解させた。サッカロミセス・セレビシアの酵素活性を、５０ ｍＭ Ｔｒｉｓ ＨＣｌ（ｐＨ７．５）、０．２ ｍＭ ＮＡＤＰＨ（Ｓｉｇｍａ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）、および０．３ ｍＭ ＤＬ−３−ヒドロキシ−３−メチルグルタリル補酵素Ａ（ＨＭＧ−ＣｏＡ）ナトリウム塩（Ｓｉｇｍａ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）中で分析した。細胞可溶化物を添加することで分析を開始して、ＮＡＤＰＨの消失を吸光度３４０ ｎＭでモニターした。ＮＡＤＰＨの非特異的な消失を説明するために、ＨＭＧ−ＣｏＡを欠くコントロール分析において得られた結果を、試験サンプルにおいて得られた結果から差し引いた。分析バッファーに１００ ｍＭリン酸カリウムバッファー（ｐＨ６．５）、０．４ ｍＭ ＮＡＤＰＨ、１．０ ｍＭ ＥＤＴＡ、および１００ ｍＭ ＫＣｌが含まれること以外、エンテロコッカス・フェカリスＨＭＧＲの酵素活性は同様に測定した。
タンパク質分析は、Ｂｒａｄｆｏｒｄの方法（（１９７６） Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ．７２：２４８−２５４）によって実施した。比活性は、Δｎｍｏｌ ＮＡＤＰＨ／ｍｉｎ／ｍｇタンパク質として算出した。
図８に示す通り、エンテロコッカス・フェカリスＨＭＧＲでは、サッカロミセス・セレヴィシエｔＨＭＧＲと比較して、より高い比活性および安定性の上昇が示された。
実施例９
この実施例では、乾燥細胞重量（“ＤＣＷ”）でのＯＤ６００のキャリブレーションについて記載する。
ＤＣＷとＯＤ６００との関係を得るために、代表的な株であるＢ３２を、実施例１０−１４に記載するものと類似の高細胞密度工程において増殖させた。実施を通してサンプルを採取して、そして各サンプルについてＯＤ６００およびＤＣＷを測定した。ＤＣＷを測定するために、細胞は沈殿にして、そして上清を捨てた。細胞沈殿物は水で１回洗い、次に少なくとも３日間８０℃の乾燥器内で乾燥させた。細胞沈殿物を含むチューブの重量を測り、チューブの重量は測定重量から差し引かれ、残りの重量を各サンプル（０．００１５ Ｌ）の初期の容積で割ってＤＣＷを得た。
図９には、これらの実験において測定したＤＣＷとＯＤ６００との関係を示している。
実施例１０
この実施例では、サッカロミセス・セレヴィシエｔＨＭＧＲおよびＨＭＧＳを発現する宿主株と比較した、黄色ブドウ球菌ＨＭＧＲおよびＨＭＧＳを発現する大腸菌の宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエン産生の増加を実証している。
宿主株Ｂ３２、Ｂ１５３、Ｂ２１０、Ｂ２８２、Ｂ２９２、Ｂ８６、Ｂ２５５、およびＢ２５６の種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、０．８％グルコース、および抗生物質を含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、２％グルコース、および抗生物質を含む別々の２５０ ｍＬフラスコに接種した。ＯＤ６００が約０．２に達するまで培養を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてアモルファ−４，１１−ジエンの産生を誘導させた。培養物に８ ｍＬの有機層（例えば、ドデカン、オレイン酸メチル、またはミリスチン酸イソプロピル）を重ねた。有機層およびブロスのサンプルを７２時間にわたり１日１回を採取した。ブロスサンプルを使用してＯＤ６００を測定した。アモルファ−４，１１−ジエン濃度を、内部標準としてトランス−またはβ−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル５００ μＬを含む無菌ガラスバイアルに有機層５ μＬを移すことによって測定した。
有機層／酢酸エチルサンプルを、Ｍａｒｔｉｎ ｅｔ ａｌ． （２００１） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｅｎｇ．７５：４９７−５０３に記載の通りに、２つのイオンのみ、つまり、分子イオン （２０４ ｍ／ｚ）および１８９ ｍ／ｚイオンをスキャンすることによって、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ６８９０ガスクロマトグラフ／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で解析した。実行時間を早めるために、温度プログラムおよびカラムマトリクスを改変して、最適ピーク分離および最短の総実行時間を達成した。１ μＬのサンプルを、ＤＢ−ＸＬＢカラム（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ， ＣＡから入手可能な）およびヘリウムキャリアガスを使用したＧＣで分離させた。解析用の温度プログラムは以下の通りである：１００℃で０．７５分間、温度３００℃まで６０℃／分で昇温させ、３００℃で０．５分間維持する。分解したサンプルをＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄモデル５９７３質量選択検出器によって解析して、イオン１８９および２０４ ｍ／ｚをモニターした。
過去の質量スペクトルによって、アモルファ−４，１１−ジエン合成酵素産物がアモルファ−４，１１−ジエンであり、ならびに、アモルファ−４，１１−ジエンが、このＧＣプロトコルを使用して、３．７分間の保持時間を有していることが実証された。β−またはトランス−カリオフィレンを定量化の内部標準として使用した。アモルファ−４，１１−ジエンの力価を、カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル中での精製アモルファ−４，１１−ジエン（ＫＪＦ１７−１０９−３の０．６３−１０ ｍｇ／Ｌ）の定量検量線に基づき、アモルファ−４，１１−ジエンピーク面積に対する内部標準の比率を使用して算出した。
図１０Ａおよび１０Ｂに示す通り、黄色ブドウ球菌ＨＭＧＲおよびＨＭＧＳを発現する株Ｂ１５３およびＢ２８２は、サッカロミセス・セレヴィシエｔＨＭＧＲおよびＨＭＧＳを発現する株Ｂ３２、Ｂ２１０、Ｂ２５５、Ｂ２５６、およびＢ２９２と比較して、高濃度のアモルファ−４，１１−ジエンを産生した。
実施例１１
この実施例では、準最適温度で増殖させた大腸菌の宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエン産生の増加を実証している。
宿主株Ｂ３２の種培養は、表１に詳述している通り、５０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコにストック量０．５ ｍＬの株を加えることによって、そして培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で一晩培養することによって確立した。
初期ＯＤ６００が約０．０５の種培養物を接種に使用し、４個の２５０ ｍＬフラスコにはそれぞれ４０ ｍＬの発酵槽バッチ培地（培地組成については表６を参照）、１００ ｍＭ ＭＯＰＳ緩衝液ｐＨ７．１、および抗生物質が含まれた。ＯＤ６００が０．１８から０．２２に達するまで両方の培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で３０℃または３７℃のいずれかで培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてアモルファ−４，１１−ジエンの産生を誘導させた。誘導の時点で、培養物に８ ｍＬの有機層を重ねて、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。サンプルを１日１回採取して、そして実施例１０に記載の通りに解析した。
図１１Ａおよび１１Ｂに示す通り、３０℃での発酵は細胞増殖には影響を及ぼさなかったが、大腸菌の宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエンの特異的産生の約５０％の増加をもたらした。
実施例１２
この実施例では、制限された炭素源条件下で増殖させた大腸菌の宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエン産生の増加を実証している。
発酵実行０５０６０８−１および０５０６２９−１用の宿主株Ｂ３２の種培養は、表１に詳述している通り、５０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコにストック量の株を０．２５ μＬ加えることによって、そして培養物をＯＤ６００が１から２に達するまで２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で一晩培養することによって確立した。
発酵実行０６０４０３−３用の宿主株Ｂ３２の種培養は、表１に詳述している通り、５０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコにストック量の株を加えることによって、そして培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で一晩培養することによって確立した。初期ＯＤ６００が約１の種培養物を接種に使用し、２５０ ｍＬフラスコには４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質が含まれ、ＯＤ６００が３から５に達するまで培養を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で再び培養した。
すべての発酵工程で、ＫＨ２ＰＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４３Ｈ２Ｏ、ＥＤＴＡ、クエン酸、および（ＮＨ４）２ＳＯ４をバイオリアクター（ＡＤＩ １０１０コントローラー付き２Ｌ Ａｐｐｌｉｋｏｎ Ｂｉｏｃｏｎｓｏｌｅ ＡＤＩ １０２５ｓ， Ａｐｐｌｉｋｏｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ， ＣＡ）内で加熱滅菌した。残りの培地成分はストック溶液としてろ過滅菌して、そしてヘッドプレートを通じて注入した。表３には、発酵実行０５０６０８−１および０５０６２９−１の最終培地組成を示している。表４には、発酵実行０６０４０３−３の最終培地組成物を示している。実行０５０６０８−１の開始容積は０．８ Ｌ、０５０６２９−１の開始容積は１．２ Ｌ、そして０６０４０３−３の開始容積は１ Ｌであった。すべての実行で、ヘッドプレートを通じて５０ ｍＬの種培養物を注入することによって接種した。
Figure 2009538601
Figure 2009538601
 発酵実行０５０６０８−１（過剰の炭素）では、供給は誘導時に開始し、そして供給速度を手動で調整して、図１２Ｃに示す濃度のグルコースを提供した。発酵実行０５０６２９−１（炭素制限）では、供給物を表５に示すプロトコルに従って発酵槽に送達させた。発酵実行０６０４０３−３（最低炭素）では、初期のグルコースボーラス投与量（１５ ｇ）が使い果たされて、溶存酸素がスパイクされた際に、供給は自動的に開始された。最大２７．６ ｇ／ｈｒ間まで、供給速度は以下の式に従って算出された：
ｍｓ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）０μｅμ（ｔ−ｔ０）
μ＝０．１２
Ｓ（ｔ０）＝１５ｇ
ここで、ｔ０は初回のグルコースが枯渇した時間である。最大速度に達すると直ぐに、グルコース供給は９．５ ｇ／ｈｒの速度に制限されて、そして残りの実行ではこの速度で一定に保たれた。
Figure 2009538601
 実行０５０６０８−１および０５０６２９−１は３７℃で実施した。
バイオリアクター内の気流は１−２ Ｌ／分に設定した；ｐＨは水酸化アンモニウムおよび／または水酸化ナトリウムを使用して７に維持した；初期の撹拌は５００−６００ ｒｐｍであった；気泡は消泡剤Ｂ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｉｃｈ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）で抑制した；溶存酸素濃度は撹拌カスケードを使用して３０％以上に維持した。５−６時間の培養、宿主細胞によるアモルファ−４，１１−ジエンの産生は、実行０５０６０８−１では０．８ ｍＬのＩＰＴＧ、ならびに、実行０５０６２９−１では１．２ ｍＬのＩＰＴＧを添加することによって誘導させた。誘導時、培養温度を３０℃に下げた。
実行０６０４０３−３は３０℃で実施した。バイオリアクター内の気流は１−２ Ｌ／分に設定した；ｐＨは、アンモニア水酸化物を使用して７に維持した。溶存酸素を撹拌カスケードおよび酸素濃縮によって３０％以上に維持した。ＯＤ６００が約２８の時（播種から１９時間後）、宿主細胞によるアモルファ−４，１１−ジエンの産生が、１ ｍＬの１ Ｍ ＩＰＴＧを添加することによって誘導させた。
２つの異なるプロトコルに従って、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉し、そして抽出した。実行０５０６０８−１および０５０６２９−１では、排気を２００ ｍＬのヘプタノールを含むガス洗浄機に通気させることで排気中に存在する揮発性アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。次に、サンプル中のアモルファ−４，１１−ジエン濃度が０．６３ ｍｇ／Ｌから２０ ｍｇ／Ｌになるまで、ヘプタノールを酢酸エチル中に希釈した。実行０６０４０３−３では、誘導時に２００ ｍＬの有機層を発酵槽に添加することによってバイオリアクター内においてアモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。産物濃度は、２５ μＬブロス＋有機層を９７５ μＬのアセトニトリルと混ぜ合わせ、Ｆｉｓｈｅｒ Ｖｏｒｔｅｘ Ｇｅｎｉｅ ２TM ｍｉｘｅｒ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｂｏｈｅｍｉａ， ＮＹ）により最高速で少なくとも３分間サンプルを振盪させ、遠心によってサンプルから細胞を除去して、そしてサンプル中のアモルファ−４，１１−ジエン濃度が０．６３から２０ ｍｇ／Ｌになるまで、アセトニトリル溶液を酢酸エチル中で希釈することによって、測定した。実施例１０に記載の通りに、酢酸エチルサンプルをＧＣ／ＭＳによって解析した。
図１２Ａおよび１２Ｂに示す通り、発酵実行０５０６０８−１（過剰の炭素）は、アモルファ−４，１１−ジエンの低い最高細胞密度および低産生をそれぞれもたらし、少なくとも一部では、酢酸濃度の比較的迅速な上昇と相互に関連している（図１２Ｄ）。相対的に、発酵実行０５０６２９−１（炭素制限）は、アモルファ−４，１１−ジエン産生の増加をもたらし、そして酢酸塩産生の開始を延期させた（図１２Ｂ）。
これらの結果は、過剰なグルコース供給が迅速な酢酸塩産生および早期細胞死をもたらすとの仮説と一致している。
発酵実行０６０４０３−３によって達成されるさらなるグルコース制限（最低炭素）は、１００時間以上にわたる酢酸塩の低産生（図１２Ｄ）、および著しく高い最高細胞密度およびアモルファ−４，１１−ジエン産生をもたらした（図１２Ａおよび１２Ｂ）。
実施例１３
この実施例では、制限された炭素源条件下で、ならびに、準最適温度で増殖させた大腸菌の宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエン産生の増加を実証している。
宿主株Ｂ１５３の種培養は、表１に詳述している通り、５０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコにストック量の株を加えることによって、そして培養物をＯＤ６００が３．５から４．５に達するまで２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で増殖させることによって確立した。
２Ｌバイオリアクター（Ｂｉｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＤＩ １０１０ ｗｉｔｈ Ｂｉｏｃｏｎｓｏｌｅ ＡＤＩ １０２５， Ａｐｐｌｉｋｏｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ， ＣＡ）を準備して、そして、株および誘導時間が異なる点を除き、実行０６０４０３−３に関する実施例１２の記載と同じ方法で実行した。
宿主細胞内でのアモルファ−４，１１−ジエンの産生は、培養液に１ ｍＬの１ Ｍ ＩＰＴＧを添加することによって誘導した。図１３Ａに示す発酵実行では、アモルファ−４，１１−ジエン合成は、ＯＤ６００が約２で誘導され、発酵槽にはまだ過剰のグルコースが含まれた。図１３Ｂに示す発酵実行では、アモルファ−４，１１−ジエン合成は、ＯＤ６００が約３３で誘導され、これは、グルコース制限供給が開始された後であった。
２つの異なるプロトコルに従って、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉し、そして抽出した。図１３Ａに示す発酵実行では、排気を２００ ｍＬのヘプタノールを含むガス洗浄機に通気させることで排気中に存在する揮発性アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。次に、サンプル中のアモルファ−４，１１−ジエン濃度が０．６３ ｍｇ／Ｌから２０ ｍｇ／Ｌになるまで、ヘプタノールを酢酸エチル中に希釈した。図１３Ｂに示す発酵実行では、誘導時に２００ ｍＬの有機層を発酵槽に添加することによってアモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。
アモルファ−４，１１−ジエンは、２５ μＬブロスを９７５ μＬのアセトニトリルと混ぜ合わせ、Ｆｉｓｈｅｒ Ｖｏｒｔｅｘ Ｇｅｎｉｅ ２TM ｍｉｘｅｒ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｂｏｈｅｍｉａ， ＮＹ）により最高速で少なくとも３分間サンプルを振盪させ、遠心によってサンプルから細胞を除去して、そしてサンプル中のアモルファ−４，１１−ジエン濃度が０．６３から２０ ｍｇ／Ｌにあるまで、アセトニトリル溶液を酢酸エチル中で希釈することによって、培養液から抽出した。実施例１０に記載の通りに、酢酸エチルサンプルをＧＣ／ＭＳによって解析した。図１３Ａに示す発酵実行では、アモルファ−４，１１−ジエンの総量は、排気中および培養液中に存在する量を合わせて、そして発酵槽容積によって合計を割ることによって得られた。
図１３Ａに示す発酵では、９３の最高ＯＤ６００および３．２ ｇ／Ｌの最高アモルファ−４，１１−ジエン濃度に達した。対照的に、図１３Ｂに示す発酵では、２４５の最高ＯＤ６００および１５ ｇ／Ｌの最高アモルファ−４，１１−ジエン濃度に達した。２つの培養物において観察された培養物の増殖およびアモルファ−４，１１−ジエン産生濃度における差に関する考えうる説明は、図１３Ａに示す発酵実施ではアモルファ−４，１１−ジエン産生が過剰グルコースが消費される前に誘導されること、ならびに、グルコースの無制限な可用性がメバロン酸経路における有毒濃度の中間体の蓄積を可能にすることで細胞死を起こしたことである。図１３Ｂに示す発酵実施では、誘導はグルコース送達が制限された後に起こり、これによって、経路の中間体の蓄積を妨げ、より高い細胞密度およびアモルファ−４，１１−ジエン産生濃度をもたらした。
実施例１４
この実施例では、制限された窒素源条件下で、ならびに、準最適温度で増殖させた大腸菌の宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエン産生の増加を実証している。
宿主株Ｂ８６の種培養は、表１に詳述している通り、５０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコにストック量の株を加えることによって確立した。培養物は２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で一晩増殖させて、翌朝に同じ培地中にＯＤ６００が約１で継代培養させて、ＯＤ６００が３から５になるまで２５０ ｒｐｍ、３７℃で再び増殖させた。
４個の２Ｌバイオリアクター（Ｂｉｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＤＩ １０１０ ｗｉｔｈ Ｂｉｏｃｏｎｓｏｌｅ ＡＤＩ １０２５， Ａｐｐｌｉｋｏｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ， ＣＡ）を準備して、窒素制限実行には供給中に硫酸アンモニアが含まれないことを除き、実行０６０４０３−３の実施例１２に記載の方法と同様に実行した。
発酵実行０６０４０３−３（最低炭素）では、初期のグルコースボーラス投与量（１５ ｇ）が使い果たされて、溶存酸素がスパイクされた際に、倍加時間６時間の対数グルコース供給は自動的に開始された。最大３０．４ ｇ／ｈｒ間まで、供給の速度は以下の式に従って算出された：
ｍｓ（ｔ）＝Ｓ０μｅμ（ｔ−ｔ０）
μ＝０．１２ｍｍ−１
Ｓ０＝１５ｇ
ここで、μは比増殖速度であり、ｔ０は初回のグルコースが枯渇した時間である。最大速度に達すると直ぐに、グルコース供給は１１．４ｇ／ｈｒの速度に制限されて、そして残りの実行ではこの速度で一定に保たれた。発酵実施０６０７１０−４、０６０７２４−５、および０６０６１９−５（炭素および窒素制限）では、アンモニア制限によって培地中にグルコースの蓄積がもたらされた際に、グルコース供給をさらに低減させた。
発酵は３０℃に温度を下げて実施した。バイオリアクター内の気流を１ｖｖｍに設定した；初期の撹拌は７００ ｒｐｍであった；気泡は消泡剤Ｂ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｉｃｈ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）で抑制した；そして溶存酸素圧力は撹拌カスケード（７００−１，２００ ｒｐｍ）および酸素濃縮を使用して４０％に抑制した。発酵実行０６０３２７−３（炭素制限）では、ｐＨは２０％ＮＨ４ＯＨを使用して７に維持させた；発酵実行０６０７１０−４、０６０７２４−５、および０６０６１９−５（炭素および窒素制限）では、ｐＨは最初に２０％ＮＨ４ＯＨを使用して７に維持され、そして２．５Ｎ ＮａＯＨと１０ Ｎ ＮＨ４ＯＨの５０／５０の混合物を使用して７２時間目に開始して、発酵槽内に移るアンモニアの量をさらに制限した。
宿主細胞内でのアモルファ−４，１１−ジエン産生は、ＯＤ６００が約３０で、培養液に１ｍＬの１Ｍ ＩＰＴＧを添加することで誘導させた。
アモルファ−４，１１−ジエンを、培地に１０％（ｖ／ｖ）有機層を重ねることによって捕捉した。アモルファ−４，１１−ジエンを、次に、２５ μＬのブロスと９７５ μＬを混ぜ合わせて、サンプルを最高速のＦｉｓｈｅｒ Ｖｏｒｔｅｘ Ｇｅｎｉｅ ２TM ｍｉｘｅｒ （Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｂｏｈｅｍｉａ， Ｎ． Ｙ．） で少なくとも１５分間にわたり振盪させて、細胞を遠心機により除去して、１０ μＬのメタノールを１０ μＬ／Ｌのトランス−カリオフィレンを含む９９０ μＬの酢酸エチルに添加することによって抽出した。
実施例１０に記載の通りに、サンプルをＧＣ／ＭＳによって解析した。
図１４Ａ−Ｅには、発酵実行０６０３２７−３（炭素制限）からのデータを示している。発酵によって最高濃度１６ ｇ／Ｌのアモルファ−４，１１−ジエンが産生された（図１４Ａ）。宿主株の容積測定最高産生能は、２００ ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上であった（図１４Ｂ）。宿主株の最大比産生能は、２ ｍｇ／Ｌ／ｈｒ／ＯＤ６００以上であった（図１４Ｃ）。培養液中のアンモニア濃度は発酵実行の開始時に約３０ ｍＭであり、対数増殖中での供給溶液の添加時には約７６ ｍＭに上昇し、残りの実行では約６０ ｍＭ以上のままであった（図１４Ｄ）。達した最高ＯＤ６００は約２９０であり（図１４Ｄ）、１１６ ｇＤＣＷ ／Ｌに対応した。培養液中のグルコース濃度は、２０時間以内に１５ ｇ／Ｌから１ ｇ／Ｌ未満まで下がり、そして低いままであった（図１４Ｅ）。酢酸濃度は発酵を通じて低かった（図１４Ｅ）。
図１５Ａ−Ｅには発酵実行０６０７１０−４、０６０７２４−５、および０６０６１９−５（炭素および窒素制限）からのデータを示している。発酵によって約２０ ｇ／Ｌから３０ ｇ／Ｌまでの最高濃度のアモルファ−４，１１−ジエンが産生された（図１５Ａ）。宿主株の容積測定最高産生能は、３つすべての発酵実行において４００ ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上であったが（図１５Ｂ）、それは窒素の無制限発酵において得られる容積測定最高産生能よりも有意に高い（図１４Ｂ）。宿主株の最大比産生能はすべての実行で２ ｍｇ／Ｌ／ｈｒ／ＯＤ６００以上であり、そして実行を通じて高いままであった（図１５Ｃ）。培養液中のアンモニア濃度は、発酵実行の開始時に約３５ ｍＭから５０ ｍＭであり、対数増殖中での供給溶液の添加時に下落し、残りの実行では約１０ ｍＭ未満のままであった（図１５Ｄ）。（発酵実行０６０３２７−３（図１４Ｄ）と比較したアンモニア濃度の低下は、供給溶液中のアンモニアの欠乏およびｐＨを維持するために使用する塩基中のアンモニアの低下に起因する。。発酵実行０６０７１０−４および０６０６１９−５には実行終了時でのアンモニア濃度におけるスパイクを示しているが、しかし、スパイクはアモルファ−４，１１−ジエンの大量産生後に起こった）。達した最高ＯＤ６００は１７０から２２０であり（図１５Ｄ）、６８ ｇから８８ ｇＤＣＷ ／Ｌに対応した。培養液中のグルコース濃度は、２０時間以内に１５ ｇ／Ｌから１ ｇ／Ｌ未満まで下がり、そして低いままであった（図１５Ｅ）。酢酸濃度は発酵実行を通じて低かった（図１５Ｅ）。
実施例１５
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるＤＸＰ経路を介したアモルファ−４，１１−ジエンの産生について記載している。
宿主株Ｂ００３、Ｂ６１７、Ｂ６１８、およびＢ６１９の種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳおよび抗生物質を含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、４５ μｇ／ｍＬチアミン、微量養分、１．００Ｅ−５ ｍｏｌ／Ｌ ＦｅＳＯ４、０．１ Ｍ ＭＯＰＳ、０．５％酵母エキス、２０ ｇ／Ｌグルコース、および抗生物質を含む別々の２５０ ｍＬフラスコに接種した。ＯＤ６００が０．２から０．３に達するまで培養を２５０ ｒｐｍの加湿振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてアモルファ−４，１１−ジエンの産生を誘導させた。
誘導の時点で、培養物に８ ｍＬの有機層を重ねて、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。サンプルを様々な時間点で採取して、そしてアモルファ−４，１１−ジエンを抽出して、実施例１０に記載の通りに、ＧＣ／ＭＳによって解析した。実験は各宿主株の２つの独立したクローンを使用して実施して、結果を平均化した。サンプル間での偏差は１０％未満であることが判明した。
図１６に示す通り、完全操作ＤＸＰ経路酵素群をコードするヌクレオチド配列を含む大腸菌の宿主株Ｂ６１９は、約４５ ｍｇ／ｇ ＤＣＷのアモルファ−４，１１−ジエンを産生した。
実施例１６
この実施例では、大腸菌の宿主株における３−メチル−ブット−３−エン−ｌ−オールおよび３−メチル−ブット−２−エン−ｌ−オールの産生について記載している。
宿主株Ｂ２８６、Ｂ２８７、Ｂ２８８、およびＢ２９１の種培養は、表１に詳述した通りに、抗生物質を含むＬＢ寒天培地にストック量の各株を画線培養することによって確立した。独立した３個のコロニーを各株について選び出し、そして各コロニーを、抗生物質を含む７ ｍＬのＬＢ培地中に接種した。培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で後期対数増殖期まで一晩培養した。培養物を、次に、ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、２％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコ内に接種した。ＯＤ６００が約０．２に達するまで培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で一晩増殖させて、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによってそれらを誘導させた。培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３７℃で７２時間にわたり増殖させた。１日に１から２回、各培養物のＯＤ６００を測定して、７００ μＬのサンプルを除去した。培養ブロスから３−メチル−ブット−３−エン−ｌ−オールおよび３−メチル−ブット−２−エン−ｌ−オールを抽出するために、除去した各サンプル３００ μＬに６００ μＬの酢酸エチルを添加した。サンプルを、次に、１５分間にわたりボルテックスして、酢酸エチルの上層４００ μＬを解析のために無菌ガラスバイアルに移した。
サンプルをＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ６８９０ガスクロマトグラフ／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で解析した。１ μＬのサンプルを、ＤＢ−５カラム（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ， ＣＡから入手可能な）およびヘリウムキャリアガスを使用したＧＣで分離させた。解析用の温度プログラムは以下の通りである：６０℃で３分間、温度３００℃まで６０℃／分で昇温させ、３００℃で２分間保持する。総実行時間は９分間であった。分解したサンプルをＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄモデル５９７３質量選択検出器によって解析した。過去の質量スペクトルによって、３−メチル−３−ブテン−ｌ−オールおよび３−メチル−２−ブテン−ｌ−オールが、このＧＣプロトコルを使用して、２．０６７分間の保持時間を有していることが実証された。３−メチル−ブット−３−エン−ｌ−オールおよび３−メチル−ブット−２−エン−ｌ−オールの検出に焦点を合わせるために、３−メチル−ブット−３−エン−ｌ−オールおよび３−メチル−ブット−２−エン−ｌ−オールにおいてイオン５６および６８のみをモニターする選択的イオンモニタリング法を用いた。
実施例１７
この実施例では、サッカロミセス・セレヴィシエの宿主株によるアモルファ−４，１１−ジエンの産生について記載している。
宿主株ＥＰＹ２２４の作成については、Ｒｏら（Ｎａｔｕｒｅ ４４０ ９４０−９４３， ２００６）およびＰＣＴ特許出願国際公開広報第２００７／００５６０４号に記載されている。宿主株ＥＰＹ２２４から発現プラスミドｐＲＳ４２５ＡＤＳを、ＹＰＤ培地（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｙｅａｓｔ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ Ａ Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｃｏｕｒｓｅ Ｍａｎｕａｌ， ２００５ ｅｄ ， ＩＳＢＮ ０−８７９６９−７２８−８）中での増殖、次に、単一コロニーをＣＳＭ−Ｍｅｔ Ｈｉｓ寒天培地およびＣＳＭ−Ｍｅｔ Ｌｅｕ寒天培地上にパッチすることによって取り除いた。ＣＳＭ−Ｍｅｔ Ｈｉｓ寒天培地で増殖したが、ＣＳＭ− Ｍｅｔ Ｌｅｕ寒天培地では増殖しなかったクローンでは取り除かれた（つまり、プラスミドｐＲＳ４２５ＡＤＳを失った）。このような１つのクローンをＥＰＹ３００と表した。ＥＰＹ３００を発現プラスミドｐＲＳ４２５−ＡＤＳ−ＬＥＵ２ｄで形質転換させ、これは、ＬＥＵ２の代わりに、ＬＥＵ２ｄ選択マーカー（Ｅｒｈａｒｔ ａｎｄ Ｈｏｌｌｅｎｂｅｒｇ （１９８３） Ｊ Ｂａｃｔｅｎｏｌ １５６ ６２５−６３５）を含む点を除き、ｐＲＳ４２５−ＡＤＳと同一のプラスミドであり、宿主株Ｙ１８５をもたらした。
Ｙ１８５宿主細胞の形質転換体を、２％グルコース、ならびに、ヒスチジン、ロイシン、およびメチオニンを除くすべてのアミノ酸を含む合成培地（ＣＳＭ−ｇｌｕｃｏｓｅ， ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ， Ｓｏｌｏｎ， ＯＨ）で選択した。宿主株ＥＰＹ３００はロイシン生合成（ｌｅｕ２）については栄養要求性であるが、しかしＹ１８５内の発現プラスミドｐＲＳ４２５−ＡＤＳ−ＬＥＵ２ｄはロイシン原栄養性（ＬＥＵ２）を回復させる。単一コロニーを選択培地（ＣＳＭ−グルコース−ヒスチジン、ロイシン、メチオニン）上にパッチして、そして２日間増殖させた。細胞をプレートから剥離して、凍結チューブ内の１ ｍＬの２５％（ｖ／ｖ）グリセロールに移した。浮遊液を混合させて、次に、−８０℃で保存した。
宿主株Ｙ１８５の種フラスコは、４０ ｍＬのロイシンおよびメチオニン不含ＣＳＭ−グルコースを含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのロイシン不含合成培地、０．２％グルコース、１．８％ガラクトース、および１ ｍＭメチオニンを含む別々の２５０ ｍＬバッフルフラスコに接種した。培養物を２００ ｒｐｍの回転式振盪培養機で３０℃で培養した。培地中のグルコースの存在によってガラクトースによるＧＡＬ１プロモーターの誘導が妨げられるため、アモルファ−４，１１−ジエン産生は、細胞が培地中のグルコースを使い果たし、その主な炭素源としてガラクトースに切り替えるまでは誘導されない。接取の時点で、培養物に８ ｍＬの有機層を重ねて、アモルファ−４，１１−ジエンを捕捉した。サンプルを、７２時間目に、内部標準として未知濃度のトランス−またはβ−カリオフィレンを含む酢酸エチル５００ μＬを含む無菌ガラスバイアルに５ μＬの有機溶媒層を移すことによって採取した。
有機層／酢酸エチルサンプルを、実施例１０に記載の通りに、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ６８９０ガスクロマトグラフ／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で解析した。
７２時間の増殖後、３つの酵母培養物が６０．６８、５４．４８、および５９．２５ ｍｇ／Ｌのアモルファ−４，１１−ジエンを産生することが判明した。
実施例１８
この実施例では、サッカロミセス・セレヴィシエの宿主株におけるアモルファ−４，１１−ジエンの産生について記載しており、ここで、宿主株には野生型メバロン酸経路および異種調節制御の制御下にある異種メバロン酸経路が含まれる。
酵母株ＣＥＮ．ＰＫ２−１Ｃ （Ｙ００２） （ＭＡＴＡ； ｕｒａ３−５２； ｔｒｐ１−２８９； ｌｅｕ２−３，１１２； ｈｉｓ３Δ１， ＭＡＬ２−８Ｃ， ＳＵＣ２）およびＣＥＮ．ＰＫ２−１Ｄ （Ｙ００３） （ＭＡＴａｌｐｈａ； ｕｒａ３−５２； ｔｒｐ１−２８９； ｌｅｕ２−３，１１２； ｈｉｓ３Δ１； ＭＡＬ２−８Ｃ； ＳＵＣ２） （Ｊ． Ｐ． ｖａｎ Ｄｉｊｋｅｎ ｅｔ ａｌ．， Ｅｎｚｙｍｅ Ｍｉｃｒｏｂ Ｔｅｃｈｎｏｌ ２６， ７０６ （Ｊｕｎ １， ２０００） を、標準的な富栄養培地（ＹＰＤ）または適当な栄養分を欠く合成培地（．Ｄ．Ｒｏｓｅ， Ｆ． Ｗｉｎｓｔｏｎ， Ｐ． Ｈｅｉｔｅｒ， Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｙｅａｓｔ ｇｅｎｅｔｉｃｓ， ａ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｏｕｒｓｅ ｍａｎｕａｌ．（Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ， Ｎ． Ｙ．， １９９０）中で培養させて、組み込み形質転換体、プラスミド保持、および減数分裂子孫細胞の選択を可能にした。
Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ内へのＤＮＡ媒介性形質転換は、Ｒ． Ｈ． Ｓｃｈｉｅｓｔｌ， Ｒ Ｄ． Ｇｉｅｔｚ， Ｃｕｒｒ Ｇｅｎｅｔ １６， ３３９ （Ｄｅｃ， １９８９） に記載の通りに、酢酸リチウムを使用して実施した。すべての遺伝子破壊および置換は、表現型分析、コロニーＰＣＲ（“ＰＣＲ”）、および増幅させたゲノムＤＮＡの配列決定によって確認した。プラスミドｐＡＭ４８９−ｐＡＭ４９８は、ｐＣＲ２．１（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ， Ｃａｒｌｓｂａｄ ＣＡ）を使用して構築したが、図７Ａ−Ｃおよび表６に概略的に記載している。ＨＩＳＭＸマーカー配列については、Ｍ． Ｓ． Ｌｏｎｇｔｍｅ ｅｔ ａｌ．， Ｙｅａｓｔ １４， ９５３ （Ｊｕｌ， １９９８） に記載されている。プラスミドＤＮＡの増幅は大腸菌株ＤＨ５α内で実施した。
Figure 2009538601
 Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ株Ｙ００２およびＹ００３は、以下による誘導性メバロン酸経路遺伝子群の導入によって調製した。ＥＲＧ９プロモーターは、野生型ＥＲＧ９プロモーターのホモロジーの４５塩基を含むプライマー５０−５６−ｐｗ１００−Ｇ（配列含号：４４）および５０−５６−ｐｗ１０１−Ｇ（配列番号：４５）を使用して、ｐＡＭ３２８（配列番号：４３）からのＫａｎＭＸ−ＰＭＥＴ３領域のＰＣＲ増幅によってＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅＭＥＴ３プロモーターと置換させた。
結果として得たＰＣＲ産物１０ μｇを、４０％（ｗ／ｗ）ポリエチレングリコール３３５０（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｓｔ Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）、１００ ｍＭ酢酸リチウム（Ｓｉｇｍａ）、１０ μｇサケ精子ＤＮＡ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を使用し、３０℃で３０分間にわたり培養して、続いて４２℃のヒートショック（Ｓｃｈｉｅｓｔｌ ＆ Ｇｉｅｔｚ， Ｃｕｒｒ．Ｇｅｎｅｔ．１６： ３３９ （１９８９）に記載）によって対数増殖中のＹ００２およびＹ００３株に形質転換させた。陽性組み換え体を、０．５μｇ／ｍＬのジェネティシン（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏ， Ｃａｒｌｓｂａｄ， ＣＡ）を含む 富栄養培地での増殖能によって同定して、診断的ＰＣＲによって確認した。結果として得られたクローンには、Ｙ９３（ＭＡＴ Ａ）およびＹ９４（ＭＡＴ ａｌｐｈａ）の表示を与えた。次に、ＡＤＥ１オープンリーディングフレームをカンジダ・グラブラタＬＥＵ２遺伝子（ＣｇＬＥＵ２）で置換させた。３．５ ＫＢのＣｇＬＥＵ２ゲノム遺伝子座は、ＡＤＥ１オープンリーディングフレームの隣接ホモロジーの５０塩基を含むプライマー６１−６７−ＣＰＫ０６６−Ｇ（配列含号：４６）および６１−６７−ＣＰＫ０６７−Ｇ（配列番号：４７）を使用して、Ｃ． ｇｌａｂｒａｔａゲノムＤＮＡ（ＡＴＣＣ， Ｍａｎａｓｓａｓ， ＶＡ）から増幅させた。結果として得たＰＣＲ産物１０ μｇを、上記の通りに、対数増殖中のＹ９３およびＹ９４株に形質転換させて、ロイシン補給の非存在下での増殖でａｄｅ１株を選択して、診断的ＰＣＲによって確認した。結果として得られたクローンには、Ｙ１７６（ＭＡＴ Ａ）およびＹ１７７（ＭＡＴ ａｌｐｈａ）の表示を与えた。
Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ株Ｙ１８８を作成するために、ｐＡＭ４９１（配列番号：４８）およびｐＡＭ４９５（配列番号：４９）のプラスミドＤＮＡを２ μｇ、それぞれＰｍｅＩ（Ｎｅｗ Ｅｎｇｌａｎｄ Ｂｉｏｌａｂｓ， Ｂｅｖｅｒｌｙ， ＭＡ）で一晩消化させて、そして上記の通り、対数増殖中のＹ１７６に導入させた。陽性の組み換え体をウラシルおよびヒスチジン不含培地での増殖によって選択した。正確なゲノム遺伝子座への組み込みを診断的ＰＣＲによって確認した。
Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ株Ｙ１８９を作成するために、ｐＡＭ４８９（配列番号：５０）およびｐＡＭ４９７（配列番号：５１）のプラスミドＤＮＡを２ μｇ、それぞれＰｍｅＩで一晩消化させて、そして上記の通り、対数増殖中のＹ１７７に導入させた。陽性の組み換え体をトリプトファンおよびヒスチジン不含培地での増殖によって選択した。正確なゲノム遺伝子座への組み込みを診断的ＰＣＲによって確認した。
Ｙ１８８およびＹ１８９からの約１ Ｘ １０７個の細胞を６時間にわたり室温で、ＹＰＤ培地プレート上で混合して、接合させた。混合させた細胞培養物を、次に、ヒスチジン、ウラシル、およびトリプトファン不含培地に播種して、二倍体細胞の増殖で選択した。ｐＡＭ４９３（配列番号：５２）のプラスミドＤＮＡを２ μｇ、ＰｍｅＩで一晩消化させて、そして上記の通り、対数増殖中の二倍体細胞に導入させた。陽性の組み換え体をアデニン不含培地での増殖によって選択した。正確なゲノム遺伝子座への組み込みを診断的ＰＣＲによって確認した。結果として得られた株には、Ｙ２３８の表示を与えた。
導入する遺伝子の全長の相補体を含む半数体株を作成するために、Ｙ２３８を２％酢酸カリウムおよび０．０２％ラフィノースの液体培地中において胞子形成させた。約２００の遺伝子四分染色体（四分染色体が４つの胞子形成した減数分裂の産物である）を、Ｓｉｎｇｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＭＳＭ３００シリーズマイクロマニピュレーター（Ｓｉｎｇｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏ， ＬＴＤ． Ｓｏｍｅｒｓｅｔ， ＵＫ）を使用して分離させた。導入する遺伝物質の適当な相補体を含む独立した遺伝的分離株を、アデニン、ヒスチジン、ウラシル、およびトリプトファンの非存在下での増殖能によって同定した。導入したすべてのＤＮＡの組み込みを診断的ＰＣＲによって確認した。結果として得られた株には、Ｙ２１０（ＭＡＴ Ａ）およびＹ２１１（ＭＡＴ ａｌｐｈａ）の表示を与えた。
Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのＧＡＬ１プロモーターから発現されるＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのコドンを最適化させたアモルファジエン合成酵素（ＡＤＳ）を含むｐＡＭ４２６（配列番号：５３）由来の２μｇのプラスミドＤＮＡを、上記載の通りに、対数増殖中のＹ２１０およびＹ２１１に導入した。ｐＡＭ４２６プラスミドを含むＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ株を、ロイシン補給の非存在下での増殖能で選択した。結果として得られた株には、Ｙ２２５（ＭＡＴ Ａ）およびＹ２２７（ＭＡＴ ａｌｐｈａ）の表示を与えた。
Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのＧＡＬ１プロモーターから発現されるＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのコドンを最適化させたアモルファジエン合成酵素（ＡＤＳ）およびシトクロムＰ４５０モノオキシゲナーゼ（ＡＭＯ）ならびにＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのＧＡＬ１０プロモーターから発現させたシトクロムＰ４５０酸化還元酵素（ＣＰＲ）を含むｐＡＭ４２６（配列番号：５３）由来の２μｇのプラスミドＤＮＡを、上記の通りに、対数増殖中のＹ２１０およびＹ２１１に導入した。ｐＡＭ３２２プラスミドを含むＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ株を、ロイシン補給の非存在下での増殖能で選択した。結果として得られた株には、Ｙ２２２（ＭＡＴ Ａ）およびＹ２２４（ＭＡＴ ａｌｐｈａ）の表示を与えた。
実施例１９
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるα−ファルネセンまたはβ−ファルネセンの産生について記載している。
宿主株Ｂ５５２およびＢ５９２の種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、０．８％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、２％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコに接種した。ＯＤ６００が約０．２に達するまで両方の培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてα−ファルネセンまたはβ−ファルネセンの産生を誘導させた。誘導の時点で、培養物に８ ｍＬの有機層を重ねて、α−ファルネセンを捕捉した。サンプルを、１２０時間目まで２４時間毎に（計５つの時間点）、内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル１ ｍＬを含む無菌ガラスバイアルに有機層２ μＬから１０ μＬを移すことによって採取した。また、１ ｍＬ量の培養物を沈降させて、細胞沈殿物を２５０ μＬの滅菌水中に再懸濁させて、そして細胞懸濁液を、内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル１ ｍＬを含む無菌ガラスバイアルに移した。また、０．５ ｍＬ量の全培養ブロスを、内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル１ ｍＬを含む無菌ガラスバイアルに添加した。全培養ブロスサンプルを、ガラスバイアルを１０分間にわたりボルテックスすることで、酢酸エチル中で抽出して、その後、６００ μＬの酢酸エチル抽出物を無菌ガラスバイアルに移した。
有機層／酢酸エチルサンプルおよび酢酸エチルで抽出した全培養ブロスサンプルを、フルスキャンモード（５０−５００ｍｉｘ）のＡｇｉｌｅｎｔ５９７５質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）付きＡｇｉｌｅｎｔ ６８９０Ｎガスクロマトグラフで解析した。実行時間を早めるために、温度プログラムおよびカラムマトリクスを改変して、最適ピーク分離および最短の総実行時間を達成した。１μＬのサンプルを、ＨＰ−５ＭＳカラム（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，ＣＡから入手可能な）およびヘリウムキャリアガスを使用した分離させた。解析用の温度プログラムは以下の通りである：１５０℃で３分間保持、温度２００℃まで２５℃／分で昇温させ、温度３００℃まで６０℃／分で昇温させ、そして３００℃で１分間保持する。過去の質量スペクトルによって、β−ファルネセン合成酵素産物がβ−ファルネセンであり、ならびに、β−ファルネセンが、このＧＣプロトコルを使用して、４．３３分間の保持時間を有していることが実証された。ファルネセンの力価は、トランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル中の精製β−ファルネセン（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）の定量的検量線に対して、作成したピーク面積を比較することによって算出した。
宿主株Ｂ５９２は１２０時間目に約４００ｍｇ／Ｌのα−ファルネセン（３つの独立したクローンで平均化した）を産生し、そして約４６ｍｇ／Ｌ／ＯＤ６００の最大比産生能を有していた。宿主株Ｂ５５２は１２０時間目に約１．１ｇ／Ｌのβ−ファルネセン（３つの独立したクローンで平均化した）を産生し、そして約９６ｍｇ／Ｌ／ＯＤ６００の最大比産生能を有していた（１つの代表的クローン）。
実施例２０
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるＤＸＰ経路を介したβ−ファルネセンの産生について記載している。
宿主株Ｂ６５０、Ｂ６５１、Ｂ６５２、およびＢ６５３の種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳおよび抗生物質を含む１２５ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、４５μｇ／ｍＬチアミン、微量養分、１．００Ｅ−５ｍｏｌ／Ｌ ＦｅＳＯ４、０．１Ｍ ＭＯＰＳ、０．５％酵母エキス、２０ｇ／Ｌグルコース、および抗生物質を含む別々の２５０ ｍＬフラスコに接種した。ＯＤ６００が０．２から０．３に達するまで両方の培養物を２５０ ｒｐｍの加湿振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞においてβ−ファルネセンの産生を誘導させた。誘導の時点で、培養物に８ｍＬの有機層を重ねて、β−ファルネセンを捕捉した。有機層の上層のサンプル１００μＬを無菌チューブに移すことで、サンプルを様々な時間点で採取した。チューブを遠心機にかけて、残りの細胞または培地を分離させ、そして１０ μＬの有機層サンプルを、無菌ガラスＧＣバイアル中の内部標準としてβ−またはトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル５００μＬ中に移した。混合物を３０秒間ボルテックスして、次に、実施例１８に記載の通りに解析した。大腸菌の宿主株Ｂ６５３は、約７ｍｇ／ｇ ＤＣＷのβ−ファルネセンを産生した。
実施例２１
この実施例では、サッカロミセス・セレヴィシエの宿主株におけるα−ファルネセンまたはβ−ファルネセンの産生について記載している。
ＥＰＹ３００株を、富栄養培地中で培養させることで、サッカロマイセス・セレヴィシエ株ＥＰＹ２２４（Ｒｏ ｅｔ ａｌ． （２００６） Ｎａｔｕｒｅ ４４０ ９４０−９４３， ＰＣＴ特許出願国際公開広報第２００７／００５６０４号）から発現ベクターを除去することにより作成した。ＥＰＹ３００株を、次に、発現ベクターｐＲＳ４２５−ＦＳＡまたはｐＲ４２５−ＦＳＢで形質転換させて、それぞれ宿主株Ｙ１６６およびＹ１６４をもたらした。
宿主細胞の形質転換体を、２％グルコースおよびロイシンを除くすべてのアミノ酸を含む合成培地（ＳＭ−ｇｌｕ）で選択した。宿主株ＥＰＹ３００はロイシン生合成（ｌｅｕ２）については栄養要求性であるが、しかし、発現プラスミドｐＲＳ４２５−ＦＳＡまたはｐＲＳ４２５−ＦＳＢはロイシン原栄養性（ＬＥＵ２）を回復させる。シングルコロニーを５ ｍＬのロイシン不含液体ＳＭ−ｇｌｕを含む培養バイアルに移した。増殖が静止期に達するまで、培養物を３０℃で撹拌培養した。細胞を、凍結バイアル内で、４００ μＬの５０％グリセロールおよび６００ μＬの液体培地で作った１ ｍＬの凍結液中で−８０℃で保存した。
種培養は、２５ ｍＬのロイシン不含ＳＭ−ｇｌｕを含む１２５ ｍＬフラスコにストック量を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのロイシン不含合成培地、０．２％グルコース、および１．８％ガラクトースを含む別々の２５０ ｍＬバッフルフラスコに接種した。培養物を２００ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で培養した。培地中のグルコースの存在によってガラクトースによるＧａｌｌプロモーターの誘導が妨げられるため、細胞が培地中のグルコースを使い果たして、それらの主な炭素源としてガラクトースの使用に切り替えるまで、ファルネセン産生は誘導されなかった。培養物に８ ｍＬのオレイン酸メチルまたはミリスチン酸イソプロピルを重ねた。サンプルを、２４時間毎１回、内部標準として未知濃度のトランス−またはβ−カリオフィレンを含む酢酸エチル５００ μＬを含む無菌ガラスバイアルに２−１０ μＬの有機溶媒層を移すことによって採取した。また、０．５ ｍＬ量の全培養ブロスを、内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル１ ｍＬを含む無菌ガラスバイアルに添加した。全培養ブロスサンプルを、ガラスバイアルを１０分間にわたりボルテックスすることで、酢酸エチル中で抽出して、その後、６００ μＬの酢酸エチル抽出物を無菌ガラスバイアルに移した。
宿主株Ｙ１６６は、１２０時間目に約９．８ ｇ／Ｌのα−ファルネセン（３つの独立したクローンで平均化した）を産生し、そして約３ ｍｇ／Ｌ／ＯＤ６００の最大比産生能を有していた（１つの代表的クローン）。宿主株Ｙ１６４は、１２０時間目に約５６ ｇ／Ｌのβ−ファルネセン（３つの独立したクローンで平均化した）を産生し、そして約２０ ｍｇ／Ｌ／ＯＤ６００の最大比産生能を有していた（１つの代表的クローン）。
実施例２２
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるγ−テルピネン、α−ピネン、およびテルピノレンの産生について記載している。
γ−テルピネン（大腸菌ＤＨ１−Ｔ１ｒ ［ｐＭｅｖＴ， ｐＭｅｖＢ−Ｇｐｐｓ， ｐＡＭ４４５］）， α−ピネン（大腸菌ＤＨ１−Ｔ１ｒ ［ｐＭｅｖＴ， ｐＭｅｖＢ−Ｇｐｐｓ， ｐＡＭ４４３ ｏｒ ｐＡＭ４４２］）、またはテルピノレン（大腸菌ＤＨ１−Ｔ１ｒ ［ｐＭｅｖＴ， ｐＭｅｖＢ−Ｇｐｐｓ， ｐＡＭ４４４］ の産生用の宿主株Ｂ６１およびＢ６２の種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、２％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む別々の１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を後期対数増殖期まで一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ培地、２％グルコース、０．５％酵母エキス、および抗生物質を含む２５０ ｍＬフラスコに接種した。接種時に、培養物に４ ｍＬのヘキサデカンも重ねた。ＯＤ６００が約０．２に達するまで両方の培養物を２００−２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞において対象となる化合物の産生を誘導させた。サンプルを、９６時間にわたり、１日に１回、２００ μＬのヘキサデカン層を０．６ ｍＬマイクロチューブに移すことによって採取した。解析のために、１．８ ｍＬのＧＣバイアル中で、ヘキサデカン層を内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチルで１：１または１：１０に希釈した。また、１ ｍＬ量の培養物を沈降させて、細胞沈殿物を２５０ μＬの滅菌水中に再懸濁させて、そして細胞懸濁液を、内部標準としてトランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル１ ｍＬを含むガラスバイアルに移した。細胞沈殿物を、ガラスバイアルを１５分間にわたりボルテックスすることで、酢酸エチル中で抽出して、その後、５００ μＬの酢酸エチル抽出物を無菌ガラスバイアルに移した。
ヘキサデカン／酢酸エチルサンプルおよび酢酸エチルで抽出した全培養ブロスサンプルを、フルスキャンモード（５０−５００ ｍｉｘ）のＡｇｉｌｅｎｔ５９７５質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）付きＡｇｉｌｅｎｔ ６８９０Ｎガスクロマトグラフで解析した。実行時間を早めるために、温度プログラムおよびカラムマトリクスを改変して、最適ピーク分離および最短の総実行時間を達成した。１ μＬのサンプルを分割して（サンプル濃度に基づいて、１：２から１：５０の分割比を選択した）、次に、ＨＰ−５ＭＳカラム（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ， ＣＡ）およびヘリウムキャリアガスを使用した分離させた。解析用の温度プログラムは以下の通りである：７５℃で３分間保持、温度１１５℃まで２０℃／分で昇温させ、温度３００℃まで６０℃／分で昇温させ、そして３００℃で０．５分間保持する。様々な産物、γ−テルピネン、α−ピネン、およびテルピノレンが、それぞれ５．４、４．１、５．４、および５．９分に観察された。力価は、トランス−カリオフィレンでスパイクした酢酸エチル中の精製標準品の定量的検量線に対して、作成したピーク面積を比較することによって算出した。
実施例２３
この実施例では、大腸菌の宿主株におけるリナロオール、リモネン、β−ピネン、β−フェランドレン、カレン、またはサビネンの産生について記載している。
種培養は、表１に詳述した通りに、２５ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、０．５％酵母エキス、２％グルコース、および抗生物質を含む別々の１２５ ｍＬフラスコにストック量の各株を加えることによって、そして培養物を一晩増殖させることによって確立した。
種培養物を使用して、初期ＯＤ６００が約０．０５で、４０ ｍＬのＭ９−ＭＯＰＳ、０．５％酵母エキス、２％グルコース、および抗生物質を含む別々の２５０ ｍＬバッフルフラスコに接種した。ＯＤ６００が約０．２に達するまで両方の培養物を２５０ ｒｐｍの回転式振盪培養機で、３０℃で培養して、この時点で、培養液に１Ｍ ＩＰＴＧを４０ μＬ添加することによって宿主細胞において対象となる化合物の産生を誘導させた。対象となる化合物は、溶剤−溶抽出によって、もしくは、対象となる化合物の力価が十分に大きく、培地を飽和させて、そして第二相を形成する場合には、静置およびデカンテーションによって培養液から分離させる。
（配列表）
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Claims (43)

  1. イソプレノイドを産生する方法であって
    （ａ）経路酵素のすべてが少なくとも１つの異種転写制御因子の制御下にあるソペンテニルピロリン酸を作るための酵素経路を含む複数の宿主細胞を得ること；ならびに
    （ｂ）該宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる条件と比較して準最適な条件下の培地において該宿主細胞を培養すること、
    を含む方法。
  2. 前記経路がメバロン酸経路である、請求項１記載の方法。
  3. 前記経路がＤＸＰ経路である、請求項１記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つの異種転写制御配列が誘導性である、請求項１記載の方法。
  5. 前記経路酵素が単一の転写調節因子の制御下にある、請求項１記載の方法。
  6. 前記経路酵素が複数の異種転写調節因子の制御下にある、請求項１記載の方法。
  7. 前記宿主細胞が原核生物である、請求項１記載の方法。
  8. 前記宿主細胞が大腸菌である、請求項７記載の方法。
  9. 前記宿主細胞が真核生物である、請求項１記載の方法。
  10. 前記宿主細胞が菌類である、請求項１記載の方法。
  11. 前記宿主細胞がＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅである、請求項９記載の方法。
  12. 前記経路に内因性メバロン酸経路を有する原核生物のメバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列が含まれる、請求項２記載の方法。
  13. 前記原核生物が、エンテロコッカス属（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、およびスタフィロコッカス属（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）から選択される属である、請求項１２記載の方法。
  14. 前記核酸配列が、アセチル‐ＣｏＡチオラーゼ、ＨＭＧ−ＣｏＡ合成酵素、ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素、およびメバロン酸キナーゼから選択される、請求項１３記載の方法。
  15. 前記核酸配列がクラスＩＩ ＨＭＧ−ＣｏＡ還元酵素をコードする、請求項１２記載の方法。
  16. 前記宿主細胞が、栄養分または温度またはこれらの両方が該宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる濃度未満に維持された培地中で培養される、請求項１記載の方法。
  17. 前記培地の温度が、最大比増殖速度を提供しうる温度よりも少なくとも約２−２０℃低い、請求項１記載の方法。
  18. 前記宿主細胞を、最大比増殖速度を提供しうる温度よりも少なくとも約５℃低い温度で培養する、請求項１７記載の方法。
  19. 前記培地の温度が、最大比増殖速度を提供しうる温度よりも少なくとも約１０℃低い、請求項１７記載の方法。
  20. 前記培地に炭素源が含まれ、炭素源の量によって最大比増殖速度の約９０％またはそれ未満が提供される、請求項１記載の方法。
  21. 前記炭素源の量によって最大比増殖速度の約７５％またはそれ未満が提供される、請求項２０記載の方法。
  22. 前記炭素源の量によって最大比増殖速度の約５０％またはそれ未満が提供される、請求項２０記載の方法。
  23. 前記炭素源の量によって最大比増殖速度の約２５％またはそれ未満が提供される、請求項２０記載の方法。
  24. 前記炭素源の量によって最大比増殖速度の約７５％−１０％が提供される、請求項２０記載の方法。
  25. 前記培地に、最大比増殖速度の約９０％またはそれ未満が提供されうる量未満で存在する窒素源が含まれる、請求項１記載の方法。
  26. 前記窒素源の量によって最大比増殖速度の約７５％またはそれ未満が提供される、請求項２５記載の方法。
  27. 前記窒素源の量によって最大比増殖速度の約５０％またはそれ未満が提供される、請求項２５記載の方法。
  28. 前記窒素源の量によって最大比増殖速度の約２５％またはそれ未満が提供される、請求項２５記載の方法。
  29. 前記窒素源の量によって最大比増殖速度の約７５％−１０％が提供される、請求項２５記載の方法。
  30. 前記イソプレノイドが培地１リットル当たり約１０グラム以上の量で産生される、請求項１記載の方法。
  31. 前記イソプレノイドが乾燥細胞重量１グラム当たり約５０ｍｇ以上の量で産生される、請求項１記載の方法。
  32. 前記イソプレノイドの量が約１５０時間以内に産生される、請求項３０または３１のいずれかに記載の方法。
  33. 前記イソプレノイドの量が約９６時間以内に産生される、請求項３０または３１のいずれかに記載の方法。
  34. 前記イソプレノイドの量が約７２時間以内に産生される、請求項３０または３１のいずれかに記載の方法。
  35. 前記宿主細胞が最大比増殖速度を提供しうる温度未満の温度で培養され、かつ、該宿主細胞が最大比増殖速度を提供しうる濃度未満に炭素源が維持された培地中で培養される、請求項１記載の方法。
  36. 前記イソプレノイドが、ヘミテルペン、モノテルペン、ジテルペン、トリテルペン、テトラテルペン、およびポリテルペンからなる群より選択される、請求項１記載の方法。
  37. 前記イソプレノイドがカロテノイドではない、請求項１記載の方法。
  38. 前記イソプレノイドがＣ５−Ｃ２０イソプレノイドである、請求項１記載の方法。
  39. 前記イソプレノイドが、アビエタジエン、アモルファジエン、カレン、α−ファルネセン、β−ファルネセン、ファルネソール、ゲラニオール、ゲラニルゲラニオール、イソプレン、リナロオール、リモネン、ミルセン、ネロリドール、オシメン、パチョロール、β−ピネン、サビネン、γ−テルピネン、テルピノレン、およびバレンセンからなる群より選択される、請求項１記載の方法。
  40. イソプレノイドを産生する方法であって：
    （ａ）内因性メバロン酸経路を有する原核生物のメバロン酸経路酵素群をコードする核酸配列を含む複数の宿主細胞を得ること；ならびに
    （ｂ）該宿主細胞に最大比増殖速度を提供しうる条件と比較して準最適な条件下の培地において該宿主細胞を培養すること、
    を含む方法。
  41. 炭素源を含む培地中で培養した場合にイソプレノイドを培地１リットル当たり約１０グラムより多い量で産生可能な宿主細胞。
  42. 炭素源を含む培地中で培養した場合にイソプレノイドを乾燥細胞重量１グラム当たり約５０ｍｇより多い量で産生可能な宿主細胞。
  43. イソプレノイドの量が約１５０時間以内に産生される、請求項４０または４１のいずれかに記載の方法。
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