JP2011505148A - 商業的に価値のある化合物を産生するための生物学的システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国特許仮出願第60/991,678号(2007年11月30日提出);第61/038,368号(2008年3月20日提出);第61/041,467号(2008年4月1日提出);および第61/098,221号(2008年9月18日提出)の恩典を主張する。これらの出願の各々は、全ての目的に関してその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、ハロゲン化メチルトランスフェラーゼを発現する遺伝子改変生物の培養によるバイオ燃料および他のハロゲン化メチル誘導体の産生に関する。
ハロゲン化メチルは、そこから広く多様な商業的に重要な有機産物を産生することができる反応性の一炭素化合物である。ハロゲン化メチルの工業的生産は化学法を用いて行われているが、これはしばしば大量のエネルギーを消費して、高温および高圧条件を伴う。例えば、ハロゲン化メチルを工業生産するための一般的な方法は、上昇した温度および少なくとも1 barの圧力下で酸化アルミニウム触媒の存在下でガス様塩化水素とメタノールの反応を伴う。例えばMcKetta, J., CHEMICAL PROCESSING HANDBOOK, 1993(非特許文献1)を参照されたい。
本発明には、(i) S-アデノシルメチオニン(SAM)依存性ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)を含む生物、(ii) 塩素、臭素、およびヨウ素を含む群から選択されるハロゲン化物、ならびに(iii) 培養培地中の炭素源を、ハロゲン化メチルが産生される条件で混合する段階を含むプロセスが含まれる。任意でハロゲン化メチルを収集することができる。ハロゲン化メチルを、非ハロゲン化有機分子または非ハロゲン化有機分子の混合物へと変換することができ、これらも任意で収集することができる。プロセスは商業的規模、例えばリアクターにおいて行うことができる。本発明はまた、S-アデノシル-メチオニン(SAM)生合成経路への流れを増加させるように遺伝子改変されている、および/または細胞内ハロゲン化物濃度を増加させるように遺伝子改変されている、異種S-アデノシルメチオニン(SAM)依存性ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ遺伝子を含む、遺伝子改変藻類、真菌、または細菌も提供する。
1.緒言
ハロゲン化メチルは、石油化学工業において一般的に行われているゼオライト触媒を用いて、有用化学物質およびガソリンを含む液体燃料へと変換されうる。ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)酵素は、遍在する代謝物であるS-アデノイルメチオニン(SAM)からのメチル基を、ATP依存的にハロゲン化物イオンへと転移させる。バイオインフォマティクスおよびメールで注文したDNA合成を用いて、本発明者らは、植物、真菌、細菌、および同定されていない生物から推定のMHT遺伝子89個のライブラリを同定してクローニングした。ライブラリを大腸菌においてスクリーニングして、CH3Cl、CH3Br、およびCH3I産生速度を同定したところ、ライブラリの56%が塩素について活性であり、85%が臭素について活性であり、および69%がヨウ素について活性であった。出芽酵母における最大のMHT活性の発現およびその後の操作によって、産物の収率は、グルコースおよびスクロースから4.5 g/L-日となり、培養可能な天然に存在する供給源よりも4桁上回った。操作された酵母とセルロース分解細菌であるアクチノタレア・ファーメンタンスとの共生的共培養を用いて、本発明者らは、未加工のスイッチグラス(パニカム・ビルガツム(Panicum virgatum))、トウモロコシ茎葉、およびポプラからのハロゲン化メチル産生を達成することができた。様々な生物学的に再生可能な資源から産生されたハロゲン化メチルは、化学工業においてアルカン、芳香族化合物、オレフィン、およびアルコールを産生するための1-炭素前駆体として用いられうる。
内因性のハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)を発現する細胞および異種MHTを発現するように改変された細胞を含む、多様なタイプの細胞または生物を本発明の実践において用いることができる。好ましくは、生物は、1日あたり約1〜1000 mg/L、しばしば1日あたり約10〜100 mg/L、例えば約20〜60 mg/L、例えば約30〜50 mg/L、または約40 mg/Lなどのハロゲン化メチルを産生することができる。本明細書において用いられるように、「異種」という用語は、細胞ゲノムにおいて通常存在しない遺伝子、例えば異なる種からの遺伝子または天然において見いだされない遺伝子、または異種遺伝子によってコードされるタンパク質を指す。野生型細胞ゲノムにおいて見いだされる遺伝子または細胞において通常発現されるタンパク質は、「内因性」と呼ばれうる。内因性遺伝子の追加のコピー(構成的または誘導性プロモーターの制御下)を、内因性の酵素レベルを増加させるために宿主細胞に導入することができる。
広く多様な植物、真菌、および細菌が内因性のMHTを発現するが、これらを本発明の方法に従って用いることができる。加えて、MHT発現細胞は、大腸菌などの異種宿主に移入されうるMHT遺伝子源である。MHTを発現する生物には、原核細胞、例えば細菌または古細菌が含まれる。本発明に従ってMHTを産生するために用いることができる細菌の例には、土壌細菌およびプロテオバクテリア(Proteobacteria)、メチロバクテリウム・クロロメタニカム(Methylobacterium chloromethanicum)、およびハイフォミクロビウム・クロロメタニカム(Hyphomicrobium chloromethanicum)が含まれる。プロテオバクテリア門には、シュードモナス(Pseudomonas)およびバークホルデリアなどの属が含まれる。バークホルデリアの例には、有機塩素系殺虫剤およびポリ塩化ビフェニル(PCB)を分解できることで知られるバークホルデリア・ゼノボランス(Burkholderia xenovorans)(これまでシュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)、次にB.セパシア(B. cepacia)およびB.フンゴルム(B. fungorum)と呼ばれていた)が含まれる。他のバークホルデリア属の種には、B.マレイ(B. mallei)、B.シュードマレイ(B. pseudomallei)、およびB.セパシア(B. cepacia)が含まれる。細菌のほかに、古細菌などの他の原核生物を、改変を行ってまたは改変を行わずに、MHTを産生するために用いることができる。古細菌の例には、S.アシドカルダリウス(S. acidocaldarius)、S.イスランディカス(S. islandicus)、S.メタリカス(S. metallicus)、S.ネオゼアランディカス(S. neozealandicus)、S.シバタエ(S. shibatae)、S.ソルファタリカス(S. solfataricus)、またはS. sp. AMP12/99などのスルホロブス(Sulfolobus)が含まれる。
いくつかの態様において、本発明において用いられる細胞は、内因性のMHTを発現しないが、異種MHTを発現するように改変される。または、異種MHTを発現するように改変されるが、同様に内因性のMHTも発現する細胞を用いてもよい。異種MHTを発現する細胞を用いることは、いくつかの長所を有する。第一に、本明細書において記述される方法を用いて、生物の望ましい特性(培養の容易さ、特定の供給原料の代謝能、他の座の組換え操作に対する適合性)を、MHT遺伝子の望ましい特性(例えば、高い酵素活性)と組み合わせることが可能である。
本発明の文脈において、「ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)」は、S-アデノシルメチオニンのメチル基をハロゲン化物へと転移させるタンパク質である。先に述べたように、ハロゲン化メチルトランスフェラーゼは、自然界に遍在する。例示的な天然に存在するハロゲン化メチルトランスフェラーゼには、本明細書において記述されるものが含まれるがこれらに限定されるわけではない。他の天然に存在するハロゲン化メチルトランスフェラーゼは、タンパク質データベース(例えば、NCBIタンパク質配列データベース、http://www.に続けてncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=protein)および科学文献を参照することによって同定されうる。
を参照されたい)。
MHT遺伝子の導入および操作に加えて、ハロゲン化メチル産生効率を増加させるために、または産生されたハロゲン化メチルの量を増加させるために、他の遺伝子改変を作出することができる。これらの変化には、ハロゲン化物およびS-アデノシルメチオニン(同様に「SAM」または「AdoMet」とも呼ばれる)などの反応基質の細胞内濃度を増加させる段階が含まれる。SAMの細胞内レベルは、SAM生合成速度を変化させること(例えば、SAM前駆体のレベルを上昇させること)、SAM消費を低減させること等によって増加させることができる。ハロゲン化物の細胞内レベルは、ハロゲン化物の細胞への輸送を刺激すること、ハロゲン化物を細胞外環境に添加すること等によって増加させることができる。一般的に、代謝操作技術を用いて、ハロゲン化メチルの産生を最大限にすることができる。
ハロゲン化メチル産生は、SAM生合成経路、メチオニン生合成経路、SAM利用または分解経路、およびSAM再生経路などのSAMレベルに影響を及ぼす代謝経路を通る流れを操作することによって増加させることができる。S-アデノシルメチオニンは、メチルの移動を伴う多数の代謝経路に関与する遍在する代謝物である。そのような1つの経路を以下に示す。
SAMは、ATPおよびメチオニンから合成されるが、この反応は酵素S-アデノシルメチオニンシンテターゼ(SAMシンテターゼ、EC 2.5.1.6;Cantano, 1953, J. Biol. Chem. 1953, 204:403-16)によって触媒される。本発明の1つの局面において、MHT発現細胞は、内因性のSAMシンテターゼの過剰発現または異種SAMシンターゼの導入によってSAMシンターゼ活性を増加させるように改変される。SAMシンテターゼ(SAMS)遺伝子には、大腸菌などの原核細胞におけるmetK(アクセッション番号NP_289514.1)、および出芽酵母のsam1p(アクセッション番号NP_010790.1)もしくはsam2p、またはシロイヌナズナのMTO3(アクセッション番号NP_188365.1)が含まれる。SAMSは、構成的または誘導性プロモーターの制御下に、異種SAMS遺伝子を導入することによって、または宿主生物のSAMS遺伝子の追加のコピーを導入することによって細胞において過剰発現されうる。例えば、Yu et al., 2003, Sheng Wu Hua Xue Yu Sheng Wu Wu Li Xue Bao (Shanghai) 35:127-32は、出芽酵母SAMシンテターゼ2遺伝子のピチア・パストリスにおける過剰発現によるSAMの産生の増強を記述した。以下に考察されるように(3.8章)、特定の遺伝子に対する言及は説明のためであって限定のためではない。遺伝子の名称は生物によって変化し、遺伝子の名称に対する上記の言及は、限定的であるとは意図されず、同じ酵素活性を有するホモログ、オルソログ、および変種を包含することが意図されると理解される。
先に示したように、ハロゲン化メチルトランスフェラーゼは、SAMのS-アデノシル-ホモシステインへの変換を触媒する。S-アデノシル-ホモシステインは、SAM生合成経路によってSAMへと再び「再生」される。このようにSAMの産生またはレベルは、経路における酵素のレベルおよび/または活性を増加させることによって増加しうる。そのような酵素の例には、SAM依存性メチラーゼ(EC 2.1.1)、メチオニンシンターゼ(EC 2.1.1.13またはEC 2.1.1.14)、およびN5-メチル-テトラヒドロプテロイルトリグルタメート-ホモシステインメチルトランスフェラーゼ(例えば、酵母MET6)が含まれる。メチル化代謝の重要な酵素であるS-アデノシル-L-ホモシステインヒドロラーゼ(SAH1)は、全てのAdoMet依存性メチルトランスフェラーゼの強い競合的阻害剤として作用するS-アデノシル-L-ホモシステインを異化する。
ハロゲン化メチル産生生物内の様々な代謝経路が、遊離のSAMの細胞内レベルの減少を引き起こす(SAM利用経路)。ハロゲン化メチル産生を容易にするまたは増加させるために、SAM利用経路に関与する1つまたは複数の酵素の含有量および/または生物活性を減少させることができる。
1つのアプローチにおいて、SAMの細胞外環境から細胞内への輸送に関与するSAM輸送タンパク質が、細胞において発現または過剰発現される。例には、酵母からのSam5pタンパク質、ならびにGenBank ID番号BC037142(ハツカネズミ(Mus musculus))、AL355930(アカパンカビ(Neurospora crassa))、AE003753(キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster))、Z68160(線虫(Caenorhabditis elegans))、およびSLC25A26(ヒト)などのホモログが含まれる。Marrobio et al., 2003, EMBO J. 22:5975-82;およびAgrimi et al., 2004, Biochem. J. 379:183-90を参照されたい。
SAM生合成、および次にハロゲン化メチル産生は、メチオニン合成に関して増加した効率を有する微生物を用いることによって増加させることができる。一般的に、メチオニン合成に至る基本的な代謝経路が周知である(例えば、Voet and Voet, 1995, Biochemistry, 2nd edition, Jon Wiley & Sons, Inc.;Ruckert et al., 2003, J. of Biotechnology 104, 2 13-228;およびLee et al., 2003, Appl. Microbiol. Biotechnol., 62:459-67を参照されたい)。これらの経路は一般的に、フィードバック制御などの多様な機序による厳密な調節下にある(例えば、Neidhardt, 1996, E. coli and S. lyphimurium, ASM Press Washingtonを参照されたい)。したがって、関連遺伝子の発現もしくは抑制、または対応する遺伝子産物のレベルおよび/もしくは活性の増加によってメチオニン産生の増加が起こりうる。
発現またはアップレギュレートされうる遺伝子には、メチオニン生合成に関与する遺伝子が含まれる。その全体が参照により本明細書に組み入れられるPCT公開番号WO 02/10209は、産生されるメチオニン量を増加させるために一定の遺伝子の過剰発現または抑制を記述する。メチオニン生合成酵素の例には、O-アセチルホモセリンスルフヒドリラーゼ(metY)およびO-スクシニル-ホモセリンスルフヒドリラーゼ(metZ)が含まれる。他の遺伝子には、メチレンテトラヒドロ葉酸レダクターゼ(metF);アスパラギン酸キナーゼ(lysC);ホモセリンデヒドロゲナーゼ(horn);ホモセリンアセチルトランスフェラーゼ(metX);ホモセリンスクシニルトランスフェラーゼ(metA);シスタチオニンγ-シンテターゼ(metB);シスタチオニンβ-リアーゼ(metC);ビタミンB12依存性メチオニンシンターゼ(metH);ビタミンB12非依存性メチオニンシンターゼ(metE);N5,10-メチレン-テトラヒドロ葉酸レダクターゼ(metF);およびS-アデノシルメチオニンシンターゼ(metK)が含まれる。
メチオニン合成はまた、追加の前駆体を提供する経路への流れを改変することによって増加させることができ、その例には、異なる酸化状態のイオウ原子、アンモニアなどの還元状態の窒素、セリン、グリシン、およびホルメートなどのCl-炭素源を含む炭素前駆体、メチオニンの前駆体、ならびにN5および/またはN10で炭素に置換されたテトラヒドロ葉酸の代謝物が含まれる。加えて、NADH、NADPH、またはFADH2などの還元当量の形でのエネルギーが、メチオニンに至る経路に関与しうる。
細胞におけるメチオニン取り込みを制御する遺伝子を、ハロゲン化メチル産生を増加させるために改変することができる。例えば、大腸菌におけるMetD座は、ATPアーゼ(metN)、メチオニンパーミアーゼ(metI)および基質結合タンパク質(metQ)をコードする。これらの遺伝子の発現は、メチオニンレギュロンの共通の抑制物質であるL-メチオニンおよびMeJによって調節される。オルソログが、サルモネラ、エルシニア(Yersinia)、ビブリオ(Vibrio)、ヘモフィルス(Haemophilus)、アグロバクテリウム(Agrobacterium)、リゾビウム(Rhizobium)およびブルセラ(Brucella)などの多くの他の種において公知である。例えば、Merlin et al., 2002, J. Bacteriology 184:5513-17. et al., 2003, EMBO J. 22:5975-82;およびAgrimi et al., 2004, Biochem. J. 379:183-90を参照されたい。
ハロゲン化メチル産生はまた、MHT発現細胞において細胞内ハロゲン化物濃度を増加させることによって増加しうる。これは、様々な様式で、例えば1つまたは複数のハロゲン化物トランスポーターのレベルおよび/または活性を導入または増加させることによって、および/または培地中のハロゲン化物の濃度を増加させることによって達成されうる。例には、出芽酵母のGef1、大腸菌のEriC(P37019)、およびシネコシスチス(Synechocystis)(P74477)が含まれる。
ハロゲン化メチル産生はまた、ATPの細胞内濃度および/または利用率を増加させることによって増加するハロゲン化メチル合成活性によって、増加させることができる。
ハロゲン化メチル利用酵素の活性および/またはレベルを減少させることができる。これらには、cmuC、cmuA、orf146、paaE、およびhutIなどのcmu遺伝子クラスタの酵素が含まれる。他の酵素には、細菌の10-ホルミルH4葉酸ヒドロラーゼ、5,10-メチレン-H4葉酸レダクターゼおよびpurU、ならびにハロメタン:二硫化物(bisulfide)/ハロゲン化物イオンメチルトランスフェラーゼなどのコリノイド酵素が含まれる。
本発明者らは、MHT発現細胞として酵母を用いることによってハロゲン化メチルの特に高い収率が得られることを観察した。実施例10を参照されたい。1つの局面において、本発明は、S-アデノシルメチオニン(SAM)依存性ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)をコードする異種遺伝子を含む組換え型酵母細胞を提供する。酵母において発現させることができるMHTタンパク質の例には、本明細書において他所で考察されているように、バチス・マリチマ、バークホルデリア・フィマツム、シネココッカス・エロンガツス、ブラッシカ・ラパ、ブラッシカ・オレラセア、シロイヌナズナ、シロイヌナズナ、レプトスピリルム、クリプトコッカス・ネオフォルマンス、イネ、オストレオコッカス・タウリ、デクロロモナス・アロマチカ、ウシグソヒトヨタケ、ロビジニタレア・ボフィルマータ、マリカウリス・マリス、フラボバクテリア・バクテリウム、ブドウ、またはハロロドスピラ・ハロフィラ由来のものが含まれる。適した組換え型酵母細胞の例には、本明細書において他所で考察されているように、出芽酵母、ピチア・パストリス、ハンゼヌラ・ポリモルファ、クルイベロミセス・ラクチス、ヤロウイア・リポリチカ、トリコデルマ・リーゼイ、分裂酵母、およびその他が含まれる。酵母を培養および遺伝子操作するための方法は当技術分野において周知である。
出芽酵母における異種ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(例えば、バチス・マリチマMCT)の発現によってハロゲン化メチル(例えば、ヨウ化メチル)が産生される。酵素を液胞に指向させるためにペプチドシグナルを用いることによって、収率は有意に増加する。以下の考察を参照されたい。特定の機序に限定されることを意図しないが、産生の増加は、(i) 液胞に細胞のSAMの大部分が隔離されること(Farooqui et al., 1983, Studies on compartmentation of S-adenosyl-L-methionine in Saccharomyces cerevisiae and isolated rat hepatocytes. Biochim Biophys Acta 757:342-51);および(ii) ハロゲン化物イオンが液胞に隔離されること(Wada et al., 1994, Chemiosmotic coupling of ion transport in the yeast vacuole: its role in acidification inside organelles. J Bioenerg Biomembr 26: 631-7)に起因すると考えられる。
一般的に、本発明のプロセスは、ハロゲン化メチル産生を増加させるために、多数の(例えば、少なくとも2個、時に少なくとも3個、時に少なくとも4個、および時に5個または5個より多い)異なる座で選択または改変された細胞を利用する。細胞は、特定の供給原料に対するその増殖を容易にするために、抗生物質抵抗性を提供するために、およびこれらに類する目的のために、追加の遺伝子改変を有してもよい。いくつかの態様において、異なる目的のために開発された株を、本発明の要求を満たすようにさらに改変してもよい。例えば、He et al., 2006, "A synergistic effect on the production of S-adenosyl-L-methionine in Pichia pastoris by knocking in of S-adenosyl-L-methionine synthase and knocking out of cystathionine-beta synthase" J Biotechnol. 126:519-27を参照されたい。Park et al., 2007, "Characteristics of methionine production by an engineered Corynebacterium glutamicum strain" Metab Eng. 9:327-36は、メチオニン産生を増加させるためのC.グルタミクム(C. glutamicum)株の遺伝子操作を記述した。株は、トレオニンによるホモセリンデヒドロゲナーゼのフィードバック阻害を消失させるために、調節が解除されたhom遺伝子を有し、かつトレオニン合成を消失させるために、thrB遺伝子の欠失を有する。同様に考察されるように、改変された株は、組換え技術の代わりに選択プロセスによって得ることができ、この場合生物を変異誘発させて、メチオニンの過剰産生に関してスクリーニングすることができる。大腸菌および酵母が含まれる多くの生物において、高い産生株が単離されている。例えば、Alvarez-Jacobs et al., 2005, Biotechnology Letters, 12:425-30;Dunyak et al., 1985, 21:182-85;Nakamori et al., 1999, Applied Microbiology and Biotechnology 52:179-85を参照されたい。
遺伝子の名称は生物によって変化し、遺伝子の名称に対する上記の言及は限定的であるとは意図されず、同等の活性を有するホモログを包含することが意図されると理解される。その上、方法が活性の過剰発現を必要とする場合、過剰発現されるタンパク質が適切な活性を有して、宿主において発現されうる限り、コードされるタンパク質は、天然に存在する型と同一である必要はない。一定の態様において、本発明には、本明細書において先に記述した公知のタンパク質と少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、少なくとも95%、または少なくとも99%の同一性を有する酵素的に活性なポリペプチドを用いることが含まれる。
遺伝子改変は、遺伝子操作技術、または化学もしくはUV変異誘発およびその後の選択などの古典的な微生物技術を用いて達成されうる。組換えの改変および古典的選択技術の組み合わせを用いて関心対象生物を産生してもよい。組換え技術を用いて、それによって生物内または培養物においてハロゲン化メチルの収率が増加するように、核酸分子を導入、欠失、阻害、または改変することができる。原核細胞および真核細胞の遺伝子操作法は、当技術分野において非常に周知である。したがって、方法をごく簡単に記述する。いくつかの培養および遺伝子操作技術は、例えばその各々が全ての目的に関して参照により本明細書に組み入れられる、
において一般的に開示されている。
を参照されたい)。
ハロゲン化メチル産生に関与する遺伝子の発現、および/または対応する遺伝子産物(mRNAおよび/またはタンパク質)の存在、レベル、および/または活性を達成または増加させることができる。過剰発現は、宿主細胞における遺伝子産物の発現を指示する組換え型構築物を導入することによって、または内因性の遺伝子産物の基礎発現レベルを変更することによって、例えば、その転写を誘導するかもしくは抑制解除することにより、もしくはmRNAおよび/もしくはタンパク質などの遺伝子産物の輸送、安定性、および/もしくは活性を増強することにより、達成されうる。非内因性の核酸配列のコドン最適化も同様に、翻訳効率を増加させることができる。
である。
ハロゲン化メチルの産生、または対応する遺伝子産物(mRNAおよび/またはタンパク質)の存在、レベル、および/もしくは活性を制限する、調節する、または減少させる傾向がある遺伝子の発現を消失または減少させることができる。遺伝子および/または遺伝子産物の発現および/または機能の減少をもたらす遺伝子改変は、遺伝子の完全または部分的な不活化、抑制、欠失、妨害、遮断、またはダウンレギュレーションを通して起こりうる。これは、例えば遺伝子の「ノックアウト」、不活化、変異、欠失、またはアンチセンス技術によって達成されうる。遺伝子のノックアウトは、「TargeTron gene knockout system」(Sigma-Aldrich)などの市販のキットを含む当技術分野において公知の方法を用いて達成されうる。個々の遺伝子ノックアウトを有する大腸菌株は、大腸菌ゲノムプロジェクト(www.genome.wisc.edu)から得ることができる。本発明には、同じ生物における多数のノックアウト、例えば遺伝子2〜6個のノックアウトが含まれる。本発明にはまた、遺伝子の導入、欠失、または改変の任意の組み合わせが含まれる。
「培養」および「発酵」という用語は、本明細書において、ハロゲン化メチルが産生される条件(好気性または嫌気性のいずれか)で液体培地におけるMHT発現細胞の培養を指すために互換的に用いられる。ハロゲン化メチルを産生するために用いられる増殖培地は、主として宿主生物に依存すると考えられる。実験または工業の状況において一般的に用いられる、適した増殖条件、多くの原核細胞および真核細胞が公知であり、科学文献において記述されている。例えば、その各々が全ての目的に関して参照により本明細書に組み入れられる、
を参照されたい。培養条件を最適化する方法は、当技術分野において公知の技術を用いて決定されてもよい。
別の局面において、本発明は、単独のまたは主要な炭素源としてセルロース系供給原料を用いて任意の多様な生物または有機産物を産生するための方法を提供する。方法に従って、葉肉セルロース分解細菌(例えば、アクチノタレア・ファーメンタンス)と組換え型酵母(例えば、出芽酵母)とを含む共培養物を調製する。セルロース(例えば、セルロース、微結晶セルロース、Avicel、セルロース系供給原料)は、共培養物に対するエネルギー源として提供される。本明細書においてセルロースについて言及する場合、一定の態様においてヘミセルロースおよび/またはリグニン(他のバイオマス成分)を、セルロースに加えてまたはその代わりに用いてもよいと企図される。しばしば、本明細書において記述されるように、未処理または部分的に処理されたセルロース系供給原料を用いる。次に、セルロースは細菌によって代謝されて、酵母の炭素源として役立つ産物を産生する。このように、組換え型酵母はセルロースを与えた共培養物において代謝プロセスを実行することができる。いくつかの態様において、細菌-酵母共培養物は好気性条件下で維持される。いくつかの態様において、細菌-酵母共培養物は、嫌気性条件下で維持される。
を参照されたい。同様に
も参照されたい)。A.ファーメンタンスはセルロースを代謝して、アセテートおよびエタノールを産生する。
を参照されたい。
酵母におけるヨウ化メチル産生は、工業プロセスとの適合性を含む、既存の構成要素分子に対していくつかの長所を提供する。しかし、農作物由来の砂糖(トウモロコシおよびサトウキビなどの)からのバイオ燃料およびバイオに基づく構成要素の産生は、地球規模の食糧不足の直接的な一因となる可能性がある。これらの問題を緩和するために、ヨウ化メチル(および他のバイオに基づく分子)は、セルロース系供給原料に由来しなければならず、これにはスイッチグラス(パニカム・ビルガツム)およびエレファントグラス(ミスカンサス・ギガンテウス)などの「エネルギー作物」のみならず、トウモロコシ茎葉などの農業廃棄物が含まれる。これらの現実世界のバイオマス源の発酵可能な糖および産物への変換は、微生物消化に対するリグノセルロース系材料の扱いにくさのために問題がある。
ハロゲン化メチルは揮発性であり、液体培養物より上の蒸気の中に逃げる。生産規模では、このことは、必要に応じて行われるハロゲン化メチルの精製に対して、比較的少ない余分のエネルギーしか必要とされないことから、例えば他のバイオ燃料中間体より有利である。1つの態様において、ハロゲン化メチルを、1つまたは複数の非ハロゲン化有機分子へと変換させる前に収集することができる。別の態様において、例えばハロゲン化メチルを産生する生物と同じ生物が同様にハロゲン化メチルを有機分子へと変換する場合には、収集段階は省略される。
において見いだされる。説明であって限定的ではないが、1つのリアクターシステムを図9に示す。ガス様形状で産生されたハロゲン化メチルを凝縮器(condenser)に移すことによって、揮発性のハロゲン化メチルを、任意の公知の方法によって発酵器から収集することができる。凝縮器において、ハロゲン化メチルを含むガスの温度を低下させることができ、例えばそれによってハロゲン化メチルの液化が起こるが他のガス様成分は液化せず、容易な精製が得られる。触媒による縮合または他の反応がリアクターにおいて起こりうる。縮合反応の副産物として生成されたハロゲン化物塩を、例えば、発酵器に戻すことによって再利用することができる。
ハロゲン化メチルを、アルコール、アルカン(エタン-オクタン、またはより長いアルカン)、エーテル、アルデヒド、アルケン、オレフィン、およびシリコンポリマーなどの有機産物へと変換することができる。次にこれらの産物を、時に「バイオ燃料」と呼ばれる非常に広範囲の石油化学製品を作出するために用いることができる。より複雑な有機化合物の産生において、ハロゲン化メチルを含むハロゲン化アルキルを用いることは、従来の石油化学工業において公知である。例えば、Osterwalder and Stark, 2007, Direct coupling of bromine-mediated methane activation and carbon-deposit gasification, Chemphyschem 8: 297-303;Osterwalder and Stark, 2007, "Production of saturated C2 to C5 hydrocarbons" 欧州特許出願第EP 1 837 320号を参照されたい。
以下の実施例は、説明する目的に限られ、限定的であるとは意図されない。
バチス・マリチマMHT cDNA(Genbankアクセッション番号AF109128またはAF084829)を人工的に合成して、発現ベクターpTRC99aにクローニングした。
ハロゲン化メチル産生は、ガスクロマトグラフィーによって測定されうる。以下に記述される実験において、Agilentガスクロマトグラフィー/質量分析(GC/MS)システムを用いた。たいていの場合「AIR.U」チューンファイルは、電離電圧1341を用いる。いくつかの実験において、電離電圧約1250を用いた。溶媒の遅れを0に設定して、スキャンパラメータを15〜100 MWに設定した。注入口およびカラムを50℃にプリセットした。試験される試料を数秒間振とうさせることによって混合した。ヘッドスペースの気体100μLを気密性のシリンジによって抽出した。試料ガスをGCMS注入口に手動で注入した。GCMSプログラムを以下の設定で開始した:50℃で1:00;10℃/分で70℃までのランプ(試料は典型的には〜52℃で使用可能であった);70℃で1:00。次にカラムを洗浄した(240℃までの2分間のランプ)。試料のピークは、50 MW(-0.3、+0.7)に対応するGCピークを抽出することによって同定された。このピークを積分して「GC 50MW」データを産生した。
大腸菌(株DH10B、BL21、またはMC1061)およびサルモネラ(SL1344)を、実施例1において記述されるように、バチス・マリチマ由来のコドン最適化塩化メチルトランスフェラーゼ遺伝子MCTをコードするプラスミドによって形質転換した。1 mM IPTGを有するLB培地10 mLを、16 mL培養チューブにおいて平板培養細胞の1つのコロニーと共に接種した。チューブをパラフィルムおよびアルミホイルでゴムバンドで締めて密封した。培養物を振とうさせながら37℃で4〜22時間インキュベートして、ハロゲン化メチル産生を測定した。株の各々が塩化メチルを産生した。
実施例1において記述されたバチス・マリチマ由来のコドン最適化塩化メチルトランスフェラーゼ遺伝子MCTをコードするプラスミドによって形質転換された大腸菌(株DH10B)を、誘導物質(IPTG)の存在下でインキュベートした。図1において示されるように、IPTGレベルの増加によって、塩化メチル産生の増加が起こった。
大腸菌-MHTBatis細胞を、NaCl濃度を多様にした改変ルリア-ベルターニ(LB)培地において増殖させた。通常のLB培地は、5 g/L酵母抽出物、10 g/Lトリプトン、10 g/L NaCl(0.171 M NaCl)をpH 7で含有する。LBおよび0.85または0.017 M NaClを含有する改変LBにおける塩化メチル産生を試験した。結果を図4に要約する。0.085 M NaClは最善の結果を生じた。しかし、正常なLBはほぼ最適であった。
異なるハロゲン化物塩を用いてハロゲン化メチル産生を比較するために、標準化アッセイを考案した。LB 20 mLを平板培養細胞の1つのコロニーと共に接種して、振とうさせながら37℃で約10〜14時間インキュベートした。細胞を沈降させて、LBに浮遊させた。等量のアリコートをIPTGと共にLB、LB-Br、またはLB-I培地 10 mLに加えて、1.5時間インキュベートした。ヘッドスペースの気体100μLを採取して、実施例2と同様に存在するハロゲン化メチルの量を測定した。
一定のアクセサリータンパク質の過剰発現によるハロゲン化メチル産生に及ぼす効果を試験した。大腸菌-MHTBatis細胞株を、大腸菌metK、大腸菌clcA、または大腸菌vgb遺伝子をコードするプラスミドによって形質転換した。細胞を培養して、塩化メチル産生を測定した。図6において示されるように、metKの過剰発現は、塩化メチルの収率を改善した。用いた条件下で、vgbおよびclcAの発現は全般的な毒性を引き起こした。
様々な生物からのハロゲン化メチルトランスフェラーゼ遺伝子19個をコドン最適化して、大腸菌に導入した。臭化メチルおよびヨウ化メチルの産生を各々に関して決定した。表5において示されるように、遺伝子は、バチス・マリチマ、バークホルデリア・フィマツムSTM815、シネココッカス・エロンガツスPCC6301、チンゲンサイ;ブラッシカ・オレラセアTM1、ブラッシカ・オレラセアTM2、シロイヌナズナTM1;シロイヌナズナTM2;レプトスピリルム属の種グループII UBA;クリプトコッカス・ネオフォルマンス変種ネオフォルマンスJEC21;イネ(ジャポニカ栽培品種グループ);オストレオコッカス・タウリ;デクロロモナス・アロマチカRCB;ウシグソヒトヨタケ岡山;ロビジニタレア・ボフィルマータHTCC2501;マリカウリス・マリスMCS10;フラボバクテリア・バクテリウムBBFL7;ブドウ;およびハロロドスピラ・ハロフィラSL1に由来した。MHT配列を表4に示す。表5は、バチス・マリチマタンパク質とのアミノ酸同一性レベルを示す。
MHT活性を有するタンパク質(この活性を有することがこれまで知られていないタンパク質を含む)は、バチス・マリチマのMHTなどの公知のMHTと配列同一性を有するタンパク質に関するBLASTタンパク質-タンパク質検索を通して同定された。バチス・マリチマMHT配列とバークホルデリア・フィマツムMHT配列との間の29%の同一性に基づいて、〜28%の同一性というカットオフを割り当てた。各々の同定された配列をデータベースに対して再度BLASTに供して、新しい一覧を生成した。追加の配列が見いだされなくなるまでこれを繰り返した。表6は、これまでMHT活性を有すると認識されていなかったタンパク質を含む、MHT活性を有すると同定されている配列(および対応するGenBankアクセッション番号)を記載する。新たに同定されたタンパク質の多くはチオプリンs-メチルトランスフェラーゼである。
実施例9Aにおいて記述されたように、組換え型宿主において高い活性を有するMHTをスクリーニングするために、本発明者らは、NCBI配列データベースから全ての推定のMHTを合成して、大腸菌においてハロゲン化メチル産生をアッセイした。本発明者らは最初に、公知のMHTと類似性を有する遺伝子89個の自己一貫した組(self-consistent set)を同定した
。ライブラリは、顕著な程度の配列多様性を含有し、配列間のアミノ酸同一性の平均値は26%であった。ライブラリには、推定の、仮説上の、および誤注釈された遺伝子が含まれるのみならず、特徴付けされていない生物および環境試料からの遺伝子が含まれる。これらの遺伝子を、大腸菌および酵母の発現に関してコンピューターによってコドン最適化して、自動全遺伝子DNA合成を用いて構築した。これは、情報に基づくクローニングの例であり、この場合供給源となる生物と接触することなく、遺伝子データをデータベースから検索して、遺伝子を化学合成して、機能をアッセイした。
本発明者らは、酵母である出芽酵母にB.マリチマMHT遺伝子を移入した(図11A)。真核細胞宿主において代謝を操作することの1つの長所は、酵素機能にとってより都合がよい環境である可能性がある特定の細胞区画に遺伝子産物を指向させることができることである。本発明者らは、B.マリチマMHTを酵母液胞にターゲティングすると、ヨウ化メチル収率を増加させることができるであろうという仮説を立てた:SAMの大部分は液胞に隔離されており(Farooqui et al., 1983, "Studies on compartmentation of S-adenosyl-L-methionine in Saccharomyces cerevisiae and isolated rat hepatocytes," Biochim Biophys Acta 757:342-51)、塩化物イオンも同様にそこに隔離されている(Wada and Anraku, 1994 "Chemiosmotic coupling of ion transport in the yeast vacuole: its role in acidification inside organelles," J Bioenerg Biomembr 26: 631-7)。本発明者らは、B.マリチマMHTを、先に記述したように、カルボキシペプチダーゼYからのアミノ酸16個のN末端タグを用いて酵母液胞にターゲティングした。
グルコースからの最大炭素放出効率は、グルコースからエタノールの最大効率と同一である。グルコースのヨウ化メチルへの測定された炭素変換効率は、2.5%であり、炭素の流れをSAMに再度向けることによって収率を改善する余地があることを示している。
本発明者らは、酵母のカルボキシペプチダーゼYからのアミノ酸16個の液胞ターゲティングタグ(KAISLQRPLGLDKDVL)をB.マリチマMCTのN末端に融合させて、ベクターpCM190から酵素を発現させた。ヨウ化メチル産生アッセイにより、液胞に対するMCTのターゲティングによって、産生速度の50%の増加が起こることが示された(図12)。本発明者らは次に、機能的な液胞を形成することができないVPS33Δバックグラウンドにおいて、サイトゾルおよび液胞標的化酵素を発現させた。産生速度の差はVPS33D株において消失し、このことは完全に形成された液胞に対するMCTターゲティングが、ヨウ化メチル形成速度を増強するために必要であることを示している。
この実施例は、先に考察した実施例において用いられた材料および方法を記述する。
クローニングは、大腸菌TOP10細胞(Invitrogen)における標準的な技法を用いて行われた。プライマーを以下に記載する。MHTコード領域を、クロラムフェニコール抵抗性に関する遺伝子を有するpTRC99a誘導性発現ベクターにおいてDNA 2.0(Menlo Park, CA)によって合成した。構築物を、ハロゲン化メチル産生アッセイのためにDH10B株に形質転換した。酵母の発現に関して、B.マリチマMHTコード領域をベクターpCM190にクローニングした。
MHT発現ベクターを有する細菌を、新しく画線したプレートから接種して、終夜増殖させた。細胞を、1 mM IPTGおよび100 mMの適切なハロゲン化ナトリウム塩を含有する培地に100倍希釈した。培養チューブをゴム栓で密封して37℃で3時間増殖させた。MHT発現ベクターを有する酵母を、凍結保存液(15%グリセロール)からウラシルドロップアウトプレート上に画線して、48時間増殖させた。個々のコロニーを合成完全ウラシルドロップアウトプレート2 mLに接種して、30℃で終夜増殖させた。培養物を次に新鮮な合成完全ウラシルドロップアウト培地100 mLに接種して、24時間増殖させた。細胞を遠心沈降させて、2%グルコースおよび100 mMヨウ化ナトリウム塩を有する新鮮なYP培地に高い細胞密度(OD 50)まで濃縮した。この濃縮培養物10 mLを14 mL培養チューブに分注してゴム栓によって密封した。培養物を250 rpmで振とうさせながら30℃で増殖させた。
GC-MSシステムは、モデル6850 Series II Network GCシステム(Agilent)およびモデル5973 Network質量選択システム(Agilent)からなった。オーブンの温度を50℃(1分)から70℃(10℃/分)までプログラムした。培養物のヘッドスペースの100□Lをシリンジを備えたゴム栓を通して採取して、GC-MSに手動で注入した。試料は、保持時間が1.50分であり分子量142である市販のヨウ化メチル(Sigma)との比較によって、ヨウ化メチルであると確認された。ヨウ化メチル産生を、YPDにおける市販のヨウ化メチルの標準曲線と比較した。標準物質を、2%グルコースを加えたYP培地10 mLにおいて0.1 g/L、0.5 g/L、1.0 g/L、および10 g/Lとして調製し、14 mL培養チューブに分注して、ゴム栓によって密封した。標準物質を30℃で1時間インキュベートして、ヘッドスペースにおけるハロゲン化メチルを上記のように測定した。ヘッドスペースの計数をヨウ化メチルに関連させるために標準曲線をデータに適合させた。
個々のコロニーを2%グルコースを有するYP培地に接種して、終夜増殖させた。培養物をOD600が0.05となるまで希釈して、ヨウ化メチルを明記された量加えた。培養物を250 rpmで振とうさせながら30℃で24時間増殖させた。YP培地をブランクとして用いてOD600を分光法によって測定した。各データ点は、1試料あたり3個ずつ行った。RAD50Δ変異体は、サッカロミセスゲノム欠失プロジェクト(Invitrogen)から得た。
消費されたグルコース1 gあたりに産生された高エネルギー炭素のグラム数として効率を測定した。ヨウ化メチル産生を、培養物のヘッドスペースをGC-MSによって測定して、液相におけるヨウ化メチルの画分を標準曲線を用いて計算した。高エネルギー炭素(-CH3)のグラム数を、他の炭化水素産生技術との比較を与えるために、ハロゲン化物イオンの分子量を差し引くことによって計算する。消費されたグルコース量は、既定の時間(90分)の前後での増殖培地におけるグルコースを、製造元の説明書に従って、ヘキソキナーゼキット(Sigma)によって測定することによって計算して、標準物質グルコース曲線を用いて定量した。
長時間(>2時間)のヨウ化メチル産生を、先に記述したように培養物を誘導する段階、ヨウ化メチルを1時間でアッセイする段階、および産物の抽出を模倣するために培養物を換気する段階によって測定した。次に、培養物を再度密封して、換気されたヨウ化メチルの量を決定するために、ヨウ化メチルを再度測定した。培養物を再度1時間増殖させて、測定して、換気した。毎時間の産生を合計することによって、データを本文において示す。
アクチノタレア・ファーメンタンスをATCC(43279)から得た。A.ファーメンタンスおよび出芽酵母細胞を、2%グルコースを加えたYP培地(出芽酵母用)または2%グルコースを加えたBH培地(A.ファーメンタンス用)のいずれかに接種して、終夜増殖させた。培養物を、単独の炭素源として20 g/Lセルロース系原料を有するYP培地50 mLにおいてOD600=0.05となるように希釈した。トウモロコシ茎葉およびポプラを、1 HP、1000 Wモーターを有する市販のブレンダーを用いて粉砕した。バガスを適切な乾燥重量に分注した後、温水によって3回洗浄して、土および残留糖を除去した。培養物を250 rpmで撹拌しながら30℃で36時間インキュベートした。培養物9 mLアリコートを、1 M塩化ナトリウム1 mLを有する14 mLチューブに入れて、ゴム栓によって密封した。ヘッドスペースの試料を、上記のようにGC-MS産生に関してアッセイした。A.ファーメンタンスおよび出芽酵母を以下に記述されるように定量した。
出芽酵母およびA.ファーメンタンスを、選択培地に平板培養することによってセルロース系原料において増殖させた培養物から定量した。培養物を滅菌水に希釈して、100μLをアンピシリンを加えたYPDアガー(出芽酵母を定量するため)、または脳-心臓アガー(A.ファーメンタンスを定量するため)のいずれかにおいて平板培養した。プレートを30℃で48時間(YPDに関して)または16時間(BHに関して)のいずれかでインキュベートした。コロニーを手動で計数して、少なくとも4枚のプレートからの計数を平均した。スイッチグラスおよびトウモロコシ茎葉の増殖培養物において、いくつかの同定されないバックグラウンド培養物が出現したが、A.ファーメンタンスと識別可能な形態を示した。
大腸菌(Invitrogen TOP10)
[F- mcrA (mrr-hsdRMS-mcrBC) 80lacZM15 lacX74 recA1 ara139 (ara-leu)7697 galU galK rpsL (StrR) endA1 nupG]
出芽酵母W303a
(MATa leu2-3,112 trp1-1 can1-100 ura3-1 ade2-1 his3-11,15)
A.ファーメンタンス(ATCC 43279)
Claims (69)
- (i) セルロースを代謝し、かつ1つまたは複数の代謝産物を産生するアクチノタレア・ファーメンタンス(Actinotalea fermentans)細菌;および
(ii) 細菌によって産生された少なくとも1つの代謝産物を炭素源として用いる出芽酵母(S. cerevisiae)
を含む、細菌-酵母共培養物。 - 培養培地、ならびに
(i) セルロース系(cellulosic)細菌成分であって、該細菌がセルロースを代謝し、かつ1つまたは複数の代謝産物を産生する、セルロース系細菌成分、および
(ii) 酵母成分であって、該酵母が細菌の少なくとも1つの代謝産物を炭素源として用いる、酵母成分
を含む、共培養システム。 - セルロースを含む、請求項1または2記載の共培養物。
- 酵母がセルロースを代謝的に分解することができない、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 少なくとも1つの代謝産物が、酵母にとっての単独のまたは主要な炭素およびエネルギー源である、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母が、異種タンパク質を発現するか、または内因性タンパク質を過剰発現するように組換えによって改変されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母が、内因性タンパク質の発現をノックアウトするように組換えによって改変されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 細菌および酵母が、いずれの微生物も他方を圧倒しないように種集団の比較的一定の比率を維持しながら共に増殖する、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 好気性条件下で維持される、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 嫌気性条件下で維持される、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母が、サッカロミセス(Saccharomyces)、ピチア(Pichia)、ハンゼヌラ(Hansenula)、クルイベロミセス(Kluyveromyces)、ヤロウイア(Yarrowia)、トリコデルマ(Trichoderma)、およびシゾサッカロミセス(Scizosacchromyces)からなる群より選択される属由来である、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母が出芽酵母(S. cerevisiae)である、請求項11記載の共培養システム。
- 細菌が、アクチノタレア属(Actinotalea)またはセルロモナス属(Cellulomonas)の種である、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養物。
- 酵母が出芽酵母であり、かつ細菌がアクチノタレア・ファーメンタンスである、請求項13記載の共培養物。
- 炭素源が、炭素原子1〜6個を含む分子である、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養物。
- 炭素源が、エタノール、アセテート、ラクテート、スクシネート、シトレート、ホルメート、またはマレートである、請求項15記載の共培養物。
- 酵母の1つの種と細菌の1つの種とを含む、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母および細菌が培養において共生関係を有する、請求項17記載の共培養システム。
- 酵母が、哺乳動物タンパク質である異種タンパク質を発現する、請求項6記載の共培養システム。
- 異種タンパク質が、患者の処置のために用いられるヒトタンパク質である、請求項6記載の共培養システム。
- 異種タンパク質が酵素である、請求項6記載の共培養システム。
- 異種タンパク質がハロゲン化メチルトランスフェラーゼである、請求項21記載の共培養システム。
- 酵素が、商業的に価値のある小分子化合物を産生するように遺伝子操作されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- 酵母が、天然に存在する株であるか、または組換えによって改変されていない培養株である、請求項1〜3のいずれか一項記載の共培養システム。
- セルロースまたはセルロース源の存在下、液体培養培地において、セルロース系細菌と酵母とを共に、
(i) 細菌がセルロースを代謝し、かつ1つまたは複数の代謝産物を産生する条件下、および
(ii) 酵母成分が細菌の少なくとも1つの代謝産物を炭素源として用いる条件下
で培養する段階を含む、酵母培養方法。 - セルロースが微結晶セルロースである、請求項25記載の方法。
- セルロース源がバイオマスである、請求項25記載の方法。
- バイオマスが、粉砕されたスイッチグラス、バガス、エレファントグラス、トウモロコシ茎葉(corn stover)、およびポプラから選択される粉砕された供給原料である、請求項27記載の方法。
- 培養物が好気性条件下で維持される、請求項25記載の方法。
- 培養物が嫌気性条件下で維持される、請求項25記載の方法。
- 酵母が、セルロースを代謝的に分解することができない、請求項25記載の方法。
- 酵母および細菌が培養において共生関係を有する、請求項25記載の方法。
- 酵母が、サッカロミセス、ピチア、ハンゼヌラ、クルイベロミセス、ヤロウイア、トリコデルマ、およびシゾサッカロミセスからなる群より選択される属由来である、請求項25記載の方法。
- 酵母が出芽酵母である、請求項25記載の方法。
- 酵母が、異種タンパク質を発現するように組換えによって改変されている、請求項25記載の方法。
- 異種タンパク質が哺乳動物タンパク質である、請求項35記載の方法。
- 異種タンパク質が、患者の処置のために用いられるヒトタンパク質である、請求項36記載の方法。
- 異種タンパク質が酵素である、請求項35記載の方法。
- 異種タンパク質がハロゲン化メチルトランスフェラーゼである、請求項38記載の方法。
- 酵母が、内因性タンパク質の発現をノックアウトするように組換えによって改変されている、請求項25記載の方法。
- 酵母が、天然に存在する株であるか、または組換えによって改変されていない培養株である、請求項25記載の方法。
- 酵母が出芽酵母であり、かつ細菌がアクチノタレア・ファーメンタンスである、請求項25記載の方法。
- 炭素源が、炭素原子1〜6個を含む分子である、請求項25記載の方法。
- 炭素源が、エタノール、アセテート、ラクテート、スクシネート、シトレート、ホルメート、またはマレートである、請求項43記載の方法。
- 細菌が、アクチノタレア属またはセルロモナス属の種である、請求項25〜44のいずれか一項記載の方法。
- 酵母が出芽酵母であり、かつ細菌がアクチノタレア・ファーメンタンスである、請求項25〜41および43〜44のいずれか一項記載の方法。
- 酵母によって産物が産生される培養培地から産物を回収する段階をさらに含む、請求項25〜44のいずれか一項記載の方法。
- 産物が、酵母によって発現される組換え型タンパク質である、請求項47記載の方法。
- 産物が、酵母細胞によって合成される小分子である、請求項47記載の方法。
- 合成が、酵母における異種タンパク質の発現を必要とする、請求項47記載の方法。
- 合成が、酵母において過剰発現される内因性タンパク質の発現、または酵母の1つもしくは複数の内因性遺伝子の欠失を必要とする、請求項47記載の方法。
- 産物がハロゲン化メチルである、請求項50記載の方法。
- 産物が、薬物、食品、アミノ酸、補助因子、ホルモン、タンパク質、ビタミン、脂質、アルカン、芳香族化合物、オレフィン、アルコール、またはバイオ燃料中間体である、請求項47記載の方法。
- セルロースを代謝し、かつ1つまたは複数の代謝産物を産生するセルロース系細菌と、セルロースを代謝せず、かつ異種ハロゲン化メチルトランスフェラーゼタンパク質を発現するように組換えによって改変されている酵母とを共に、セルロース源とハロゲン化物とを含有する培地において、ハロゲン化メチルが産生される条件下で培養する段階を含む、ハロゲン化メチルを産生するための方法。
- ハロゲン化物が、塩素、臭素、およびヨウ素からなる群より選択される、請求項54記載の方法。
- i)S-アデノシルメチオニン(SAM)依存性ハロゲン化メチルトランスフェラーゼ(MHT)をコードする異種遺伝子を含む組換え型酵母、
ii)塩素、臭素、およびヨウ素を含む群から選択されるハロゲン化物、ならびに
iii)セルロースの代謝によって炭素源を産生するセルロース分解細菌
を、ハロゲン化メチルが産生される条件下で培養培地において混合する段階を含む方法。 - 炭素源が、炭素原子1〜6個を含む分子である、請求項56記載の方法。
- セルロース分解微生物が細菌であり、かつ炭素源が、エタノール、アセテート、ラクテート、スクシネート、ホルメート、シトレート、またはマレートである、請求項57記載の方法。
- 酵母が、サッカロミセス、ピチア、ハンゼヌラ、クルイベロミセス、ヤロウイア、トリコデルマ、およびシゾサッカロミセスからなる群より選択される属由来である、請求項56記載の方法。
- 酵母が、出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)、ピチア・パストリス(Pichia pastoris)、ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)、クルイベロミセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、ヤロウイア・リポリチカ(Yarrowia lipolytica)、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)、および分裂酵母(Scizosacchromyces pombe)からなる群より選択される、請求項59記載の方法。
- 酵母が出芽酵母である、請求項60記載の方法。
- 細菌がアクチノタレア・ファーメンタンスである、請求項56記載の方法。
- MHTがバチス・マリチマ(Batis maritima)由来である、請求項61記載の方法。
- 細菌が、アクチノタレア・ファーメンタンスである、請求項54〜63のいずれか一項記載の方法。
- MHTがバチス・マリチマ由来である、請求項54〜63のいずれか一項記載の方法。
- 異種遺伝子が、MHT配列と、該MHT配列を酵母液胞に指向させるターゲティングペプチド配列とを含む融合タンパク質をコードする、請求項54または56記載の方法。
- ターゲティングペプチド配列が、カルボキシペプチダーゼYからのN末端ペプチドドメインである、請求項66記載の方法。
- 培養培地からハロゲン化メチルを回収する段階をさらに含む、請求項54〜63のいずれか一項記載の方法。
- ハロゲン化メチルを非ハロゲン化有機分子または非ハロゲン化有機分子の混合物へと変換する段階をさらに含む、請求項68記載の方法。
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