JP2013128460A - Method for producing terephthalic acid - Google Patents

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通啓 荒木
Kohei Miyaoku
康平 宮奥
Takeshi Taniguchi
岳志 谷口
Naofumi Yoda
尚文 依田
Shuichi Yumura
秀一 湯村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method for synthesizing terephthalic acid.SOLUTION: There is provided a method for synthesizing terephthalic acid comprising a step of converting phenylalanine to phenylacetamide, a step of converting phenylacetamide to phenylacetic acid, a step of converting phenylacetic acid to toluene, a step of converting toluene to p-toluic acid and a step of converting p-toluic acid to terephthalic acid. Also, there is provided a method for synthesizing terephthalic acid comprising a step of converting phenylalanine to trans-cinnamic acid, a step of converting trans-cinnamic acid to benzoic acid, and a step of converting benzoic acid to terephthalic acid. Further, there is provided a method for producing terephthalic acid comprising a step of converting phenylpyruvic acid to mandelic acid, a step of converting mandelic acid to benzoic acid and a step of converting benzoic acid to terephthalic acid.

Description

本発明はテレフタル酸の製造方法に関する。本発明はまた、p−トルイル酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing terephthalic acid. The present invention also relates to a method for producing p-toluic acid.

一般にテレフタル酸は、石油の2次製品であるパラキシレンと酢酸やマンガン塩、コバルト塩などを触媒に酸化させて製造されているが、石油枯渇化の懸念や価格の上昇圧力、環境問題に対する消費者の関心などから、バイオマス由来によるテレフタル酸の製造法の研究が行われている。
例えば、米国Draths社は大腸菌を遺伝子工学的に処理してグルコースなどの植物由来バイオマスからムコン酸を製造し、化学的に、同じくバイオ法で生産されたエチレンとディールスアルダー法により縮合し、シクロヘキセン1,4−ジカルボン酸を合成し、続いてベンゼン環の脱水素反応を行うことにより、テレフタル酸を製造する方法を検討している(特許文献1)。
また、Gevo社は、バイオマス由来のイソブタノールを化学的に変換させることでバイオマス由来のパラキシレンを製造する検討を実施している(特許文献2)。パラキシレンは、既存の方法によりテレフタル酸へと変換することができる。
また、マサチューセッツ大学及びAnellotech社は、バイオマスを無酸素状態で加熱することによって、パラキシレンを含む芳香族化合物をバイオマスから生産することができることを示し、これから既存の方法により、バイオマス由来のテレフタル酸を製造する方法を開発している(特許文献3)。
さらに、天然のテルペン類であるリモネンを化学的にパラシメン(p−cymene)に変換し、さらに2段階の酸化反応によってテレフタル酸を合成できることも知られている(特許文献4)。
In general, terephthalic acid is produced by oxidizing petroleum secondary products para-xylene and acetic acid, manganese salt, cobalt salt, etc. as catalysts. However, there are concerns about oil depletion, price increases, and consumption due to environmental problems. Research on methods for producing terephthalic acid derived from biomass has been conducted due to the interest of consumers.
For example, Draths of the United States of America produces muconic acid from plant-derived biomass, such as glucose, by genetically engineering Escherichia coli, and chemically condenses it with ethylene produced by the bio-process using the Diels-Alder method. A method for producing terephthalic acid by synthesizing 1,4-dicarboxylic acid and then dehydrogenating the benzene ring is studied (Patent Document 1).
In addition, Gevo is investigating the production of biomass-derived paraxylene by chemically converting biomass-derived isobutanol (Patent Document 2). Paraxylene can be converted to terephthalic acid by existing methods.
In addition, the University of Massachusetts and Anellotech have shown that aromatic compounds containing paraxylene can be produced from biomass by heating the biomass in an oxygen-free state, and from this, biomass-derived terephthalic acid can be produced using existing methods. A manufacturing method has been developed (Patent Document 3).
Furthermore, it is also known that limonene, which is a natural terpene, can be chemically converted to p-cymene and terephthalic acid can be synthesized by a two-step oxidation reaction (Patent Document 4).

国際公開第2010/148081号International Publication No. 2010/148081 US20110087000US20110087000 US20090227823US20090227823 US20100168461US2013018461

本発明は、新規なテレフタル酸の合成方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel method for synthesizing terephthalic acid.

本発明者らは、出発化合物から目的化合物までの新規の化合物の合成経路を選択するために、化合物の化学構造を数値に変換する変換部と、前記化合物のペアを作成し、前記化合物のペアの一方の化合物についての前記数値から他方の化合物についての前記数値を減算することにより差分値を算出する算出部と、前記化合物のペアに関する反応が既知である前記化合物ペアの前記差分値と、前記化合物のペアに関する反応が未知である前記化合物ペアの前記差分値とを比較し、前記差分値が一致する前記化合物ペアの未知反応を仮想反応として決定する決定部と、前記化合物を示すノードと、前記既知反応及び前記仮想反応のそれぞれを示すエッジと、によって前記化合物の合成経路を作成する作成部と、出発化合物から目的化合物までの合成経路を、作成された前記化合物の合成経路から選択する選択部と、を備える合成経路作成装置を見出し、特許出願を行った(特願2010−28
1794号および特願2011−179573号)。
In order to select a synthesis route of a novel compound from a starting compound to a target compound, the present inventors create a conversion unit that converts the chemical structure of the compound into a numerical value, and a pair of the compound, and the pair of the compound A calculation unit that calculates a difference value by subtracting the numerical value for the other compound from the numerical value for one compound of the compound, the difference value of the compound pair for which a reaction related to the compound pair is known, A determination unit that compares the difference value of the compound pair for which the reaction related to the compound pair is unknown, and determines an unknown reaction of the compound pair that matches the difference value as a virtual reaction; a node indicating the compound; A preparation unit that creates a synthetic route of the compound by edges indicating the known reaction and the virtual reaction, and a combination from the starting compound to the target compound; Route, heading and selecting section for selecting the synthetic route of the compounds created, a synthetic route generation device comprising a and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2010-28
1794 and Japanese Patent Application No. 2011-179573).

そして、今回、この合成経路作成装置を用い、テレフタル酸の合成経路の探索を行ったところ、新たに3つの合成経路を見出し、本発明を完成させた。   And this time, when this synthetic pathway creation apparatus was used and the synthetic pathway of terephthalic acid was searched, three synthetic pathways were newly discovered and the present invention was completed.

本発明は、以下を提供する。
[1]フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する工程、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する工程、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。
[2]テレフタル酸生産能を有し、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する酵素、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を炭素源を含む培地中で培養してテレフタル酸を培地または菌体内に蓄積させ、テレフタル酸を培地または菌体内から回収することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。
[3]フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する工程、マンデル酸を安息香酸に変換する工程、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。[4]テレフタル酸生産能を有し、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を炭素源を含む培地中で培養してテレフタル酸を培地または菌体内に蓄積させ、テレフタル酸を培地または菌体内から回収することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。
[5]フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する工程、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する工程、フェニル酢酸をトルエンに変換する工程、トルエンをp−トルイル酸に変換する工程、およびp−トルイル酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。
[6]p−トルイル酸生産能を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を、炭素源を含む培地中で培養してp−トルイル酸を製造し、得られたp−トルイル酸をテレフタル酸に変換することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。
[7]フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する工程、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する工程、フェニル酢酸をトルエンに変換する工程、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する工程を含む、p−トルイル酸の製造方法。
[8]p−トルイル酸生産能を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を、炭素源を含む培地中で培養してp−トルイル酸を製造することを特徴とする、p−トルイル酸の製造方法。
The present invention provides the following.
[1] A method for producing terephthalic acid, comprising: converting phenylalanine into trans-cinnamic acid; converting trans-cinnamic acid into benzoic acid; and converting benzoic acid into terephthalic acid.
[2] Carbon sources of terephthalic acid-producing microorganisms that have the activity of an enzyme that converts phenylalanine into trans-cinnamic acid, an enzyme that converts trans-cinnamic acid into benzoic acid, and an enzyme that converts benzoic acid into terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, comprising culturing in a medium containing terephthalic acid, accumulating terephthalic acid in the medium or bacterial cells, and collecting terephthalic acid from the medium or bacterial cells.
[3] A method for producing terephthalic acid, comprising a step of converting phenylpyruvic acid into mandelic acid, a step of converting mandelic acid into benzoic acid, and a step of converting benzoic acid into terephthalic acid. [4] A carbon source of an enzyme capable of producing terephthalic acid and having the activity of an enzyme that converts phenylpyruvic acid to mandelic acid, an enzyme that converts mandelic acid to benzoic acid, and an enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, comprising culturing in a medium containing terephthalic acid, accumulating terephthalic acid in the medium or bacterial cells, and collecting terephthalic acid from the medium or bacterial cells.
[5] Converting phenylalanine to phenylacetamide, converting phenylacetamide to phenylacetic acid, converting phenylacetic acid to toluene, converting toluene to p-toluic acid, and converting p-toluic acid to terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, comprising the step of converting to
[6] An enzyme capable of producing p-toluic acid, converting phenylalanine to phenylacetamide, an enzyme converting phenylacetamide to phenylacetic acid, an enzyme converting phenylacetic acid to toluene, and converting toluene to p-toluic acid A microorganism having an enzyme activity is cultured in a medium containing a carbon source to produce p-toluic acid, and the obtained p-toluic acid is converted to terephthalic acid, Method.
[7] Converting phenylalanine to phenylacetamide, converting phenylacetamide to phenylacetic acid, converting phenylacetic acid to toluene, and converting toluene to p-toluic acid, Production method.
[8] An enzyme capable of producing p-toluic acid, converting phenylalanine to phenylacetamide, an enzyme converting phenylacetamide to phenylacetic acid, an enzyme converting phenylacetic acid to toluene, and converting toluene to p-toluic acid A method for producing p-toluic acid, comprising culturing a microorganism having an enzyme activity in a medium containing a carbon source to produce p-toluic acid.

これまで知られているバイオマス由来のテレフタル酸製造法は、例えばパラキシレンなどの中間産物までをバイオ法により生産し、後に化学合成法によりテレフタル酸へと変換するものであり、製造プロセスが複雑になるため、投入エネルギーやプラント建設コストが高くなる懸念がある。
本発明によれば、バイオマスからテレフタル酸もしくはp−トルイル酸を直接バイオ法によって製造することができ、製造プロセスの簡略化による製造コスト低減が期待できる。また、プロセスに関わる投入エネルギー低減化も期待できるため従来法に比べ大きな利点があるといえる。本発明方法によって得られたテレフタル酸は、PETなどのポリエステルの製造に好適に使用できる。
The production method of terephthalic acid derived from biomass that has been known so far involves the production of intermediate products such as para-xylene by bio-methods, which are later converted to terephthalic acid by chemical synthesis methods, making the production process complicated. Therefore, there is a concern that the input energy and plant construction cost will increase.
According to the present invention, terephthalic acid or p-toluic acid can be produced directly from biomass by a bioprocess, and production cost can be expected to be reduced by simplifying the production process. In addition, it can be said that there is a significant advantage over the conventional method because the input energy related to the process can be reduced. The terephthalic acid obtained by the method of the present invention can be suitably used for the production of polyesters such as PET.

合成経路作成装置1の構成図Configuration diagram of synthetic route creation device 1 KEGGのデータベースに登録されている炭素(C)を有する化合物についてのatom typesをグループ化した場合の例を示す図The figure which shows the example at the time of grouping atom types about the compound which has carbon (C) registered in the database of KEGG KEGGのデータベースに登録されている化合物についてのatom typesをグループ化した場合の例を示す図The figure which shows the example at the time of grouping atom types about the compound registered in the database of KEGG 化合物(3-Hydroxypropionate)の化学構造式に含まれている部分構造の個数及び部分構造の結合状態の個数をカウントした場合の例を示す図The figure which shows the example at the time of counting the number of the partial structure contained in the chemical structural formula of a compound (3-Hydroxypropionate), and the number of the bonding states of a partial structure 合成経路作成装置1の機能構成図Functional configuration diagram of composite route creation device 1 仮想反応法による化合物合成経路の作成のフローを示す図Diagram showing the flow of creation of compound synthesis pathway by virtual reaction method グラフを図形によって表現した場合の例を示す図Diagram showing an example of a graph represented by a figure 合成経路の情報を示す図Diagram showing synthesis route information 最適化法による化合物合成経路の作成のフローを示す図Diagram showing the flow of creation of compound synthesis route by optimization method 化合物の合成経路の例を示す図Diagram showing examples of compound synthesis routes 合成経路の情報の出力例を示す図The figure which shows the output example of the information on a synthetic route 本発明で見出されたテレフタル酸の合成経路を示す図The figure which shows the synthetic pathway of the terephthalic acid discovered by this invention

以下、本発明について具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described.

<テレフタル酸の製造方法〜1>
本発明のテレフタル酸の製造方法の第一の態様は、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する工程(工程1a)、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する工程(工程1b)、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程(工程1c)を含む。
<Method for producing terephthalic acid-1>
The first aspect of the method for producing terephthalic acid of the present invention includes a step of converting phenylalanine to trans-cinnamic acid (step 1a), a step of converting trans-cinnamic acid into benzoic acid (step 1b), and benzoic acid as terephthalic acid. (Step 1c).

工程1aは、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にフェニルアラニンを用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 1a is performed using an enzyme that converts phenylalanine to transcinnamic acid or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using phenylalanine as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素としては、フェニルアラニンアンモニアリアーゼが挙げられる。この酵素については、例えば、Biochemistry. 2007
Jan 30;46(4):1004-12.に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、例えば、 同文献に記載されたような方法で、Anabaena属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。
Here, an example of an enzyme that converts phenylalanine into trans-cinnamic acid includes phenylalanine ammonia lyase. For example, Biochemistry. 2007
The activity can be measured according to the method described in Jan 30; 46 (4): 1004-12. Then, using the activity as an index, it can be purified from bacteria of the genus Anabaena, for example, by the method described in the same document. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、Anabaena variabilis由来のフェニルアラニンアンモニアリアーゼをコードするGenBank受入番号: FW572332.1の塩基配列(配列番号1)が例示される。ただし、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する活性を有する
蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、GenBank受入番号: FW572332.1の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。
Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence (sequence number 1) of GenBank accession number: FW572332.1 which codes phenylalanine ammonia lyase derived from Anabaena variabilis is illustrated. However, as long as it encodes a protein having the activity of converting phenylalanine to transcinnamic acid, it may be a homologue such as a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of GenBank accession number: FW572332.1. It may be a DNA encoding a protein having the activity of converting to cinnamic acid.

工程1bは、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にトランス桂皮酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 1b is performed using an enzyme that converts transcinnamic acid into benzoic acid or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using transcinnamic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、トランス桂皮酸を安息香酸に変換するに変換する酵素としては、Enoyl-CoA hydratase(EC 4.2.1.17)、3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase(EC 1.1.1.35)、および3-Ketoacyl-CoA thiolase(EC 2.3.1.16)の酵素群が挙げられる。大腸菌では、Enoyl-CoA hydratase、3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase活性を有するタンパク質はfadB遺伝子に、3-Ketoacyl-CoA thiolase活性を有するタンパク質はfadA遺伝子にそれぞれコードされており、これらがオペロンを形成していることが知られている(DiRusso CC. J Bacteriol. 1990 Nov; 172(11):6459-68.)。これらの酵素については、例えば、同文献に記載の方法に従って活性を測定することができ、該活性を指標として、例えば、大腸菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。また、これらの酵素は、必要に応じて、トランス桂皮酸を安息香酸に変換しやすいように基質特異性を改変させてもよい。   Here, the enzymes that convert transcinnamic acid into benzoic acid are Enoyl-CoA hydratase (EC 4.2.1.17), 3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.35), and 3-Ketoacyl-CoA thiolase (EC 2.3.1.16) enzyme group. In E. coli, proteins with Enoyl-CoA hydratase and 3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase activities are encoded by the fadB gene, and proteins with 3-Ketoacyl-CoA thiolase activity are encoded by the fadA gene. (DiRusso CC. J Bacteriol. 1990 Nov; 172 (11): 6459-68.). About these enzymes, activity can be measured, for example according to the method of the literature, and it can refine | purify, for example from colon_bacillus | E._coli etc. using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination. In addition, these enzymes may be modified in substrate specificity so as to easily convert transcinnamic acid into benzoic acid, if necessary.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、上記fadB遺伝子(配列番号3)およびfadA遺伝子(配列番号5)が例示される。ただし、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記fadBおよびfadA遺伝子の塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、fadBおよびfadA遺伝子によってコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。   Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The said fadB gene (sequence number 3) and fadA gene (sequence number 5) are illustrated. However, as long as it encodes a protein having the activity of converting transcinnamic acid to benzoic acid, it is a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the base sequences of the fadB and fadA genes. May be. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the fadB and fadA genes, and transcinnamic acid to benzoic acid. It may be DNA encoding a protein having an activity to convert.

工程1cは、安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質に安息香酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 1c is performed using an enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid, or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using benzoic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素としては、ベンゼン環にカルボキシル基を付加する酵素が挙げられる。この酵素については、例えば、Environmental Microbio
logy (2010) 12(10), 2783-2796に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、Clostrida属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。
Here, the enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid includes an enzyme that adds a carboxyl group to the benzene ring. For this enzyme, for example, Environmental Microbio
The activity can be measured according to the method described in logy (2010) 12 (10), 2783-2796. And it can refine | purify from Closrida genus bacteria etc. by the method as described in the literature by using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、表1に記載のAbcAおよびAbcD遺伝子が例示される(Microbiology (2010) 12(10), 2783-2796)。AbcD及びAbcA遺伝子はオペロンを形成し、コードする蛋白質はヘテロ複合体を形成して、酵素反応を行っていると考えられている。ただし、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、表1に記載の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。

Figure 2013128460
Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, AbcA and AbcD gene of Table 1 are illustrated (Microbiology (2010) 12 (10), 2783-2796). It is considered that the AbcD and AbcA genes form an operon, and the encoded protein forms a hetero complex to carry out an enzymatic reaction. However, as long as it encodes a protein having an activity of converting toluene into p-toluic acid, it may be a homologue such as a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the base sequence shown in Table 1, and toluene is p- It may be a DNA encoding a protein having an activity of converting to toluic acid.
Figure 2013128460

工程1a〜1cについては、各工程を各反応を触媒する酵素、または各反応を触媒酵素の活性を有する微生物を用いて別々に行ってもよいが、各反応を触媒する酵素全て、または各反応を触媒する全ての酵素の活性を有する微生物を用い、同一反応系で、出発物質であるフェニルアラニンからテレフタル酸への変換反応を行うことが好ましい。   For steps 1a to 1c, each step may be performed separately using an enzyme that catalyzes each reaction, or each reaction may be performed separately using a microorganism that has the activity of the catalytic enzyme. It is preferable to carry out a conversion reaction from phenylalanine, which is a starting material, to terephthalic acid in the same reaction system using microorganisms having the activity of all enzymes that catalyze the above.

すなわち、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する活性、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する活性を有する微生物の菌体もしくはその処理物を、フェニルアラニンを含む反応液中に加え、通常20〜40℃で反応させることによりテレフタル酸を生成させることができる。必要に応じて、補酵素等を加えることが好ましい。   That is, a reaction solution containing phenylalanine, which is a microorganism having an activity of converting phenylalanine into transcinnamic acid, an activity of converting transcinnamic acid into benzoic acid, and an activity of converting benzoic acid into terephthalic acid In addition to the above, terephthalic acid can usually be produced by reaction at 20 to 40 ° C. It is preferable to add a coenzyme or the like as necessary.

なお、微生物は微生物の処理物を用いてもよい。処理物としては、アセトン、トルエン等で処理した菌体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物、菌体を破砕した無細胞抽出物等が挙げられる。また、常法により担体に固定化した菌体、該処理物、酵素等を用いることもできる。   In addition, you may use the processed material of microorganisms for microorganisms. Examples of the treated product include cells treated with acetone, toluene, and the like, freeze-dried cells, disrupted cells, cell-free extracts obtained by disrupting cells, and the like. Moreover, the microbial cell fixed to the support | carrier by the conventional method, this processed material, an enzyme, etc. can also be used.

また、テレフタル酸生産能を有し、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素活性、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する酵素活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素活性を有する微生物を用い、グルコースなどの炭素源から発酵法によりテレフタル酸を製造することもできる。この場合、微生物の培養に用いる培地及び培養条件は、使用する微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、炭素源、窒素源、無機塩及び必要に応じその他の有機微量栄養素を含有する通常の培地を用いることができる。培養は、用いる微生物の生育に好適な条件で行われる。通常、培養温度10℃〜45℃で12〜96時間実施する。なお、「テレフタル酸生産能を有し」とは炭素源を含む培地中で培養したときに、該炭素源を資化して培地または菌体内にテレフタル酸を蓄積しうる能力を有することをいう。例えば、公知のフェニルアラニン生産菌において、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素活性、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する酵素活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素活性を高めることで、テレフタル酸生産能を付与することができる。   Also, using a microorganism having an ability to produce terephthalic acid, an enzyme activity that converts phenylalanine into trans-cinnamic acid, an enzyme activity that converts trans-cinnamic acid into benzoic acid, and an enzyme activity that converts benzoic acid into terephthalic acid, Terephthalic acid can also be produced from a carbon source such as glucose by fermentation. In this case, the medium and culture conditions used for culturing the microorganism can be appropriately set according to the type of microorganism used, but contain a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and other organic micronutrients as necessary. A normal medium can be used. The culture is performed under conditions suitable for the growth of the microorganism to be used. Usually, it is carried out at a culture temperature of 10 ° C to 45 ° C for 12 to 96 hours. “Having the ability to produce terephthalic acid” means having the ability to assimilate the carbon source and accumulate terephthalic acid in the medium or cells when cultured in a medium containing a carbon source. For example, in a known phenylalanine producing bacterium, by increasing the enzyme activity for converting phenylalanine to transcinnamic acid, the enzyme activity for converting transcinnamic acid to benzoic acid, and the enzyme activity for converting benzoic acid to terephthalic acid, Productivity can be imparted.

炭素源は、上記微生物が資化しうる炭素源であれば特に限定されないが、例えば、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられる。
窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー等が用いられる。
無機塩としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が用いられる。
また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加してもよい。
The carbon source is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the microorganism. For example, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, glycerol, sucrose, saccharose, starch, cellulose; glycerin, mannitol, xylitol, Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as ribitol are used.
As the nitrogen source, for example, peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor and the like are used in addition to ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate.
As the inorganic salt, for example, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride and the like are used.
In addition, vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, amino acids, and other factors that promote growth may be added as necessary.

テレフタル酸は当該技術分野において周知の方法、例えば、有機溶媒を用いる抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィーなどにより、培地から回収および精製することができる。   Terephthalic acid can be recovered and purified from the culture medium by methods well known in the art, such as extraction with an organic solvent, distillation, column chromatography, and the like.

<テレフタル酸の製造方法〜2>
本発明のテレフタル酸の製造方法の第二の態様は、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する工程(工程2a)、マンデル酸を安息香酸に変換する工程(工程2b)、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程(工程2c)を含む。
<Method for producing terephthalic acid-2>
The second aspect of the method for producing terephthalic acid according to the present invention includes a step of converting phenylpyruvic acid to mandelic acid (step 2a), a step of converting mandelic acid to benzoic acid (step 2b), and benzoic acid to terephthalic acid. (Step 2c).

工程2aは、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にフェニルピルビン酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 2a is performed using an enzyme that converts phenylpyruvic acid to mandelic acid or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using phenylpyruvic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素としては、hydroxymandelate
synthase(HMS)(EC1.13.11.46)が挙げられる。この酵素については、例えば、J. Am. Chem. Soc. 2000,122, 5389-5390に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、Amycolatopsis属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。
Here, as an enzyme that converts phenylpyruvic acid to mandelic acid, hydroxymandelate
synthase (HMS) (EC1.13.11.46). For this enzyme, the activity can be measured, for example, according to the method described in J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5389-5390. And it can refine | purify from Amycolatopsis genus bacteria etc. by the method as described in the literature using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、Amycolatopsis orientalis 由来のhydroxymandelate synthaseをコードするGenBank受入番号AJ223998.1:14957..16030の塩基配列(配列番号11)が例示される。ただし、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、GenBank受入番号AJ223998.1の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。なお、必要に応じて、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換しやすいように蛋白工学的手法などを用いて基質特異性を改変してもよい。また、hydroxymandelate synthaseと立体構造がよく類似している4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (EC 1.13.11.27)もフェニルピルビン酸をマンデル酸に変換するために使用することができる。   Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence (sequence number 11) of GenBank accession number AJ223998.1: 14957..16030 which codes hydroxymandelate synthase derived from Amycolatopsis orientalis is illustrated. However, as long as it encodes a protein having an activity of converting phenylpyruvic acid to mandelic acid, it may be a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of GenBank accession number AJ223998.1, and phenylpyrubin It may be a DNA encoding a protein having an activity of converting an acid into mandelic acid. If necessary, the substrate specificity may be modified using a protein engineering technique or the like so that phenylpyruvic acid can be easily converted to mandelic acid. 4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (EC 1.13.11.27), which has a similar steric structure to hydroxymandelate synthase, can also be used to convert phenylpyruvic acid to mandelic acid.

工程2bは、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にマンデル酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 2b is performed using an enzyme that converts mandelic acid to benzoic acid or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is performed using mandelic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素としては、マンデル酸経路の反応を触媒する酵素群が挙げられる。すなわち、(S)-Mandelate dehydrogenaseによって(S)-マンデル酸をベンゾイルギ酸に変換(EC 1.1.99.31)、Benzoylformate decarboxylaseによるベンゾイルギ酸の脱炭酸によってベンズアルデヒドとし(EC 4.1.1.7)、さらにBenzaldehyde dehydrogenaseによってベンズアルデヒドから安息香酸を得る(EC 1.2.1.28、1.2.1.7)。これらの酵素をコードする遺伝子は様々な微生物種で見出されており、いずれの微生物由来の酵素も利用することができる。例えばPseudomonas putidaでは、(S)-Mandelate dehydrogenaseはmdlB遺伝子(配列番号13)に、Benzoylformate decarboxylaseはmdlC遺伝子(配列番号15)に、NAD+-dependent benzaldehyde dehydrogenaseはmdlD遺伝子(配列番号17)にそれぞれコードされている(Tsou AY. et al Biochemistry. 1990 Oct 23; 29(42):9856-62.)。またPseudomonas stutzeriでは、Benzoylformate decarboxylaseがdpgB遺伝子に、NAD+/NADP+-dependent benzaldehyde dehydrogenaseがdpgC遺伝子にそれぞれコードされている(Saehuan C. et al Biochim Biophys Acta. 2007 Nov; 1770(11):1585-92.)。 Here, examples of the enzyme that converts mandelic acid into benzoic acid include an enzyme group that catalyzes the reaction of the mandelic acid pathway. That is, (S) -Mandelate dehydrogenase converts (S) -mandelic acid to benzoylformate (EC 1.1.99.31), benzoylformate decarboxylates to benzaldehyde (EC 4.1.1.7), and Benzaldehyde dehydrogenase converts benzaldehyde. To obtain benzoic acid (EC 1.2.1.28, 1.2.1.7). Genes encoding these enzymes have been found in various microbial species, and any microorganism-derived enzyme can be used. For example, in Pseudomonas putida, (S) -Mandelate dehydrogenase is encoded in the mdlB gene (SEQ ID NO: 13), Benzoylformate decarboxylase is encoded in the mdlC gene (SEQ ID NO: 15), and NAD + -dependent benzaldehyde dehydrogenase is encoded in the mdlD gene (SEQ ID NO: 17). (Tsou AY. Et al Biochemistry. 1990 Oct 23; 29 (42): 9856-62.). In Pseudomonas stutzeri, Benzoylformate decarboxylase is encoded by the dpgB gene and NAD + / NADP + -dependent benzaldehyde dehydrogenase is encoded by the dpgC gene (Saehuan C. et al Biochim Biophys Acta. 2007 Nov; 1770 (11): 1585- 92.).

また(S)-マンデル酸から安息香酸を生成する経路として、抗生物質のクロロビオシンやノボビオシンの生合成経路の反応も候補として挙げられる。Streptomyces roseochromogenes由来のCloRは、クロロビオシンのRing A部位となる3-dimethylallyl-4-hydroxybenzoate(3DMA-4HB)の合成に関与し、3-dimethylallyl-4-hydroxymandelic acid(3DMA-4HMA)を脱炭酸することで3DMA-4HBに変換することが報告されている(Pojer F. et al J Biol Chem. 2003 Aug 15; 278(33):30661-8.)。CloRが基質とする3DMA-4HMAには3位にジメチルアリル基、4位に水酸基が存在するという点で(S)-マンデル酸と異なるが、CloRが(S)-マンデル酸を基質として許容する可能性はある。また必要に応じてCloRの基質特異性を改変させることも有効な手段となり得る。またStreptomyces spheroides由来のNovRは、Streptomyces roseochromogenes由来のCloRと95%の相同性を有しており、ノボビオシンのRing A部位となる3DMA-4HBの合成に関与すると考えられている(Keller S. et al Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2006 Dec; 62(Pt 12):1564-70.)。NovRもCloRと同様、(S)-マンデル酸から安息香酸を生成させる酵素の候補となる。   In addition, as a route for producing benzoic acid from (S) -mandelic acid, reactions of biosynthetic pathways of antibiotics chlorobiocin and novobiocin are also candidates. CloR from Streptomyces roseochromogenes is involved in the synthesis of 3-dimethylallyl-4-hydroxybenzoate (3DMA-4HB), which is the Ring A site of chlorobiocin, and decarboxylates 3-dimethylallyl-4-hydroxymandelic acid (3DMA-4HMA) Has been reported to be converted to 3DMA-4HB (Pojer F. et al J Biol Chem. 2003 Aug 15; 278 (33): 30661-8.). CloR accepts (S) -mandelic acid as a substrate, but 3DMA-4HMA differs from (S) -mandelic acid in that it has a dimethylallyl group at the 3-position and a hydroxyl group at the 4-position. it's possible. In addition, modifying the substrate specificity of CloR as necessary can be an effective means. In addition, NovRR derived from Streptomyces spheroides has 95% homology with CloR derived from Streptomyces roseochromogenes and is thought to be involved in the synthesis of 3DMA-4HB, which is the ring A site of novobiocin (Keller S. et al Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2006 Dec; 62 (Pt 12): 1564-70.). NovR, like CloR, is a candidate enzyme that produces benzoic acid from (S) -mandelic acid.

これらの酵素については、例えば、上述した文献に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、Pseudomonas属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   About these enzymes, activity can be measured according to the method as described in the literature mentioned above, for example. Then, it can be purified from bacteria belonging to the genus Pseudomonas by the method described in the same literature using the activity as an index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、上述したような公知酵素をコードする塩基配列が例示される。ただし、マンデル酸を安息香酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、上記塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、マンデル酸を安息香酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。   Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence which codes the above-mentioned well-known enzyme is illustrated. However, as long as it encodes a protein having the activity of converting mandelic acid to benzoic acid, it may be a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the above base sequence, and converts mandelic acid to benzoic acid. It may be DNA encoding a protein having activity.

工程2cは、安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質に安息香酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 2c is performed using an enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid, or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using benzoic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素としては、ベンゼン環にカルボキシル基を付加する酵素が挙げられる。この酵素については、例えば、Environmental Microbiology (2010) 12(10), 2783-2796に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、Clostrida属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   Here, the enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid includes an enzyme that adds a carboxyl group to the benzene ring. The activity of this enzyme can be measured according to the method described in Environmental Microbiology (2010) 12 (10), 2783-2796, for example. And it can refine | purify from Closrida genus bacteria etc. by the method as described in the literature by using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、表2に記載のAbcAおよびAbcD遺伝子が例示さ
れる。AbcD及びAbcA遺伝子はオペロンを形成し、コードする蛋白質はヘテロ複合体を形成して、酵素反応を行っていると考えられている。ただし、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、表に記載の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。

Figure 2013128460
Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, AbcA and AbcD gene of Table 2 are illustrated. It is considered that the AbcD and AbcA genes form an operon, and the encoded protein forms a hetero complex to carry out an enzymatic reaction. However, as long as it encodes a protein having an activity of converting toluene into p-toluic acid, it may be a homologue such as a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the base sequence described in the table, and toluene is p-toluyl. It may be a DNA encoding a protein having an activity of converting to an acid.
Figure 2013128460

工程2a〜2cについては、各反応を別々に行ってもよいが、各工程を各反応を触媒する酵素、または各反応を触媒酵素の活性を有する微生物を用いて別々に行ってもよいが、各反応を触媒する酵素全て、または各反応を触媒する全ての酵素の活性を有する微生物を用い、同一反応系で、出発物質であるフェニルピルビン酸からテレフタル酸への変換反応を行うことが好ましい。   About process 2a-2c, although each reaction may be performed separately, each process may be performed separately using the enzyme which catalyzes each reaction, or each reaction using microorganisms which have the activity of a catalytic enzyme, It is preferable to carry out a conversion reaction from phenylpyruvic acid, which is a starting material, to terephthalic acid in the same reaction system using all the enzymes that catalyze each reaction or microorganisms having the activities of all the enzymes that catalyze each reaction.

すなわち、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する活性、マンデル酸を安息香酸に変換する活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する活性を有する微生物の菌体もしくはその処理物を、フェニルピルビン酸を含む反応液中に加え、通常20〜40℃で反応させることによりテレフタル酸を生成させることができる。必要に応じて、補酵素等を加えることが好ましい。   That is, a microorganism having an activity of converting phenylpyruvic acid to mandelic acid, an activity of converting mandelic acid to benzoic acid, and an activity of converting benzoic acid to terephthalic acid, or a treated product thereof, includes phenylpyruvic acid. In addition to the reaction solution, terephthalic acid can be produced usually by reacting at 20 to 40 ° C. It is preferable to add a coenzyme or the like as necessary.

なお、微生物は微生物の処理物を用いてもよい。処理物としては、アセトン、トルエン等で処理した菌体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物、菌体を破砕した無細胞抽出物等が挙げられる。また、常法により担体に固定化した菌体、該処理物、酵素等を用いることもできる。   In addition, you may use the processed material of microorganisms for microorganisms. Examples of the treated product include cells treated with acetone, toluene, and the like, freeze-dried cells, disrupted cells, cell-free extracts obtained by disrupting cells, and the like. Moreover, the microbial cell fixed to the support | carrier by the conventional method, this processed material, an enzyme, etc. can also be used.

また、テレフタル酸生産能を有し、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素活性、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素活性を有する微生物を用い、グルコースなどの炭素源から発酵法によりテレフタル酸を製造することもできる。この場合、微生物の培養に用いる培地及び培養条件は、使用する微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、炭素源、窒素源、無機塩及び必要に応じその他の有機微量栄養素を含有する通常の培地を用いることができる。培養は、用いる微生物の生育に好適な条件で行われる。通常、培養温度10℃〜45℃で12〜96時間実施する。なお、「テレフタル酸生産能を有し」とは炭素源を含む培地中で培養したときに、該炭素源を資化して培地または菌体内にテレフタル酸を蓄積しうる能力を有することをいう。例えば、公知のフェニルピルビン酸生産菌において、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素活性、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素活性、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素活性を高めることで、テレフタル酸生産能を付与することができる。
なお、培地成分やテレフタル酸の回収および精製方法は上述したとおりである。
Also, using a microorganism having an ability to produce terephthalic acid, an enzyme activity that converts phenylpyruvic acid to mandelic acid, an enzyme activity that converts mandelic acid to benzoic acid, and an enzyme activity that converts benzoic acid to terephthalic acid, Terephthalic acid can also be produced from a carbon source such as glucose by fermentation. In this case, the medium and culture conditions used for culturing the microorganism can be appropriately set according to the type of microorganism used, but contain a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and other organic micronutrients as necessary. A normal medium can be used. The culture is performed under conditions suitable for the growth of the microorganism to be used. Usually, it is carried out at a culture temperature of 10 ° C to 45 ° C for 12 to 96 hours. “Having the ability to produce terephthalic acid” means having the ability to assimilate the carbon source and accumulate terephthalic acid in the medium or cells when cultured in a medium containing a carbon source. For example, in a known phenylpyruvic acid-producing bacterium, by increasing the enzyme activity for converting phenylpyruvic acid to mandelic acid, the enzyme activity for converting mandelic acid to benzoic acid, and the enzyme activity for converting benzoic acid to terephthalic acid, Can provide terephthalic acid production ability.
The medium components and terephthalic acid recovery and purification methods are as described above.

<テレフタル酸の製造方法〜3>
本発明のテレフタル酸の製造方法の第三の態様は、フェニルアラニンをフェニルアセト
アミドに変換する工程(工程3a)、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する工程(工程3b)、フェニル酢酸をトルエンに変換する工程(工程3c)、トルエンをp−トルイル酸に変換する工程(工程3d)、およびp−トルイル酸をテレフタル酸に変換する工程(工程3e)を含む。
<Method for producing terephthalic acid-3>
The third aspect of the method for producing terephthalic acid of the present invention includes a step of converting phenylalanine to phenylacetamide (step 3a), a step of converting phenylacetamide to phenylacetic acid (step 3b), and a step of converting phenylacetic acid to toluene. (Step 3c), a step of converting toluene into p-toluic acid (step 3d), and a step of converting p-toluic acid into terephthalic acid (step 3e).

工程3aは、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にフェニルアラニンを用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 3a is performed using an enzyme that converts phenylalanine to phenylacetamide, or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using phenylalanine as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素としては、L-Phenylalanine oxidase(EC1.13.12.9)が挙げられる。この酵素については、例えば、Suzuki H et al (2004) J Biochem 136(5):617-27に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、例えば、J. Biochem. (Tokyo) 92 (1982) 1235-1240.に記載されたような方法で、シュードモナス属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   L-Phenylalanine oxidase (EC1.13.12.9) is mentioned as an enzyme which converts phenylalanine to phenylacetamide. The activity of this enzyme can be measured, for example, according to the method described in Suzuki H et al (2004) J Biochem 136 (5): 617-27. Then, using the activity as an index, it can be purified from Pseudomonas bacteria by the method described in J. Biochem. (Tokyo) 92 (1982) 1235-1240. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌(エシェリヒア属細菌)、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli (Escherichia bacteria), Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirilla bacteria Examples include Actinobacillus bacteria, filamentous fungi, yeast, and the like. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、Pseudomonas sp. P-501のL-Phenylalanine oxidaseをコードするGenBank受入番号: AB167410の塩基配列(配列番号19)が例示される。ただし、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる(以下、同様)。また、GenBank受入番号: AB167410の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。   Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence (sequence number 19) of GenBank accession number: AB167410 which codes L-Phenylalanine oxidase of Pseudomonas sp. P-501 is illustrated. However, as long as it encodes a protein having the activity of converting phenylalanine to phenylacetamide, it may be a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Here, as stringent conditions, it corresponds to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, which is a normal washing condition for Southern hybridization. The conditions for hybridizing at a salt concentration are the same (hereinafter the same). Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the base sequence of GenBank accession number: AB167410, and phenylalanine is substituted with phenylalanine. It may be a DNA encoding a protein having an activity of converting to acetamide.

工程3bは、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にフェニルアセトアミドを用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 3b is performed using an enzyme that converts phenylacetamide to phenylacetic acid, or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using phenylacetamide as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素としては、アミダーゼ(EC 3.5.1.4)が挙げられる。この酵素については、例えば、J Bacteriol 178(12):3501-7やJ. Microbiol. Biotechnol.18(3) 552-9に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、ロドコッカス属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   Here, an amidase (EC 3.5.1.4) is mentioned as an enzyme which converts phenylacetamide into phenylacetic acid. The activity of this enzyme can be measured according to the method described in J Bacteriol 178 (12): 3501-7 and J. Microbiol. Biotechnol. 18 (3) 552-9, for example. And it can refine | purify from Rhodococcus genus bacteria etc. by the method as described in the same literature by using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、Rhodococcus erythropolis由来のamidaseをコードするGenBank受入番号: EU029986.1の塩基配列(配列番号21)が例示される。ただし、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、GenBank受入番号: EU029986.1の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。また、その他のRhodococcus 由来アミダーゼ遺伝子も複数報告があり、これらもフェニルアセトアミドをフェニル酢酸へ変換するために使用できる。   Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence (sequence number 21) of GenBank accession number: EU029986.1 which codes amidase derived from Rhodococcus erythropolis is illustrated. However, as long as it encodes a protein having the activity of converting phenylacetamide to phenylacetic acid, it may be a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the above base sequence. In addition, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of GenBank accession number: EU029986.1. It may be DNA encoding a protein having an activity of converting acetamide to phenylacetic acid. Several other Rhodococcus-derived amidase genes have also been reported and can also be used to convert phenylacetamide to phenylacetic acid.

工程3cは、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にフェニル酢酸を用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 3c is performed using an enzyme that converts phenylacetic acid to toluene, or a microorganism having the activity of the enzyme. The reaction is carried out using phenylacetic acid as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素としては、4−ヒドロキシフェニル酢酸脱炭酸酵素(EC 4.1.1.83)が挙げられる。この酵素については、例えば、Eur. J. Biochem 268 1363-1372やBiochemistry 2006 45 9584-92に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、クロストリジウム属やトルモナス属、ラクトバチラス属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   Here, examples of the enzyme that converts phenylacetic acid into toluene include 4-hydroxyphenylacetic acid decarboxylase (EC 4.1.1.83). The activity of this enzyme can be measured according to the method described in Eur. J. Biochem 268 1363-1372 and Biochemistry 2006 45 9584-92, for example. And it can refine | purify from Clostridium genus, Tormonas genus, Lactobacillus genus bacteria, etc. by the method as described in the literature by using this activity as an index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、表3に記載のGenBank受入番号の塩基配列が例示される。すなわち、Clostridium difficle のHpdBとHpdC蛋白質はヘテロ複合体を形成して脱炭酸酵素の本体となり、HpdA蛋白質は活性化因子として働くことが示されているのでこれらの遺伝子群を使用することができる。また、Clostridium scatologenesのCsdB
, CsdC, CsdA遺伝子群も使用できる。加えてトルエン分解菌であるTolumonas auensisは全ゲノムが報告されており(Lucus S et al (2009) EMBL database Accession No CP001616)、Tolumonas auensis の遺伝子群も使用することができる。
ただし、フェニル酢酸をトルエンに変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、これら塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、表3に記載のGenBank受入番号の(塩基配列によってコードされる)アミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、フェニル酢酸をトルエンに変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。
Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, The base sequence of the GenBank accession number of Table 3 is illustrated. That is, it has been shown that Clodtridium difficle HpdB and HpdC proteins form a heterocomplex to form the body of decarboxylase, and that HpdA protein acts as an activator, so these genes can be used. Also, Clostridium scatologenes CsdB
, CsdC, CsdA genes can also be used. In addition, the whole genome of Tolumonas auensis, a toluene-degrading bacterium, has been reported (Lucus S et al (2009) EMBL database Accession No CP001616), and the gene group of Tolumonas auensis can also be used.
However, as long as it encodes a protein having an activity of converting phenylacetic acid into toluene, it may be a homologue such as DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of these base sequences. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence (encoded by the base sequence) of the GenBank accession numbers listed in Table 3. Alternatively, it may be a DNA encoding a protein having an activity of converting phenylacetic acid into toluene.

Figure 2013128460
Figure 2013128460

また4−ヒドロキシフェニル酢酸脱炭酸酵素(4.1.1.61)は4−ヒドロキシベンゼンを基質としてフェノールを生成するが、この酵素でもフェニル酢酸をトルエンに変換する反応が可能であると考えられ、いくつか遺伝子配列が報告されており表4に記載する。

Figure 2013128460
4-Hydroxyphenylacetic acid decarboxylase (4.1.1.61) produces phenol using 4-hydroxybenzene as a substrate. It is thought that this enzyme can also convert phenylacetic acid into toluene. Sequences have been reported and are listed in Table 4.
Figure 2013128460

他にも、オキサロ酢酸脱炭酸酵素(EC 4.1.1.3)はオキサロ酢酸をピルビン酸と二酸化炭素に切断する反応を行い、同時にナトリウムポンプを持ち、切断時に得られたエネルギーを濃度勾配に変換するのでフェニル酢酸をトルエンに変換する反応に使用できると考えられる。なお、この酵素はビオチンと亜鉛イオンを要求する。表5に例示する。

Figure 2013128460
In addition, oxaloacetate decarboxylase (EC 4.1.1.3) performs a reaction to cleave oxaloacetate into pyruvate and carbon dioxide, and at the same time has a sodium pump to convert the energy obtained at the time of cleavage into a concentration gradient. It is thought that it can be used for the reaction which converts phenylacetic acid into toluene. This enzyme requires biotin and zinc ions. This is illustrated in Table 5.
Figure 2013128460

同様のナトリウムポンプ系を有している酵素で、マロン酸脱炭酸酵素(EC 4.1.1.61)もフェニル酢酸をトルエンに変換する反応を実施できる可能性が高い。表6に例示する。

Figure 2013128460
It is likely that malonate decarboxylase (EC 4.1.1.61), which has a similar sodium pump system, can carry out a reaction to convert phenylacetic acid to toluene. This is illustrated in Table 6.
Figure 2013128460

工程3dは、トルエンをp−トルイル酸に変換する酵素、または該酵素の活性を有する微生物を用いて行う。反応は基質にトルエンを用いて、好ましくは20〜40℃で行い、必要に応じて補酵素等を加える。   Step 3d is performed using an enzyme that converts toluene into p-toluic acid or a microorganism having activity of the enzyme. The reaction is carried out using toluene as a substrate, preferably at 20 to 40 ° C., and a coenzyme or the like is added as necessary.

ここで、トルエンをp−トルイル酸に変換する酵素としては、ベンゼン環にカルボキシル基を付加する酵素が挙げられる。この酵素については、例えば、Environmental Microbiology (2010) 12(10), 2783-2796に記載の方法に従って活性を測定することができる。そして該活性を指標として、同文献に記載されたような方法で、Clostrida属細菌などから精製することができる。なお、部分精製酵素や該酵素の活性を有する画分を使用してもよい。また、遺伝子組み換えによって作製される組換え酵素を用いてもよい。   Here, the enzyme that converts toluene into p-toluic acid includes an enzyme that adds a carboxyl group to the benzene ring. The activity of this enzyme can be measured according to the method described in Environmental Microbiology (2010) 12 (10), 2783-2796, for example. And it can refine | purify from Closrida genus bacteria etc. by the method as described in the literature by using this activity as a parameter | index. A partially purified enzyme or a fraction having the activity of the enzyme may be used. Moreover, you may use the recombinant enzyme produced by gene recombination.

該酵素の活性を有する微生物としては、天然に該酵素の活性を有する微生物でもよいし、遺伝子改変等により該酵素の活性を付与された微生物であってもよい。微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示される。該酵素の活性が付与された微生物は、公知の配列をもとに該酵素をコードするDNAを取得し、これを上記微生物に、ベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。また、宿主微生物の染色体上の該酵素をコードする遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても該酵素の活性を有する微生物を得ることができる。   The microorganism having the enzyme activity may be a microorganism having the enzyme activity naturally, or a microorganism to which the activity of the enzyme is imparted by genetic modification or the like. The type of microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus bacteria, Examples include filamentous fungi and yeast. A microorganism to which the enzyme activity is imparted acquires DNA encoding the enzyme based on a known sequence, and introduces the DNA into the microorganism by a transformation method using a vector, homologous recombination, or the like. Can be obtained. A microorganism having the activity of the enzyme can also be obtained by replacing the promoter of the gene encoding the enzyme on the chromosome of the host microorganism with a strong promoter.

公知の配列としては特に制限されないが、表7に記載のAbcAおよびAbcD遺伝子が例示される。AbcD及びAbcA遺伝子はオペロンを形成し、コードする蛋白質はヘテロ複合体を形成して、酵素反応を行っていると考えられている。ただし、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有する蛋白質をコードする限り、上記塩基配列の相補配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAのようなホモログであってもよい。また、表に記載の塩基配列にコードされるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有し、トルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。

Figure 2013128460
Although it does not restrict | limit especially as a well-known sequence, AbcA and AbcD gene of Table 7 are illustrated. It is considered that the AbcD and AbcA genes form an operon, and the encoded protein forms a hetero complex to carry out an enzymatic reaction. However, as long as it encodes a protein having an activity of converting toluene into p-toluic acid, it may be a homologue such as a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a complementary sequence of the above base sequence. Further, it has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more identity with the amino acid sequence encoded by the base sequence described in the table, and toluene is p-toluyl. It may be a DNA encoding a protein having an activity of converting to an acid.
Figure 2013128460

工程3eではp-トルイル酸からテレフタル酸への変換を行う。p-トルイル酸からテレフタル酸への変換は、例えば、米国特許第3,089,906号(1963)などに記載の方法が知られている。メタノール等を反応系に共存させることで得たp-トルイル酸エステルを合成し、これを酸化反応でジメチルテレフタル酸に変換させさらに高純度に精製した上でテレフタル酸を取得することができる。   In step 3e, p-toluic acid is converted to terephthalic acid. For the conversion of p-toluic acid to terephthalic acid, for example, a method described in US Pat. No. 3,089,906 (1963) is known. A p-toluic acid ester obtained by allowing methanol or the like to coexist in the reaction system is synthesized, converted into dimethyl terephthalic acid by an oxidation reaction, and further purified to a high purity to obtain terephthalic acid.

工程3a〜3dについては、各工程を、各反応を触媒する酵素、または各反応を触媒する酵素の活性を有する微生物を用いて別々に行ってもよいが、各反応を触媒する酵素全て、または各反応を触媒する全ての酵素の活性を有する微生物を用い、同一反応系で、出発物質であるフェニルアラニンからp-トルイル酸への変換反応を行うことが好ましい。   For steps 3a to 3d, each step may be performed separately using an enzyme that catalyzes each reaction or a microorganism having an activity of an enzyme that catalyzes each reaction, but all the enzymes that catalyze each reaction, or It is preferable to carry out a conversion reaction from phenylalanine, which is a starting material, to p-toluic acid in the same reaction system using microorganisms having the activity of all enzymes that catalyze each reaction.

すなわち、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する活性、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する活性、フェニル酢酸をトルエンに変換する活性、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する活性を有する微生物の菌体もしくはその処理物を、フェニルアラニンを含む反応液中に加え、通常20〜40℃で反応させることによりp-トルイル酸を生成させることができる。必要に応じて、補酵素等を加えることが好ましい。   That is, an activity of converting phenylalanine to phenylacetamide, an activity of converting phenylacetamide to phenylacetic acid, an activity of converting phenylacetic acid to toluene, and a microbial cell having an activity of converting toluene to p-toluic acid or its treatment The product is added to a reaction solution containing phenylalanine, and the reaction is usually carried out at 20 to 40 ° C. to produce p-toluic acid. It is preferable to add a coenzyme or the like as necessary.

なお、微生物は微生物の処理物を用いてもよい。処理物としては、アセトン、トルエン等で処理した菌体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物、菌体を破砕した無細胞抽出物等が挙げられる。また、常法により担体に固定化した菌体、該処理物、酵素等を用いることもできる。
そして、得られたp-トルイル酸をテレフタル酸に変換することで、テレフタル酸を得ることができる。
In addition, you may use the processed material of microorganisms for microorganisms. Examples of the treated product include cells treated with acetone, toluene, and the like, freeze-dried cells, disrupted cells, cell-free extracts obtained by disrupting cells, and the like. Moreover, the microbial cell fixed to the support | carrier by the conventional method, this processed material, an enzyme, etc. can also be used.
And terephthalic acid can be obtained by converting the obtained p-toluic acid into terephthalic acid.

一方、p−トルイル酸生産能を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素活性、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素活性、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素活性、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素活性を有する微生物を用い、グルコースなどの炭素源から発酵法によりp−トルイル酸を製造し、得られたp−トルイル酸をテレフタル酸に変換することによってテレフタル酸を製造することもできる。この場合、微生物の培養に用いる培地及び培養条件は、使用する微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、炭素源、窒素源、無機塩及び必要に応じその他の有機微量栄養素を含有する通常の培地を用いることができる。培養は、用いる微生物の生育に好適な条件で行われる。通常、培養温度10℃〜45℃で12〜96時間実施する。pHは微生物の生育および物質生産に好ましい範囲に適宜調節することが好ましい。なお、「p−トルイル酸生産能を有し」とは炭素源を含む培地中で培養したときに、該炭素源を資化して培地または菌体内にp−トルイル酸を蓄積しうる能力を有することをいう。例えば、公知のフェニルアラニン生産菌において、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素活性、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素活性、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素活性、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素活性を高めることで、p−トルイル酸生産能を付与することができる。
なお、培地成分やテレフタル酸の精製方法は上述したとおりである。p−トルイル酸も当該技術分野において周知の方法、例えば、有機溶媒を用いる抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィーなどにより、培地から回収および精製することができる。
On the other hand, it has the ability to produce p-toluic acid, has an enzymatic activity to convert phenylalanine to phenylacetamide, an enzymatic activity to convert phenylacetamide to phenylacetic acid, an enzymatic activity to convert phenylacetic acid to toluene, and toluene to p-toluic acid It is also possible to produce terephthalic acid by producing p-toluic acid from a carbon source such as glucose by a fermentation method using a microorganism having an enzyme activity to be converted into terephthalic acid, and converting the obtained p-toluic acid into terephthalic acid it can. In this case, the medium and culture conditions used for culturing the microorganism can be appropriately set according to the type of microorganism used, but contain a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and other organic micronutrients as necessary. A normal medium can be used. The culture is performed under conditions suitable for the growth of the microorganism to be used. Usually, it is carried out at a culture temperature of 10 ° C to 45 ° C for 12 to 96 hours. It is preferable that the pH is appropriately adjusted within a preferable range for microbial growth and substance production. In addition, “having the ability to produce p-toluic acid” has the ability to assimilate the carbon source and accumulate p-toluic acid in the medium or cells when cultured in a medium containing a carbon source. That means. For example, in a known phenylalanine-producing bacterium, enzyme activity for converting phenylalanine to phenylacetamide, enzyme activity for converting phenylacetamide to phenylacetic acid, enzyme activity for converting phenylacetic acid to toluene, and converting toluene to p-toluic acid By increasing the enzyme activity, p-toluic acid producing ability can be imparted.
The medium components and the method for purifying terephthalic acid are as described above. p-Toluic acid can also be recovered and purified from the culture medium by methods well known in the art, such as extraction using organic solvents, distillation, column chromatography, and the like.

参考例
以下、本発明においてテレフタル酸の合成経路を見い出すために使用した合成経路作成装置について、図面に基づいて説明する。
Reference Example Hereinafter, a synthetic route creating apparatus used for finding a synthetic route of terephthalic acid in the present invention will be described with reference to the drawings.

〈合成経路作成装置1の構成〉
図1は、合成経路作成装置1の構成図である。図1に示すように、合成経路作成装置1は、CPU(Central Processing Unit)2、メモリ3、ハードディスク駆動装置4、可搬媒体駆動装置5、入力装置6、表示装置7及び外部インターフェース8を有している。
<Configuration of Composite Route Creation Device 1>
FIG. 1 is a configuration diagram of the synthetic route creation apparatus 1. As shown in FIG. 1, the composite path creation device 1 has a CPU (Central Processing Unit) 2, a memory 3, a hard disk drive device 4, a portable medium drive device 5, an input device 6, a display device 7, and an external interface 8. doing.

CPU2は、メモリ3に格納されているコンピュータプログラムを実行するとともに、メモリ3に格納されているデータを処理することにより、合成経路作成装置1を制御する。メモリ3は、CPU2で実行されるプログラムやCPU2で処理されるデータを記憶する。メモリ3は、揮発性のRAM(Random Access Memory)と、不揮発性のROM(Read Only Memory)とを含む。   The CPU 2 executes the computer program stored in the memory 3 and processes the data stored in the memory 3 to control the composite path creation device 1. The memory 3 stores a program executed by the CPU 2 and data processed by the CPU 2. The memory 3 includes a volatile RAM (Random Access Memory) and a nonvolatile ROM (Read Only Memory).

ハードディスク駆動装置4は、メモリ3にロードされるプログラムを記憶する。また、ハードディスク駆動装置4は、CPU2で処理されるデータを記憶する。可搬媒体駆動装置5は、例えば、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、HD−DVD(High Definition−DVD)、ブルーレイディスク等の可搬媒体の駆動装置である
。また、可搬媒体駆動装置5は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有するカード媒体の入出力装置であってもよい。可搬媒体駆動装置5によって駆動される可搬媒体は、例えば、ハードディスク駆動装置4にインストールされるコンピュータプログラム、入力データ等を保持する。入力装置6は、例えば、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ワイヤレスリモコン等である。
The hard disk drive 4 stores a program loaded into the memory 3. Further, the hard disk drive device 4 stores data processed by the CPU 2. The portable medium driving device 5 is a driving device for a portable medium such as a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disk), an HD-DVD (High Definition-DVD), and a Blu-ray disc. Further, the portable medium driving device 5 may be an input / output device for a card medium having a nonvolatile memory such as a flash memory. The portable medium driven by the portable medium drive device 5 holds, for example, a computer program installed in the hard disk drive device 4 and input data. The input device 6 is, for example, a keyboard, a mouse, a pointing device, a wireless remote controller, or the like.

表示装置7は、CPU2で処理されるデータやメモリ3に記憶されるデータを表示する。表示装置7は、例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、CRT(Cathode Ray Tube)、エレクトロルミネッセンスパネル等である。   The display device 7 displays data processed by the CPU 2 and data stored in the memory 3. The display device 7 is, for example, a liquid crystal display device, a plasma display panel, a CRT (Cathode Ray Tube), an electroluminescence panel, or the like.

外部インターフェース8は、合成経路作成装置1を外部ネットワークに接続する。外部インターフェース8は、例えば、モデム、ターミナルアダプタ等の通信装置を備えており、合成経路作成装置1と外部ネットワーク上の機器との通信の制御を行う。外部ネットワークは、例えば、インターネットやローカルエリアネットワーク(LAN)である。また、電話線、専用線、光通信網、通信衛生などの通信回線により外部ネットワークを構成してもよい。   The external interface 8 connects the synthetic route creation device 1 to an external network. The external interface 8 includes a communication device such as a modem and a terminal adapter, for example, and controls communication between the combined route creation device 1 and devices on the external network. The external network is, for example, the Internet or a local area network (LAN). In addition, the external network may be configured by a communication line such as a telephone line, a dedicated line, an optical communication network, or a communication hygiene.

合成経路作成装置1は、出発化合物から目的化合物までの化合物合成経路を作成する。化合物合成経路の作成は、仮想反応法及び最適化法の2種類がある。仮想反応法及び最適化法では、化合物を独自の表現方法によって定義する。   The synthesis route creation device 1 creates a compound synthesis route from a starting compound to a target compound. There are two types of compound synthesis pathway creation: a virtual reaction method and an optimization method. In the virtual reaction method and the optimization method, a compound is defined by a unique expression method.

〈化合物を独自の表現方法によって定義する手順の一例〉
まず、化合物を独自の表現方法によって定義する手順の一例について説明する。この手順においては、化合物の化学構造式に含まれている部分構造を所定の基準に従って分類し、化合物の化学構造式に含まれている部分構造を文字列として定義する。所定の基準は、化合物構造について厳密に定義した基準であってもよいし、化合物構造の類似性を考慮した基準であってもよい。また、所定の基準は、官能基別(alkane、alkeneなど)に基づいた基準であってもよい。例えば、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)のデータベースに登録されているatom typesに従って、化合物の化学構造式に含まれている部分構造を分類してもよい。また、例えば、KEGGのデータベースに登録されているatom typesをグループ化し、グループ化されたatom typesに従って、化合物の化学構造式に含まれている部分構造を分類してもよい。
<Example of procedure for defining compounds by original expression method>
First, an example of a procedure for defining a compound by an original expression method will be described. In this procedure, partial structures included in the chemical structural formula of the compound are classified according to a predetermined standard, and the partial structures included in the chemical structural formula of the compound are defined as character strings. The predetermined standard may be a standard that is strictly defined for the compound structure, or may be a standard that takes into account the similarity of the compound structure. Further, the predetermined standard may be a standard based on functional group classification (alkane, alkene, etc.). For example, the partial structure included in the chemical structural formula of the compound may be classified according to the atom types registered in the database of KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Further, for example, atom types registered in the KEGG database may be grouped, and the partial structures included in the chemical structural formulas of the compounds may be classified according to the grouped atom types.

KEGGのデータベースに登録されている炭素(C)を有する化合物についてのatom typesをグループ化した場合の例を図2に示す。図2では、化学反応類似性に基づいて、atom typesのグループ化が行われているが、官能基別(alkane、alkeneなど)に基づいて、atom typesのグループ化を行ってもよい。図2のC1a、C1b、C1c及びC1dは、KEGGのデータベースに登録されているatom typesに割り当てられた識別番号である。図2のC2aやC3a等についても同様である。図2のC01は、C1a、C1b、C1c及びC1dをグループ化したデータ(情報)に割り当てられた識別番号である。図2のC02やC03等についても同様である。   FIG. 2 shows an example in which atom types for compounds having carbon (C) registered in the KEGG database are grouped. In FIG. 2, atom types are grouped on the basis of chemical reaction similarity, but atom types may be grouped on the basis of functional groups (alkane, alkene, etc.). C1a, C1b, C1c, and C1d in FIG. 2 are identification numbers assigned to atom types registered in the KEGG database. The same applies to C2a and C3a in FIG. C01 in FIG. 2 is an identification number assigned to data (information) obtained by grouping C1a, C1b, C1c, and C1d. The same applies to C02 and C03 in FIG.

図3は、KEGGのデータベースに登録されている化合物についてのatom typesをグループ化した場合の例である。図3の識別番号Aのフィールドには、KEGGのデータベースに登録されている化合物についてのatom typesに割り当てられた識別番号が入力されている。図3の識別番号Bのフィールドには、KEGGのデータベースに登録されている化合物についてのatom typesをグループ化したデータに割り当てられた識別番号が入力されている。   FIG. 3 shows an example in which atom types for compounds registered in the KEGG database are grouped. In the field of the identification number A in FIG. 3, the identification number assigned to the atom types for the compound registered in the KEGG database is input. In the field of the identification number B in FIG. 3, an identification number assigned to data obtained by grouping atom types for compounds registered in the KEGG database is input.

図4は、化合物(3-Hydroxypropionate)の化学構造式に含まれている部分構造の個数及び部分構造の結合状態の個数をカウントした場合の例である。図4では、化合物(3-Hydroxypropionate)の化学構造式に含まれている部分構造の個数が、部分構造の種類毎にカウントされ、また、化合物(3-Hydroxypropionate)の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数が、部分構造の種類及び結合状態の種類毎にカウントされている。   FIG. 4 shows an example of counting the number of partial structures and the number of bonded states of the partial structures included in the chemical structural formula of the compound (3-Hydroxypropionate). In FIG. 4, the number of partial structures included in the chemical structural formula of the compound (3-Hydroxypropionate) is counted for each type of partial structure, and is included in the chemical structural formula of the compound (3-Hydroxypropionate). The number of bonding states of the partial structures is counted for each type of partial structure and each type of bonding state.

図4の符号101で示すフィールドには、KEGGのデータベースに登録されている化合物についてのatom typesをグループ化したデータに割り当てられた識別番号が入力されている。図4の符号102で示すフィールドには、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の個数を、部分構造の種類毎にカウントした後の数値が入力されている。また、図4の符号102で示すフィールドには、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数を、部分構造の種類及び結合状態の種類毎にカウントした後の数値が入力されている。なお、図4において、一重結合は−で表記され、二重結合は=で表記され、三重結合は%で表記されている。図4の符号102で示すフィールドに入力されている数値を連続的に並べたものを、UF(Universal Feature)と表記する。図4に示すように、化合物のUFは、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の個数を示す原子情報と、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数を示す結合情報とから構成
されている。
In the field denoted by reference numeral 101 in FIG. 4, an identification number assigned to data obtained by grouping atom types for compounds registered in the KEGG database is input. In the field denoted by reference numeral 102 in FIG. 4, a numerical value is input after the number of partial structures included in the chemical structural formula of the compound is counted for each type of partial structure. Also, in the field denoted by reference numeral 102 in FIG. 4, a numerical value after counting the number of partial structure bonding states included in the chemical structural formula of the compound for each partial structure type and bonding state type is input. Has been. In FIG. 4, single bonds are represented by −, double bonds are represented by =, and triple bonds are represented by%. A numerical value continuously input in the field denoted by reference numeral 102 in FIG. 4 is denoted as UF (Universal Feature). As shown in FIG. 4, the UF of a compound includes atomic information indicating the number of partial structures included in the chemical structural formula of the compound and the number of bonding states of the partial structures included in the chemical structural formula of the compound. The combination information shown in FIG.

〈合成経路作成装置1の機能構成〉
図5は、合成経路作成装置1の機能構成図である。図5に示す合成経路作成装置1は、ユーザの操作を受け付けて合成経路作成装置1を操作する操作部10と、化合物データベース11、既知反応データベース12、部分構造データベース13、共通構造データベース14、UFデータベース15、差分データベース16、17及び仮想反応データベース18を有する記憶部20と、各種の処理を実行する制御部21と、各種の情報を表示する表示部22とを備える。これらの各機能部は、CPU2、メモリ3等やCPU2で実行されるコンピュータプログラムによって実現される。
<Functional configuration of composite route creation apparatus 1>
FIG. 5 is a functional configuration diagram of the synthetic route creation apparatus 1. The synthetic route creation apparatus 1 shown in FIG. 5 includes an operation unit 10 that receives a user operation and operates the synthetic route creation device 1, a compound database 11, a known reaction database 12, a partial structure database 13, a common structure database 14, and a UF. The storage part 20 which has the database 15, the difference databases 16, 17 and the virtual reaction database 18, the control part 21 which performs various processes, and the display part 22 which displays various information are provided. Each of these functional units is realized by a computer program executed by the CPU 2, the memory 3, and the CPU 2.

〈化合物データベース11〉
化合物データベース11には、化合物の名称と、化合物の化学構造式のデータとが関連付けて格納される。例えば、KEGGのデータベースに登録されている化合物の名称及び化合物の化学構造式のデータを関連付けて、化合物データベース11に格納してもよい。また、化合物データベース11には、KEGGのデータベースに登録されている化合物に加えて目的化合物(非天然化合物を含む)の化合物の名称と、化合物の化学構造式のデータとが関連付けて格納されてもよい。また、例えば、PubChem、BRENDA、MetaCycなどの代謝物データベースに登録されている化合物の名称と、化合物の化学構造式のデータとを関連付けて、化合物データベース11に格納してもよい。これに限らず、種々の化学物質データベースに登録されている化合物の名称と、化合物の化学構造式のデータとを関連付けて、化合物データベース11に格納してもよい。
<Compound Database 11>
In the compound database 11, the name of the compound and the data of the chemical structural formula of the compound are stored in association with each other. For example, the compound name registered in the KEGG database and the chemical structure data of the compound may be associated with each other and stored in the compound database 11. Further, in the compound database 11, in addition to the compounds registered in the KEGG database, the names of the compounds of the target compounds (including non-natural compounds) and the chemical structural formula data of the compounds are stored in association with each other. Good. Further, for example, the name of a compound registered in a metabolite database such as PubChem, BRENDA, or MetaCyc may be stored in the compound database 11 in association with the chemical structural formula data of the compound. Not limited to this, the names of compounds registered in various chemical substance databases and the chemical structural formula data of the compounds may be associated with each other and stored in the compound database 11.

化合物データベース11に格納されている化合物について、化合物(例えば、化合物A)から化合物(例えば、化合物B)が合成されることが知られている化合物ペアにおける反応を、既知反応と表記する。既知反応であるか否かについては、ユーザが設定することが可能であるが、例えば、KEGGのデータベースに登録されている反応については、既知反応であるとしてもよい。   For a compound stored in the compound database 11, a reaction in a compound pair that is known to synthesize a compound (for example, Compound B) from a compound (for example, Compound A) is referred to as a known reaction. The user can set whether or not the reaction is a known reaction. For example, a reaction registered in the KEGG database may be a known reaction.

化合物データベース11に格納されている化合物について、化合物(例えば、化合物A)から化合物(例えば、化合物B)が合成されることが知られている化合物ペアを、既知化合物ペアと表記する。この時、化合物Aと化合物Bとの間に中間体である化合物A’が存在していてもよい。   For a compound stored in the compound database 11, a compound pair in which a compound (eg, compound B) is known to be synthesized from a compound (eg, compound A) is referred to as a known compound pair. At this time, compound A ′, which is an intermediate, may exist between compound A and compound B.

化合物データベース11に格納されている化合物について、或る化合物(例えば、化合物C)から或る化合物(例えば、化合物D)が合成されることが知られていない化合物ペアにおける反応を、未知反応と表記する。化合物データベース11に格納されている化合物について、或る化合物(例えば、化合物C)から或る化合物(例えば、化合物D)が合成されることが知られていない化合物ペアを、未知化合物ペアと表記する。   For a compound stored in the compound database 11, a reaction in a compound pair for which a certain compound (for example, compound D) is not known to be synthesized from a certain compound (for example, compound C) is expressed as an unknown reaction. To do. For a compound stored in the compound database 11, a compound pair for which a certain compound (for example, compound D) is not known to be synthesized from a certain compound (for example, compound C) is referred to as an unknown compound pair. .

〈既知反応データベース12〉
既知反応データベース12には、既知化合物ペアにおける各化合物の名称と、既知化合物ペアにおける反応方向と、既知反応酵素とが、関連付けて格納される。既知反応酵素は、複数であってもよい。
<Known reaction database 12>
In the known reaction database 12, the names of the respective compounds in the known compound pairs, the reaction directions in the known compound pairs, and the known reaction enzymes are stored in association with each other. There may be a plurality of known reaction enzymes.

例えば、KEGGのデータベースに登録されている化合物ペアにおける各化合物の名称と、化合物ペアの反応における反応方向と、化合物ペアにおける反応に用いられる酵素とを関連付けて、既知反応データベース12に格納してもよい。また、例えば、PubChem、BRENDA、MetaCycなどの代謝物データベースに登録されている化合物ペアにおける各化合物の名称と、化合物ペアにおける反応方向と、化合物ペアにおける反
応に用いられる酵素とを関連付けて、既知反応データベース12に格納してもよい。また、大腸菌の代謝反応データベースに登録されている化合物ペアにおける各化合物の名称と、化合物ペアにおける反応方向と、化合物ペアにおける反応に用いられる酵素とを関連付けて、既知反応データベース12に格納してもよい。これに限らず、種々の化学物質データベースに登録されている化合物ペアにおける各化合物の名称と、化合物ペアにおける反応方向と、化合物ペアにおける反応に用いられる酵素とを関連付けて、既知反応データベース12に格納してもよい。
For example, the name of each compound in the compound pair registered in the KEGG database, the reaction direction in the reaction of the compound pair, and the enzyme used in the reaction in the compound pair may be associated and stored in the known reaction database 12. Good. In addition, for example, the name of each compound in a compound pair registered in a metabolite database such as PubChem, BRENDA, MetaCyc, the reaction direction in the compound pair, and the enzyme used for the reaction in the compound pair are related to each other in the known reaction It may be stored in the database 12. Alternatively, the name of each compound in the compound pair registered in the metabolic reaction database of E. coli, the reaction direction in the compound pair, and the enzyme used for the reaction in the compound pair may be associated and stored in the known reaction database 12. Good. Not limited to this, each compound name registered in various chemical substance databases, the reaction direction in the compound pair, and the enzyme used for the reaction in the compound pair are associated and stored in the known reaction database 12. May be.

〈部分構造データベース13〉
部分構造データベース13には、化合物の化学構造式の部分データと、化合物の化学構造式の部分データに割り当てられた識別番号とが格納される。化合物の化学構造式の部分データは、所定の基準に従い、化合物の化学構造式から一部分の化学構造を抽出することによって作成されたデータである。例えば、KEGGのデータベースに登録されているatom typesに基づいて、化合物データベース11に登録されている化合物の化学構造式から一部分の化学構造を抽出することによって、化合物の化学構造式の部分データを作成してもよい。化合物の化学構造式の部分データに割り当てられた識別番号を、構造番号と表記する。例えば、図2の例であれば、C1a、C1b、C1c及びC1dが、構造番号に相当する。
<Partial structure database 13>
The partial structure database 13 stores partial data of the chemical structural formula of the compound and an identification number assigned to the partial data of the chemical structural formula of the compound. The partial data of the chemical structure of the compound is data created by extracting a partial chemical structure from the chemical structure of the compound according to a predetermined standard. For example, based on the atom types registered in the KEGG database, partial chemical structure formula partial data is created by extracting a partial chemical structure from the chemical structure formula of the compound registered in the compound database 11 May be. The identification number assigned to the partial data of the chemical structural formula of the compound is expressed as a structure number. For example, in the example of FIG. 2, C1a, C1b, C1c, and C1d correspond to structure numbers.

〈共通構造データベース14〉
共通構造データベース14には、化合物の化学構造式の部分データをグループ化したデータと、グループ化したデータに割り当てられた識別番号とが格納される。化合物の化学構造式の部分データをグループ化したデータに割り当てられた識別番号を、共通構造番号と表記する。例えば、図2の例であれば、C01が共通構造番号に相当する。
<Common structure database 14>
The common structure database 14 stores data obtained by grouping partial data of chemical structural formulas of compounds and identification numbers assigned to the grouped data. An identification number assigned to data obtained by grouping partial data of chemical structural formulas of compounds is referred to as a common structure number. For example, in the example of FIG. 2, C01 corresponds to the common structure number.

〈UFデータベース15〉
UFデータベース15には、化合物のUFが、化合物の名称と関連付けて格納される。
<UF database 15>
The UF database 15 stores the UF of a compound in association with the name of the compound.

〈化合物のUFの作成〉
制御部21は、化合物データベース11に格納されている化合物のUFを作成する。そして、制御部21は、作成した化合物のUFを、化合物の名称と関連付けてUFデータベース15に格納する。
<Creation of compound UF>
The control unit 21 creates a UF of the compound stored in the compound database 11. Then, the control unit 21 stores the UF of the created compound in the UF database 15 in association with the name of the compound.

なお、UFデータベース15に格納されている化合物のUF及び化合物の名称については、化合物のUFが同一であるが、化合物の名称が異なる場合がある。例えば、図2の例を用いて化合物A及び化合物Bが分類され、化合物Aについては、C1aが2個、化合物Bについては、C1aが1個、C1bが1個であったとする。C1a及びC1bは、グループ化されているので、化合物A及び化合物Bは、共にC01が2個あるとして、化合物のUFが作成される。そのため、化合物のUFが同一であるが、化合物の名称が異なる場合がある。この場合、UFデータベース15には、化合物のUFに対して、複数の化合物の名称が関連付けて格納されている。   Note that the compound UF and the compound name stored in the UF database 15 are the same, but the compound names may be different. For example, it is assumed that Compound A and Compound B are classified using the example of FIG. 2, and for Compound A, there are 2 C1a, and for Compound B, there is 1 C1a and 1 C1b. Since C1a and C1b are grouped, the compound UF is created assuming that both compound A and compound B have two C01. Therefore, the UF of the compound is the same, but the name of the compound may be different. In this case, the names of a plurality of compounds are stored in the UF database 15 in association with the UF of the compound.

上記では、制御部21は、共通構造データベース14を参照して、化合物のUFを作成している。すなわち、制御部21は、化合物の化学構造式の部分データをグループ化したデータと、共通構造番号とを参照して、化合物のUFを作成している。しかし、これに限定されず、制御部21は、部分構造データベース13を参照して、化合物のUFを作成してもよい。すなわち、制御部21は、化合物の化学構造式の部分データと、構造番号とを参照して、化合物のUFを作成してもよい。   In the above, the control unit 21 creates the UF of the compound with reference to the common structure database 14. That is, the control unit 21 creates a UF of a compound by referring to data obtained by grouping partial data of chemical structural formulas of the compound and a common structure number. However, the present invention is not limited to this, and the control unit 21 may create the UF of the compound with reference to the partial structure database 13. That is, the control unit 21 may create the UF of the compound by referring to the partial data of the chemical structural formula of the compound and the structure number.

〈差分データベース16〉
差分データベース16には、化合物ペアのUFの差分と、化合物ペアにおける各化合物
の名称とが、関連付けて格納される。例えば、化合物AのUFから化合物BのUFを減算した値が、化合物ペアのUFの差分である。なお、差分データベース16には、化合物ペアにおける各化合物の名称に代えて、化合物ペアにおける各化合物のUFを格納してもよい。
<Difference database 16>
The difference database 16 stores the UF difference of the compound pair and the name of each compound in the compound pair in association with each other. For example, a value obtained by subtracting the UF of the compound B from the UF of the compound A is the difference of the UF of the compound pair. The difference database 16 may store the UF of each compound in the compound pair instead of the name of each compound in the compound pair.

〈差分データベース16に格納されるDFの作成〉
制御部21は、UFデータベース15に格納されている全ての化合物についてペアを作成し、作成した化合物ペアのUFの差分を算出する。化合物ペアのUFの差分を、DF(Difference Feature)と表記する。
<Create DF to be stored in difference database 16>
The control unit 21 creates pairs for all the compounds stored in the UF database 15 and calculates the UF difference of the created compound pairs. The difference in UF of a compound pair is expressed as DF (Difference Feature).

制御部21は、UFデータベース15に格納されている全ての化合物ペアで反応が生じると仮定して、UFデータベース15に格納されている全ての化合物についてペアを作成する。例えば、UFデータベース15に化合物A、B及びCが格納されている場合、制御部21は、化合物Aと化合物Bとのペア、化合物Aと化合物Cとのペア、化合物Bと化合物Cとのペアを作成する。また、例えば、化合物Aと化合物BとのペアについてのDFを算出する場合、制御部21は、化合物AのUFから化合物BのUFを減算した値と、化合物BのUFから化合物AのUFを減算した値とを算出する。そして、制御部21は、DFと化合物ペアにおける各化合物の名称とを関連付けて差分データベース16に格納する。   The control unit 21 creates pairs for all the compounds stored in the UF database 15 on the assumption that reactions occur in all the compound pairs stored in the UF database 15. For example, when the compounds A, B, and C are stored in the UF database 15, the control unit 21 performs a pair of the compound A and the compound B, a pair of the compound A and the compound C, and a pair of the compound B and the compound C. Create Further, for example, when calculating the DF for the pair of compound A and compound B, the control unit 21 calculates the value obtained by subtracting the UF of compound B from the UF of compound A, and the UF of compound A from the UF of compound B. The subtracted value is calculated. Then, the control unit 21 stores the DF and the name of each compound in the compound pair in the difference database 16 in association with each other.

〈差分データベース17〉
差分データベース17には、既知化合物ペアのUFの差分と、既知化合物ペアにおける各化合物の名称と、既知反応酵素とが、関連付けて格納される。なお、差分データベース17には、既知化合物ペアにおける各化合物の名称に代えて、既知化合物ペアにおける各化合物のUFを格納してもよい。
<Difference database 17>
In the difference database 17, the UF difference of the known compound pair, the name of each compound in the known compound pair, and the known reaction enzyme are stored in association with each other. The difference database 17 may store the UF of each compound in the known compound pair instead of the name of each compound in the known compound pair.

〈差分データベース17に格納されるDFの作成〉
制御部21は、UFデータベース15に格納されている化合物のうち既知化合物ペアのUFの差分を算出する。既知化合物ペアのUFの差分を、既知DFと表記する。例えば、化合物Aから化合物Bを合成する反応が既知反応である場合、制御部21は、化合物BのUFから化合物AのUFを減算することにより、既知DFを算出する。そして、制御部21は、既知DFと、既知化合物ペアにおける各化合物の名称と、既知反応酵素とを関連付けて差分データベース17に格納する。制御部21は、既知化合物ペアにおける各化合物の名称、既知反応酵素については、既知反応データベース12に格納されているデータを用いる。
<Create DF to be stored in difference database 17>
The control unit 21 calculates the UF difference of a known compound pair among the compounds stored in the UF database 15. The UF difference of a known compound pair is denoted as known DF. For example, when the reaction for synthesizing the compound B from the compound A is a known reaction, the control unit 21 calculates the known DF by subtracting the UF of the compound A from the UF of the compound B. Then, the control unit 21 stores the known DF, the name of each compound in the known compound pair, and the known reaction enzyme in the difference database 17 in association with each other. The control unit 21 uses the data stored in the known reaction database 12 for the names and known reaction enzymes of each compound in the known compound pair.

〈仮想反応法による化合物合成経路の作成〉
図6を参照して、仮想反応法による化合物合成経路の作成のフローを説明する。図6のフローは、操作部10を介してユーザから仮想反応法による化合物合成経路の作成の指示を受け付けることにより開始される。この際、操作部10を介してユーザから出発化合物及び目的化合物の指定を受け付けるようにしてもよい。
<Creation of compound synthesis route by virtual reaction method>
With reference to FIG. 6, the flow of creation of a compound synthesis route by a virtual reaction method will be described. The flow in FIG. 6 is started by receiving an instruction to create a compound synthesis route by a virtual reaction method from the user via the operation unit 10. At this time, the designation of the starting compound and the target compound may be received from the user via the operation unit 10.

図6のS601の処理において、制御部21は、化合物データベース11に格納されている化合物のUFを作成する。すなわち、制御部21は、化合物データベース11に格納されている化合物の化学構造式に含まれている部分構造の個数を、部分構造の種類毎にカウントするとともに、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数を、部分構造の種類及び結合状態の種類毎にカウントすることにより、化合物の化学構造式を数値に変換する。また、図6のS601の処理において、制御部21は、作成したUFと、化合物の名称とを関連付けてUFデータベース15に格納する。図6のS601の処理を実行する制御部21が、変換部として機能する。   In the process of S601 in FIG. 6, the control unit 21 creates a UF of a compound stored in the compound database 11. That is, the control unit 21 counts the number of partial structures included in the chemical structure of the compound stored in the compound database 11 for each type of partial structure, and includes the chemical structure in the compound. The chemical structural formula of the compound is converted into a numerical value by counting the number of bonded states of the partial structure for each type of partial structure and bonded state. In the process of S601 in FIG. 6, the control unit 21 stores the created UF and the compound name in the UF database 15 in association with each other. The control unit 21 that executes the process of S601 in FIG. 6 functions as a conversion unit.

次に、図6のS602の処理において、制御部21は、UFデータベース15に格納されている全ての化合物についてペアを作成し、作成した化合物ペアのDFを算出する。制御部21は、算出したDFと、化合物ペアにおける各化合物の名称とを関連付けて差分データベース16に格納する。   Next, in the process of S602 in FIG. 6, the control unit 21 creates pairs for all the compounds stored in the UF database 15, and calculates the DF of the created compound pair. The control unit 21 stores the calculated DF and the name of each compound in the compound pair in the difference database 16 in association with each other.

また、図6のS602の処理において、制御部21は、UFデータベース15に格納されている化合物ペアのうち既知化合物ペアについての既知DFを算出する。制御部21は、算出した既知DFと、既知化合物ペアにおける各化合物の名称と、既知反応酵素とを関連付けて差分データベース17に格納する。図6のS602の処理を実行する制御部21が、算出部として機能する。   In the process of S602 in FIG. 6, the control unit 21 calculates a known DF for a known compound pair among the compound pairs stored in the UF database 15. The control unit 21 stores the calculated known DF, the name of each compound in the known compound pair, and the known reaction enzyme in the difference database 17 in association with each other. The control unit 21 that executes the process of S602 in FIG. 6 functions as a calculation unit.

そして、図6のS603の処理において、制御部21は、差分データベース16に格納されているDFと、差分データベース17に格納されている既知DFとを比較する。   In the process of S603 in FIG. 6, the control unit 21 compares the DF stored in the difference database 16 with the known DF stored in the difference database 17.

次いで、図6のS604の処理において、制御部21は、差分データベース16に格納されているDFのうち、差分データベース17に格納されている既知DFと一致するDFについての未知化合物ペアにおける未知反応を仮想反応として決定する。既知DFと一致するDFについての未知化合物ペアにおける未知反応は、起こり得ると予測される。なお、制御部21は、差分データベース16に格納されているDFのうち、差分データベース17に格納されている既知DFと一致するDFについての既知化合物ペアにおける既知反応については、仮想反応として決定しない。   Next, in the process of S604 in FIG. 6, the control unit 21 performs an unknown reaction in an unknown compound pair for a DF that matches the known DF stored in the difference database 17 among the DFs stored in the difference database 16. Determine as a virtual response. It is expected that an unknown reaction in an unknown compound pair for a DF that matches the known DF can occur. Note that the control unit 21 does not determine a known reaction in a known compound pair for a DF that matches the known DF stored in the difference database 17 among the DFs stored in the difference database 16 as a virtual reaction.

また、図6のS604の処理において、制御部21は、差分データベース16に格納されているDFと差分データベース17に格納されている既知DFとが一致する場合、一致する既知DFと関連付けられている既知反応酵素を、仮想反応に用いられる酵素として決定する。制御部21は、既知DFと関連付けられている既知反応酵素が複数ある場合、複数の既知反応酵素を仮想反応に用いられる酵素として決定する。図6のS603及びS604の処理を実行する制御部21が、決定部として機能する。   In the process of S604 in FIG. 6, when the DF stored in the difference database 16 and the known DF stored in the difference database 17 match, the control unit 21 is associated with the matching known DF. The known reaction enzyme is determined as the enzyme used for the virtual reaction. When there are a plurality of known reaction enzymes associated with the known DF, the control unit 21 determines the plurality of known reaction enzymes as enzymes used for the virtual reaction. The control unit 21 that executes the processes of S603 and S604 in FIG. 6 functions as a determination unit.

次に、図6のS605の処理において、制御部21は、仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物の名称と、仮想反応に用いられる酵素とを関連付けて、仮想反応データベース18に格納する。   Next, in the process of S605 of FIG. 6, the control unit 21 associates the name of each compound of the compound pair regarding the virtual reaction and the enzyme used for the virtual reaction, and stores them in the virtual reaction database 18.

そして、図6のS606の処理において、制御部21は、既知反応データベース12及び仮想反応データベース18に基づいて、化合物の合成経路を作成する。この場合、制御部21は、既知化合物ペアの各化合物及び仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物を示すノード(頂点)と、既知反応及び仮想反応を示すエッジ(辺)とによって、化合物の合成経路を作成する。すなわち、制御部21は、既知化合物ペアの各化合物及び仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物をノード、既知反応及び仮想反応をエッジとして、全ての反応を含むグラフ(ネットワーク)を構築することにより、化合物の合成経路を作成する。制御部21は、既知化合物ペアの各化合物及び既知反応については、既知反応データベース12を参照し、仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物及び仮想反応については、仮想反応データベース18を参照する。図6のS606の処理を実行する制御部21が、作成部として機能する。   6, the control unit 21 creates a compound synthesis route based on the known reaction database 12 and the virtual reaction database 18. In this case, the control unit 21 uses a node (vertex) indicating each compound of the compound pair and each compound of the compound pair related to the virtual reaction, and an edge (side) indicating the known reaction and the virtual reaction as a compound synthesis route. Create That is, the control unit 21 constructs a graph (network) including all reactions by using each compound of the known compound pair and each compound of the compound pair related to the virtual reaction as a node, and using the known reaction and the virtual reaction as an edge. Create synthetic pathways for compounds. The control unit 21 refers to the known reaction database 12 for each compound of the known compound pair and the known reaction, and refers to the virtual reaction database 18 for each compound and the virtual reaction of the compound pair regarding the virtual reaction. The control unit 21 that executes the process of S606 in FIG. 6 functions as a creation unit.

グラフは、形式的にノードの集合Vと、ノード同士を結ぶエッジの集合Eからなる順序対G=(V,E)として定義される。順序対Gは、グラフに含まれる化合物が、各反応を通してどのように隣接しているか(ネットワークを形成しているか)を表現するものである。グラフは、図形によって表現してもよいし、配列の各要素をノードとした配列処理によって表現してもよい。   The graph is formally defined as an ordered pair G = (V, E) consisting of a set of nodes V and a set of edges E connecting the nodes. The order pair G represents how the compounds included in the graph are adjacent (form a network) through each reaction. The graph may be expressed by a graphic or may be expressed by an array process using each element of the array as a node.

グラフを図形によって表現した場合の例を図7に示す。図7では、既知化合物ペアの各化合物及び仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物が、ノード201−207によって示され、既知反応及び仮想反応が、エッジ301−307によって示されている。また、図7では、実線のエッジが既知反応を示しており、破線のエッジが仮想反応を示している。   FIG. 7 shows an example in which the graph is represented by a graphic. In FIG. 7, each compound in the compound pair with respect to each compound and virtual reaction of the known compound pair is indicated by nodes 201-207, and the known reaction and virtual reaction are indicated by edges 301-307. Moreover, in FIG. 7, the solid line edge shows the known reaction, and the broken line edge shows the virtual reaction.

次いで、図6のS607の処理において、制御部21は、出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から探索する。制御部21は、所定数以下の反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から探索してもよい。制御部21は、深さ優先探索又は幅優先探索等により、出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から探索してもよい。制御部21は、出発化合物又は原料化合物を開始点、目的化合物を終点とする方法(順方向探索法)、又は、目的化合物を開始点、出発化合物又は原料化合物を終点として経路探索を行う方法(逆方向探索)を実施してもよい。原料化合物は、目的化合物を合成する場合において原料となる化合物である。経路探索の目的に応じて、順方向探索法又は逆方向探索法の何れの方法を実施するかを決定してもよい。原料化合物の指定は、操作部10を介してユーザから受け付けることにより行ってもよい。   Next, in the process of S607 in FIG. 6, the control unit 21 searches for the synthesis route from the starting compound to the target compound from the compound synthesis route created in the process of S606 in FIG. The control unit 21 may search for a synthetic route from the starting compound to the target compound including a predetermined number of reaction steps or less from the synthetic route of the compound created in the process of S606 in FIG. The control unit 21 may search the synthesis route from the starting compound to the target compound from the compound synthesis route created in the process of S606 of FIG. 6 by depth-first search or breadth-first search. The control unit 21 uses a starting compound or a raw material compound as a starting point and a target compound as an end point (forward search method), or a method for performing a route search using a target compound as a starting point and the starting compound or raw material compound as an end point ( (Reverse direction search) may be performed. The raw material compound is a compound that becomes a raw material when the target compound is synthesized. Depending on the purpose of the route search, it may be determined whether to perform the forward search method or the backward search method. You may perform designation | designated of a raw material compound by receiving from a user via the operation part 10. FIG.

次に、図6のS608の処理において、制御部21は、出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から選択する(手順1)。図6のS608の処理において、手順1に代えて、制御部21は、所定の数以下の反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から選択してもよい(手順2)。図6のS608の処理において、手順1に代えて、制御部21は、所定の数又は所定の範囲数の反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を、図6のS606の処理で作成された化合物の合成経路から選択してもよい(手順3)。図6のS608の処理を実行する制御部21が、選択部として機能する。   Next, in the process of S608 in FIG. 6, the control unit 21 selects the synthesis route from the starting compound to the target compound from the compound synthesis route created in the process of S606 in FIG. 6 (procedure 1). In the process of S608 in FIG. 6, instead of the procedure 1, the control unit 21 creates a synthesis route from the starting compound to the target compound including a predetermined number of reaction steps or less by the compound created in the process of S606 in FIG. (Procedure 2). In the process of S608 in FIG. 6, instead of the procedure 1, the control unit 21 performs the synthesis route from the starting compound to the target compound including the predetermined number or the predetermined range of reaction steps in the process of S606 in FIG. You may choose from the synthetic route of the created compound (procedure 3). The control unit 21 that executes the process of S608 in FIG. 6 functions as a selection unit.

例えば、図7において、ノード201を原料化合物、ノード203を出発化合物、ノード205を目的化合物とする場合、ノード203、204、205と、エッジ303、304とから構成される合成経路、及び、ノード203、207、205と、エッジ306、307とから構成される合成経路が、出発化合物から目的化合物までの合成経路として選択される。ノード204及び207は、中間化合物である。   For example, in FIG. 7, when the node 201 is a raw material compound, the node 203 is a starting compound, and the node 205 is a target compound, a synthesis path including nodes 203, 204, and 205 and edges 303 and 304, and a node A synthetic route including 203, 207, and 205 and edges 306 and 307 is selected as a synthetic route from the starting compound to the target compound. Nodes 204 and 207 are intermediate compounds.

そして、図6のS609の処理において、制御部21は、図6のS608の処理で選択された出発化合物から目的化合物までの合成経路のうち、所定の数以下の仮想反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を抽出する(手順A)。図6のS609の処理において、手順Aに代えて、制御部21は、図6のS608の処理で選択された出発化合物から目的化合物までの合成経路のうち、所定の数又は所定の範囲数の仮想反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を抽出してもよい(手順B)。   In the process of S609 in FIG. 6, the control unit 21 starts from the starting compound including a predetermined number or less of virtual reaction steps in the synthetic route from the starting compound selected in the process of S608 in FIG. 6 to the target compound. A synthetic route to the target compound is extracted (procedure A). In the process of S609 in FIG. 6, instead of the procedure A, the control unit 21 has a predetermined number or a predetermined number of ranges in the synthesis route from the starting compound selected in the process of S608 in FIG. 6 to the target compound. A synthetic route from the starting compound including the virtual reaction step to the target compound may be extracted (procedure B).

次いで、図6のS610の処理において、制御部21は、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路について、熱力学的な実行可能性を判定する。   Next, in the process of S610 in FIG. 6, the control unit 21 determines the thermodynamic feasibility of the synthesis route from the starting compound extracted in the process of S609 in FIG. 6 to the target compound.

熱力学的な実行可能性の判定は、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる各反応における自由エネルギー変化を、例えば、Biophys. J. Vol.92, No.7, pp1792-1805(2007)に記載された方法により計算し、計算結果に基づいて各反応の向きを決定することにより行われる。図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる各反応が、正方向の反応及び可逆反応である場合、制御部21は、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路について熱力学的な実行可能性があると判定する。また、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる各反応に逆反応が存在する場合、制御部21は、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路について熱力学的な実行可能性がないと判定する。   The determination of thermodynamic feasibility is based on the change in free energy in each reaction included in the synthesis route from the starting compound to the target compound extracted in the process of S609 in FIG. 6, for example, Biophys. J. Vol. , No.7, pp1792-1805 (2007), and the direction of each reaction is determined based on the calculation result. When each reaction included in the synthesis route from the starting compound to the target compound extracted in the process of S609 in FIG. 6 is a forward reaction and a reversible reaction, the control unit 21 extracts in the process of S609 in FIG. It is determined that there is a thermodynamic feasibility for the synthetic route from the determined starting compound to the target compound. Further, when there is a reverse reaction in each reaction included in the synthesis route from the starting compound extracted in the process of S609 in FIG. 6 to the target compound, the control unit 21 starts the process extracted in the process of S609 in FIG. It is determined that there is no thermodynamic feasibility for the synthetic route from the compound to the target compound.

次に、図6のS611の処理において、制御部21は、図6のS609の処理で抽出された出発化合物から目的化合物までの合成経路のうち、熱力学的に実行可能性のある合成経路を抽出する。図6のS610及びS611の処理を実行する制御部21が、熱力学判定部として機能する。   Next, in the process of S611 in FIG. 6, the control unit 21 selects a thermodynamically feasible synthesis path from among the synthesis paths from the starting compound extracted in the process of S609 in FIG. 6 to the target compound. Extract. The control unit 21 that executes the processes of S610 and S611 in FIG. 6 functions as a thermodynamic determination unit.

そして、図6のS612の処理において、制御部21は、図6のS611の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物のモル理論収率(%)を算出する。この場合、制御部21は、図6のS611の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出してもよい。制御部21は、図6のS611の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出する場合、既知反応データベース12を参照して、原料化合物から出発化合物までの合成経路を作成する。そして、制御部21は、原料化合物から出発化合物までの合成経路及び図6のS611の処理で抽出された合成経路を用いて、図6のS611の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出する。原料化合物の指定は、操作部10を介してユーザから受け付けることにより行ってもよい。この場合、制御部21は、既知反応データベース12に格納されている大腸菌の代謝反応に関するデータを参照して、原料化合物から出発化合物までの合成経路を作成してもよい。モル理論収率の計算は、例えば、Biotechnology and Bioengineering, Volume 42, p.59-73 (1993)に記載の方法により実施することができる。   In the process of S612 in FIG. 6, the control unit 21 calculates the theoretical molar yield (%) of the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S611 in FIG. In this case, the control unit 21 may calculate the theoretical molar yield (%) from the raw material compound for the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S611 in FIG. When calculating the molar theoretical yield (%) from the raw material compound for the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S611 in FIG. 6, the control unit 21 refers to the known reaction database 12, A synthetic route from the starting compound to the starting compound is created. Then, the control unit 21 uses the synthesis path extracted from the process of S611 in FIG. 6 using the synthesis path from the raw material compound to the starting compound and the synthesis path extracted in the process of S611 in FIG. For the compound, the theoretical molar yield (%) from the raw material compound is calculated. You may perform designation | designated of a raw material compound by receiving from a user via the operation part 10. FIG. In this case, the control unit 21 may create a synthesis route from the raw material compound to the starting compound with reference to data on the metabolic reaction of E. coli stored in the known reaction database 12. The calculation of the molar yield can be performed, for example, by the method described in Biotechnology and Bioengineering, Volume 42, p.59-73 (1993).

次いで、図6のS613の処理において、制御部21は、図6のS612の処理で算出されたモル理論収率(%)が閾値以上であるか(又は閾値より大きいか)否かを判定する。閾値は、例えば、0%や100%や200%等の任意の値を設定することが可能である。   Next, in the process of S613 in FIG. 6, the control unit 21 determines whether or not the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S612 in FIG. 6 is greater than or equal to the threshold (or greater than the threshold). . For example, an arbitrary value such as 0%, 100%, or 200% can be set as the threshold value.

次に、図6のS614の処理において、制御部21は、図6のS611の処理で抽出された合成経路のうち、図6のS612の処理で算出されたモル理論収率(%)が閾値以上である(又は閾値より大きい)目的化合物を合成する合成経路を抽出する。図6のS612、S613及びS614の処理を実行する制御部21が、モル理論収率判定部として機能する。   Next, in the process of S614 in FIG. 6, the control unit 21 uses the molar theoretical yield (%) calculated in the process of S612 in FIG. 6 among the synthesis paths extracted in the process of S611 in FIG. A synthesis route for synthesizing the target compound which is the above (or larger than the threshold value) is extracted. The control unit 21 that executes the processes of S612, S613, and S614 in FIG. 6 functions as a molar theoretical yield determination unit.

そして、図6のS615の処理において、制御部21は、図6のS614の処理で抽出された合成経路について、実用的な合成経路を抽出する。実用的な合成経路の抽出は、合成経路に含まれる各反応の炭素数の変化や炭素数の大小を評価すること、個別の仮想反応酵素の改変の難易度などを考慮して行ってもよい。   Then, in the process of S615 in FIG. 6, the control unit 21 extracts a practical synthesis path for the synthesis path extracted in the process of S614 in FIG. Practical synthesis pathways may be extracted by taking into account changes in the number of carbon atoms in each reaction, the size of the carbon number, and the difficulty of modifying individual virtual reaction enzymes. .

また、制御部21は、図6のS608の処理で選択された出発化合物から目的化合物までの合成経路における仮想反応を、事前に得られる情報等を参考にして、改変の実績のある酵素反応に予め限定するようにしてもよい。更に、制御部21は、図6のS608の処理で選択された出発化合物から目的化合物までの合成経路における仮想反応の実現有無を評価して、合成経路を絞り込むようにしてもよい。この場合、化合物の部分構造の比較を
取り入れて、仮想反応の実現有無の評価を行ってもよい。
In addition, the control unit 21 converts the virtual reaction in the synthesis route from the starting compound selected in the processing of S608 in FIG. 6 to the target compound into an enzymatic reaction that has been proven with reference to information obtained in advance. You may make it limit beforehand. Furthermore, the control unit 21 may narrow down the synthesis route by evaluating whether or not a virtual reaction is realized in the synthesis route from the starting compound selected in the processing of S608 of FIG. 6 to the target compound. In this case, the comparison of the partial structures of the compounds may be taken in and the presence / absence of the virtual reaction may be evaluated.

なお、制御部21は、図6のS609の処理を省略してもよいし、図6のS610及びS611の処理を省略してもよいし、図6のS612からS614の処理を省略してもよいし、図6のS615の処理を省略してもよい。また、制御部21は、図6のS609の処理と、図6のS610及びS611の処理と、図6のS612からS614の処理と、図6のS615の処理と、を実行する順番を変更してもよい。例えば、制御部21は、図6のS610及びS611の処理を実行した後に、図6のS609の処理を実行するようにしてもよい。   Note that the control unit 21 may omit the process of S609 in FIG. 6, may omit the processes of S610 and S611 in FIG. 6, or may omit the processes of S612 to S614 in FIG. Alternatively, the process of S615 in FIG. 6 may be omitted. Further, the control unit 21 changes the order in which the processing of S609 in FIG. 6, the processing of S610 and S611 in FIG. 6, the processing from S612 to S614 in FIG. 6, and the processing in S615 in FIG. May be. For example, the control unit 21 may execute the process of S609 of FIG. 6 after executing the processes of S610 and S611 of FIG.

次に、図6のS616の処理において、制御部21は、図6のS615の処理で抽出された合成経路と、合成経路に含まれる出発化合物、中間化合物及び目的化合物の各名称と、合成経路における各反応で用いられる酵素とを、含む情報を出力する。この場合、制御部21は、図6のS615の処理で抽出された合成経路における各反応について、既知反応であるか又は仮想反応であるかを特定して、図6のS615の処理で抽出された合成経路の情報を出力する。制御部21は、合成経路における各反応で用いられる酵素として、酵素EC番号を用いてもよい。   Next, in the process of S616 in FIG. 6, the control unit 21 extracts the synthesis route extracted in the process of S615 in FIG. 6, the names of the starting compound, the intermediate compound, and the target compound included in the synthesis route, and the synthesis route. The information including the enzyme used in each reaction in is output. In this case, the control unit 21 specifies whether each reaction in the synthesis route extracted in the process of S615 of FIG. 6 is a known reaction or a virtual reaction, and is extracted in the process of S615 of FIG. The information of the synthesized route is output. The controller 21 may use an enzyme EC number as an enzyme used in each reaction in the synthesis pathway.

例えば、制御部21は、図8に示すグラフ80及び表81によって、図6のS615の処理で抽出された合成経路の情報を出力してもよい。図8に示すように、出発化合物(化合物A)から中間化合物(化合物B)を合成する反応が既知反応であることが特定され、中間化合物(化合物B)から目的化合物(化合物C)を合成する反応が仮想反応であることが特定されている。また、図8では、既知反応に用いられる酵素として既知反応酵素A、Bが割り当てられ、仮想反応に用いられる酵素として既知反応酵素B、Cが割り当てられている。   For example, the control unit 21 may output information on the synthesis route extracted in the process of S615 of FIG. 6 using the graph 80 and the table 81 illustrated in FIG. As shown in FIG. 8, it is specified that the reaction for synthesizing the intermediate compound (compound B) from the starting compound (compound A) is a known reaction, and the target compound (compound C) is synthesized from the intermediate compound (compound B). It has been identified that the reaction is a virtual reaction. In FIG. 8, known reaction enzymes A and B are assigned as enzymes used for known reactions, and known reaction enzymes B and C are assigned as enzymes used for virtual reactions.

制御部21は、図6のS614の処理で抽出された合成経路について、図6のS612の処理で算出されたモル理論収率(%)が大きい順に順位付けを行ってもよい。更に、制御部21は、図6のS616の処理で出力される情報に、図6のS612の処理で算出されたモル理論収率(%)が大きい順に順位付けを行った合成経路についての情報を追加してもよい。   The control unit 21 may rank the synthesis paths extracted in the process of S614 in FIG. 6 in descending order of the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S612 in FIG. Furthermore, the control unit 21 provides information on the synthesis routes that are ranked in descending order of the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S612 of FIG. 6 to the information output in the process of S616 of FIG. May be added.

制御部21は、図6のS616の処理で出力した情報を、データベース化して記憶部20に記憶するようにしてもよい。また、図6のS616の処理で出力した情報を、表示部22に表示するようにしてもよい。   The control unit 21 may store the information output in the process of S616 in FIG. Further, the information output in the process of S616 in FIG. 6 may be displayed on the display unit 22.

制御部21が、化合物の化学構造を所定の基準に従ってUFに変換するとともに、化合物ペアの一方の化合物についてのUFから他方の化合物についてのUFを減算することによりDFを算出する。制御部21が、既知化合物ペアの既知DFと、未知化合物ペアのDFとを比較し、既知化合物ペアの既知DFと一致するDFについての未知化合物ペアの未知反応を仮想反応と決定する。制御部21が、既知化合物ペアの各化合物及び仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物を示すノードと、既知反応及び仮想反応を示すエッジとによって、化合物の合成経路を作成する。制御部21が、出発化合物から目的化合物までの合成経路を、既知化合物ペアの各化合物及び仮想反応に関しての化合物ペアの各化合物を示すノードと、既知反応及び仮想反応を示すエッジとから構成される化合物の合成経路から選択する。化合物を示すノード、既知反応及び仮想反応を示すエッジによって作成された化合物の合成経路から、出発化合物から目的化合物までの新規の化合物の合成経路を選択することが可能となる。   The control unit 21 converts the chemical structure of the compound into UF according to a predetermined standard, and calculates the DF by subtracting the UF for the other compound from the UF for one compound of the compound pair. The control unit 21 compares the known DF of the known compound pair with the DF of the unknown compound pair, and determines the unknown reaction of the unknown compound pair for the DF that matches the known DF of the known compound pair as a virtual reaction. The control unit 21 creates a compound synthesis route by using the nodes indicating the compounds of the known compound pair and the nodes indicating the compounds of the compound pair regarding the virtual reaction and the edges indicating the known reaction and the virtual reaction. The control unit 21 includes a synthesis route from the starting compound to the target compound, including each compound of the known compound pair and each compound of the compound pair regarding the virtual reaction, and an edge indicating the known reaction and the virtual reaction. Select from the synthetic route of the compound. It is possible to select a synthesis route of a new compound from a starting compound to a target compound from a synthesis route of a compound created by a node indicating a compound and an edge indicating a known reaction and a virtual reaction.

制御部21が、既知化合物ペアの既知DFと、未知化合物ペアのDFとを比較し、未知
化合物ペアのDFと一致する既知化合物ペアの既知DFと関連付けられている既知反応酵素を、仮想反応に用いられる酵素として決定する。選択された出発化合物から目的化合物までの化合物の合成経路に含まれる仮想反応に既知反応酵素を用いることが可能となる。
The control unit 21 compares the known DF of the known compound pair with the DF of the unknown compound pair, and converts the known reaction enzyme associated with the known DF of the known compound pair that matches the DF of the unknown compound pair to the virtual reaction. Determine as the enzyme used. It becomes possible to use a known reaction enzyme for the virtual reaction included in the synthetic route of the compound from the selected starting compound to the target compound.

〈最適化法による化合物合成経路の作成〉
図9を参照して、最適化法による化合物合成経路の作成のフローを説明する。図9のフローは、操作部10を介してユーザから最適化法による化合物合成経路の作成の指示を受け付けることにより開始される。この際、操作部10を介してユーザから出発化合物及び目的化合物の指定を受け付けるようにしてもよい。
<Creation of compound synthesis route by optimization method>
With reference to FIG. 9, the flow of creation of the compound synthesis route by the optimization method will be described. The flow in FIG. 9 is started by receiving an instruction to create a compound synthesis route by an optimization method from the user via the operation unit 10. At this time, the designation of the starting compound and the target compound may be received from the user via the operation unit 10.

図9のS901の処理において、制御部21は、化合物データベース11に格納されている化合物のUFを作成する。すなわち、制御部21は、化合物データベース11に格納されている化合物の化学構造式に含まれている部分構造の個数を、部分構造の種類毎にカウントするとともに、化合物の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数を、部分構造の種類及び結合状態の種類毎にカウントすることにより、化合物の化学構造式を数値に変換する。また、図9のS901の処理において、制御部21は、作成したUFと、化合物の名称とを関連付けてUFデータベース15に格納する。図9のS901の処理を実行する制御部21が、変換部として機能する。   In the process of S901 in FIG. 9, the control unit 21 creates a UF of a compound stored in the compound database 11. That is, the control unit 21 counts the number of partial structures included in the chemical structure of the compound stored in the compound database 11 for each type of partial structure, and includes the chemical structure in the compound. The chemical structural formula of the compound is converted into a numerical value by counting the number of bonded states of the partial structure for each type of partial structure and bonded state. In the process of S901 in FIG. 9, the control unit 21 stores the created UF and the compound name in the UF database 15 in association with each other. The control unit 21 that executes the process of S901 in FIG. 9 functions as a conversion unit.

次に、図9のS902の処理において、制御部21は、UFデータベース15に格納されている化合物ペアのうち既知化合物ペアについての既知DFを算出する。制御部21は、算出した既知DFと、既知化合物ペアにおける各化合物の名称と、既知反応酵素とを関連付けて差分データベース17に格納する。図9のS902の処理を実行する制御部21が、第1算出部として機能する。   Next, in the process of S902 in FIG. 9, the control unit 21 calculates a known DF for a known compound pair among the compound pairs stored in the UF database 15. The control unit 21 stores the calculated known DF, the name of each compound in the known compound pair, and the known reaction enzyme in the difference database 17 in association with each other. The control unit 21 that executes the process of S902 in FIG. 9 functions as a first calculation unit.

そして、図9のS903の処理において、制御部21は、目的化合物についてのUFから出発化合物についてのUFを減算することにより、出発化合物と目的化合物との化合物ペアのUFの差分を算出する。出発化合物と目的化合物との化合物ペアのUFの差分を、Difference Totalと表記する。出発化合物及び目的化合物の指定は、操作部10を介してユーザから受け付けることにより行われる。図9のS903の処理を実行する制御部21が、第2算出部として機能する。   In the process of S903 in FIG. 9, the control unit 21 calculates the difference between the UF of the compound pair of the starting compound and the target compound by subtracting the UF for the starting compound from the UF for the target compound. The difference in UF of the compound pair between the starting compound and the target compound is expressed as Difference Total. The designation of the starting compound and the target compound is performed by receiving from the user via the operation unit 10. The control unit 21 that executes the process of S903 in FIG. 9 functions as a second calculation unit.

次いで、図9のS904の処理において、制御部21は、整数計画法を用いて、複数の既知DFの合計値とDifference Totalの値とが一致するように、差分データベース17から複数の既知DFを抽出する。この場合、制御部21は、既知DFの個数を限定して、差分データベース17から複数の既知DFを抽出するようにしてもよい。例えば、制御部21は、差分データベース17から所定数以下又は所定数の既知DFを抽出するようにしてもよい。整数計画法を用いて、適切な条件を指定することにより、短い計算時間で幅広い組み合わせの中から探索を実施することができる。ただし、制御部21は、整数計画法に代えて、他の方法を用いてもよい。   Next, in the processing of S904 in FIG. 9, the control unit 21 uses the integer programming to extract the plurality of known DFs from the difference database 17 so that the total value of the plurality of known DFs matches the value of Difference Total. Extract. In this case, the control unit 21 may limit the number of known DFs and extract a plurality of known DFs from the difference database 17. For example, the control unit 21 may extract a predetermined number or less or a predetermined number of known DFs from the difference database 17. By specifying an appropriate condition using integer programming, it is possible to perform a search from a wide range of combinations in a short calculation time. However, the control unit 21 may use another method instead of the integer programming.

制御部21は、図9のS904の処理を所定回数繰り返すことにより、複数の既知DFを含む組(グループ)を作成する。複数の既知DFを含む組を、DF組合せ群と表記する。制御部21は、図9のS904の処理を繰り返すごとに、差分データベース17から、複数の既知DFをランダムに抽出することにより、1種類又は複数種類のDF組合せ群を作成する。   The control unit 21 creates a set (group) including a plurality of known DFs by repeating the process of S904 in FIG. 9 a predetermined number of times. A set including a plurality of known DFs is referred to as a DF combination group. The control unit 21 creates one or more types of DF combination groups by randomly extracting a plurality of known DFs from the difference database 17 each time the processing of S904 in FIG. 9 is repeated.

図9のS904の処理において、制御部21は、差分データベース17から、複数の既知DFを抽出し、抽出した複数の既知DFを用いてDF組合せ群を作成するようにしてもよい。そして、制御部21は、図9のS904の処理を所定回数繰り返すことにより、1
種類又は複数種類のDF組合せ群を作成するようにしてもよい。この場合、制御部21は、図9のS904の処理を繰り返すごとに、差分データベース17から、複数の既知DFをランダムに抽出するようにしてもよい。
In the process of S904 in FIG. 9, the control unit 21 may extract a plurality of known DFs from the difference database 17 and create a DF combination group using the extracted plurality of known DFs. And the control part 21 repeats the process of S904 of FIG.
You may make it produce the type or multiple types of DF combination group. In this case, the control unit 21 may randomly extract a plurality of known DFs from the difference database 17 each time the process of S904 in FIG. 9 is repeated.

次に、図9のS905の処理において、制御部21は、図9のS904の処理で作成されたDF組合せ群について、出発化合物及び目的化合物と、DF組合せ群に含まれる複数の既知DFとによって、化合物の合成経路を作成する。制御部21は、図9のS904の処理で複数種類のDF組合せ群が作成されている場合、各DF組合せ群について、化合物の合成経路を作成する。図9のS904及びS905の処理を実行する制御部21が、作成部として機能する。   Next, in the process of S905 in FIG. 9, the control unit 21 uses the starting compound, the target compound, and a plurality of known DFs included in the DF combination group for the DF combination group created in the process of S904 in FIG. Create synthetic pathways for compounds. When a plurality of types of DF combination groups are created in the process of S904 in FIG. 9, the control unit 21 creates a compound synthesis route for each DF combination group. The control unit 21 that executes the processes of S904 and S905 in FIG. 9 functions as a creation unit.

出発化合物及び目的化合物と、DF組合せ群に含まれる複数の既知DFとからなる化合物の合成経路の例を、図10に示す。図10に示すように、DF組合せ群に含まれる複数の既知DFの組合せは6通りである。   FIG. 10 shows an example of a synthetic route of a compound composed of a starting compound and a target compound and a plurality of known DFs included in the DF combination group. As shown in FIG. 10, there are six combinations of a plurality of known DFs included in the DF combination group.

そして、図9のS906の処理において、制御部21は、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFを算出する。制御部21は、中間化合物のUFを、以下の手順によって算出する。   In the process of S906 in FIG. 9, the control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route created in the process of S905 in FIG. The control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound according to the following procedure.

例として、図10のDF組合せ群における“出発化合物,既知DF1,既知DF2,既知DF3,目的化合物”の化合物の合成経路について説明する。また、出発化合物から中間化合物Aが合成され、中間化合物Aから中間化合物Bが合成され、中間化合物Bから目的化合物が合成される場合について説明する。まず、制御部21は、目的化合物のUFから既知DF3を減算することにより、中間化合物BのUFを算出する。次に、制御部21は、中間化合物BのUFから既知DF2を減算することにより、中間化合物AのUFを算出する。このように、制御部21は、目的化合物のUFから各既知DFを逐次減算することにより、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFを算出する。   As an example, the synthesis route of the compound “starting compound, known DF1, known DF2, known DF3, target compound” in the DF combination group of FIG. 10 will be described. Further, the case where the intermediate compound A is synthesized from the starting compound, the intermediate compound B is synthesized from the intermediate compound A, and the target compound is synthesized from the intermediate compound B will be described. First, the control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound B by subtracting the known DF3 from the UF of the target compound. Next, the control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound A by subtracting the known DF2 from the UF of the intermediate compound B. In this way, the control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route created by the processing of S905 of FIG. 9 by sequentially subtracting each known DF from the UF of the target compound.

図9のS906の処理において、制御部21は、図9のS904の処理で作成されたDF組合せ群に含まれる複数の既知DFの全組合せについて、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFを算出する。制御部21は、図9のS904の処理で複数種類のDF組合せ群が作成されている場合、各DF組合せ群について、化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFを算出する。図9のS906の処理を実行する制御部21が、第3算出部として機能する。   In the process of S906 in FIG. 9, the control unit 21 sets the compound created in the process of S905 in FIG. 9 for all combinations of a plurality of known DFs included in the DF combination group created in the process of S904 in FIG. 9. The UF of the intermediate compound included in the synthesis route is calculated. When a plurality of types of DF combination groups are created in the process of S904 in FIG. 9, the control unit 21 calculates the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route for each DF combination group. The control unit 21 that executes the process of S906 in FIG. 9 functions as a third calculation unit.

次いで、図9のS907の処理において、制御部21は、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路について、出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立するか否かを判定する。制御部21は、図9のS905の処理で複数の化合物の合成経路が作成されている場合、各合成経路について、出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立するか否かを判定する。   Next, in the process of S907 in FIG. 9, the control unit 21 determines whether or not the synthetic route of the compound created in the process of S905 in FIG. 9 is established as a synthetic route from the starting compound to the target compound. In the case where a plurality of compound synthesis routes have been created in the process of S905 of FIG. 9, the control unit 21 determines whether each synthesis route is established as a synthesis route from the starting compound to the target compound.

出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立するか否かの判定の例を説明する。
〔判定例1〕図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFがマイナスの値を有する場合、制御部21は、その中間化合物を含む化合物の合成経路については、出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立しないと判定する。中間化合物のUFがマイナスの値を有する場合、その中間化合物は化合物として成立しないので、制御部21は、その中間化合物を含む化合物の合成経路については、出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立しないと判定する。
An example of determining whether or not the synthetic route from the starting compound to the target compound is established will be described.
[Judgment Example 1] When the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route created in the process of S905 of FIG. 9 has a negative value, the control unit 21 determines the compound synthesis route including the intermediate compound. The synthetic route from the starting compound to the target compound is determined not to be established. When the UF of the intermediate compound has a negative value, the intermediate compound is not established as a compound, so the control unit 21 establishes the synthesis route of the compound including the intermediate compound as a synthesis route from the starting compound to the target compound. Judge that not.

〔判定例2〕制御部21は、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFの原子情報と結合情報とを比較する。そして、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFの原子情報と結合情報との間で矛盾がある場合、制御部21は、その中間化合物を含む化合物の合成経路については、出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立しないと判定する。すなわち、中間化合物の化学構造式に含まれている部分構造の個数と、中間化合物の化学構造式に含まれている部分構造の結合状態の個数とが整合しない場合、制御部21は、その中間化合物を含む化合物の合成経路については、出発化合物から目的化合物までの化合物の合成経路として成立しないと判定する。   [Judgment Example 2] The control unit 21 compares the UF atomic information of the intermediate compound included in the compound synthesis route created by the processing of S905 of FIG. 9 with the bond information. If there is a discrepancy between the UF atomic information and the bond information of the intermediate compound included in the compound synthesis route created in the process of S905 in FIG. The synthesis route is determined not to be established as a synthesis route from the starting compound to the target compound. That is, if the number of partial structures included in the chemical structure of the intermediate compound and the number of bonding states of the partial structures included in the chemical structure of the intermediate compound do not match, the control unit 21 It is determined that the synthesis route of the compound including the compound is not established as the synthesis route of the compound from the starting compound to the target compound.

次に、図9のS908の処理において、制御部21は、図9のS905の処理で作成された化合物の合成経路のうち、図9のS907の処理で出発化合物から目的化合物までの合成経路として成立すると判定された化合物の合成経路を抽出する。   Next, in the processing of S908 in FIG. 9, the control unit 21 uses the synthesis route from the starting compound to the target compound in the processing of S907 in FIG. 9 among the synthesis routes of the compound created in the processing of S905 in FIG. The synthesis route of the compound determined to be established is extracted.

そして、図9のS909の処理において、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路について、化合物の合成経路に含まれる化合物の合成で用いられる酵素を決定する。この場合、制御部21は、差分データベース17を参照して、化合物の合成経路に含まれる化合物の合成で用いられる酵素を決定する。差分データベース17には、既知DFと既知反応酵素とが関連付けて格納されている。したがって、制御部21は、差分データベース17に格納されている既知DFと関連付けて格納されている既知反応酵素を、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる各既知DFに対して割り当てることにより、化合物の合成経路に含まれる化合物の合成で用いられる酵素を決定する。制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる各既知DFに対して、差分データベース17に格納されている複数の既知反応酵素を割り当てるようにしてもよい。   In the process of S909 in FIG. 9, the control unit 21 determines the enzyme used in the synthesis of the compound included in the compound synthesis path for the compound synthesis path extracted in the process of S908 in FIG. In this case, the control unit 21 refers to the difference database 17 to determine an enzyme used in the synthesis of the compound included in the compound synthesis pathway. In the difference database 17, the known DF and the known reaction enzyme are stored in association with each other. Therefore, the control unit 21 assigns the known reaction enzyme stored in association with the known DF stored in the difference database 17 to each known DF included in the compound synthesis pathway extracted in the process of S908 of FIG. By assigning to each other, the enzyme used in the synthesis of the compound included in the compound synthesis pathway is determined. The control unit 21 may assign a plurality of known reaction enzymes stored in the difference database 17 to each known DF included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 of FIG.

次いで、図9のS910の処理において、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路のそれぞれについて、化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFに基づいて、化合物の合成経路に含まれる中間化合物の名称を決定する。この場合、制御部21は、UFデータベース15を参照して、化合物の合成経路に含まれる中間化合物の名称を決定する。制御部21は、化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFと、UFデータベース15に格納されている化合物のUFとが一致する場合、UFデータベース15に格納されている化合物のUFと関連付けられている化合物の名称を、化合物の合成経路に含まれる中間化合物の名称として決定する。化合物のUFに対して複数の化合物の名称が関連付けられてUFデータベース15に格納されている場合、制御部21は、化合物の合成経路に含まれる中間化合物について、複数の名称を決定する。   Next, in the process of S910 in FIG. 9, the control unit 21 determines, for each of the compound synthesis pathways extracted in the process of S908 in FIG. 9, based on the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis pathway. The name of the intermediate compound included in the synthetic route is determined. In this case, the control unit 21 refers to the UF database 15 and determines the name of the intermediate compound included in the compound synthesis route. When the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route matches the UF of the compound stored in the UF database 15, the control unit 21 associates with the UF of the compound stored in the UF database 15. The name of the existing compound is determined as the name of the intermediate compound included in the compound synthesis route. When the names of a plurality of compounds are associated with the UF of the compound and stored in the UF database 15, the control unit 21 determines a plurality of names for the intermediate compound included in the compound synthesis route.

制御部21は、化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFと、UFデータベース15に格納されている化合物のUFとが一致しない場合、化合物の合成経路に含まれる中間化合物の名称を決定せずに、その中間化合物に所定の番号を割り当てる。化合物の合成経路に含まれる中間化合物の名称を決定せずに、所定の番号が割り当てられた中間化合物を、仮想化合物と表記する。   When the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route and the UF of the compound stored in the UF database 15 do not match, the control unit 21 does not determine the name of the intermediate compound included in the compound synthesis route. A predetermined number is assigned to the intermediate compound. An intermediate compound to which a predetermined number is assigned is referred to as a virtual compound without determining the name of the intermediate compound included in the compound synthesis route.

例えば、化合物データベース11に、KEGGのデータベースに登録されている化合物の名称及び化合物の化学構造式のデータを関連付けて格納する場合がある。この場合、UFデータベース15には、KEGGのデータベースに登録されている化合物のUFのみが格納される。UFデータベース15に、KEGGのデータベースに登録されている化合物のUFのみが格納される場合、化合物の合成経路に含まれる中間化合物のUFと、UFデータベース15に格納されている化合物のUFとが一致しない可能性がある。   For example, the compound database 11 may store the name of the compound registered in the KEGG database and the data of the chemical structural formula of the compound in association with each other. In this case, the UF database 15 stores only the UF of the compound registered in the KEGG database. When only the UF of the compound registered in the KEGG database is stored in the UF database 15, the UF of the intermediate compound included in the compound synthesis route matches the UF of the compound stored in the UF database 15. There is a possibility not to.

また、図9のS910の処理において、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路のそれぞれについて、化合物の合成経路に含まれる各反応が、既知反応であるか仮想反応であるかを決定する。化合物の合成経路に含まれる各反応が、既知反応であるか仮想反応であるかは、以下の処理によって決定される。   In the process of S910 in FIG. 9, the control unit 21 determines whether each reaction included in the compound synthesis path is a known reaction for each of the compound synthesis paths extracted in the process of S908 in FIG. Determine if it is a reaction. Whether each reaction included in the synthesis route of the compound is a known reaction or a virtual reaction is determined by the following process.

制御部21は、差分データベース17から、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる中間化合物の既知DFと関連付けられている既知化合物ペアを抽出する。制御部21は、抽出した既知化合物ペアの各化合物の名称と、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる化合物ペアの各化合物の名称とが一致する場合、一致する化合物ペアの反応を既知反応と決定する。制御部21は、抽出した既知化合物ペアの各化合物の名称と、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる化合物ペアの各化合物の名称とが一致しない場合、一致しない化合物ペアの反応を仮想反応と決定する。また、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に仮想化合物が含まれている場合、仮想化合物から他の化合物を合成する反応、及び、仮想化合物を合成する反応を仮想反応と決定する。   The control unit 21 extracts a known compound pair associated with the known DF of the intermediate compound included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 of FIG. 9 from the difference database 17. When the names of the compounds in the extracted known compound pair match the names of the compounds in the compound pair included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 in FIG. 9, the control unit 21 matches the compound. The paired response is determined to be a known response. If the names of the compounds in the extracted known compound pair do not match the names of the compounds in the compound pair included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 in FIG. The pair response is determined as a virtual response. In addition, when the virtual compound is included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 in FIG. 9, the control unit 21 synthesizes another compound from the virtual compound and the reaction that synthesizes the virtual compound. Is determined as a virtual reaction.

次に、図9のS911の処理において、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物までの合成経路について、熱力学的な実行可能性を判定する。   Next, in the process of S911 in FIG. 9, the control unit 21 determines the thermodynamic feasibility of the synthesis route to the compound extracted in the process of S908 in FIG.

熱力学的な実行可能性の判定は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる各反応における自由エネルギー変化を計算し、計算結果に基づいて各反応の向きを決定することにより行われる。図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる各反応が、正方向の反応及び可逆反応である場合、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路について熱力学的な実行可能性があると判定する。また、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる各反応に逆反応が存在する場合、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路について熱力学的な実行可能性がないと判定する。   The determination of thermodynamic feasibility is performed by calculating the free energy change in each reaction included in the synthesis route of the compound extracted in the process of S908 in FIG. 9, and determining the direction of each reaction based on the calculation result. Is done. When the reactions included in the synthesis route of the compound extracted in the process of S908 in FIG. 9 are a forward reaction and a reversible reaction, the control unit 21 synthesizes the compound extracted in the process of S908 in FIG. Determine that the path has thermodynamic feasibility. In addition, when there is a reverse reaction in each reaction included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 in FIG. 9, the control unit 21 heats the compound synthesis route extracted in the process of S908 in FIG. Determine that there is no dynamic feasibility.

そして、図9のS912の処理において、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路のうち、熱力学的に実行可能性のある合成経路を抽出する。図9のS911及びS912の処理を実行する制御部21が、熱力学判定部として機能する。   Then, in the process of S912 in FIG. 9, the control unit 21 extracts a synthesis path that is thermodynamically feasible from the compound synthesis paths extracted in the process of S908 in FIG. The control unit 21 that executes the processes of S911 and S912 in FIG. 9 functions as a thermodynamic determination unit.

図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に仮想化合物が含まれている場合、制御部21は、仮想化合物の名称を決定した後に、図9のS911及びS912の処理を実行する。制御部21は、外部ネットワーク上の機器が備えるデータベースを参照することにより仮想化合物の名称を決定してもよい。例えば、UFデータベース15に、KEGGのデータベースに登録されている化合物のUFのみが格納される場合、制御部21は、PubChem、BRENDA、MetaCycなどの代謝物データベースを参照することにより仮想化合物の名称を決定してもよい。また、制御部21は、表示部22を介して仮想化合物の名称をユーザに問い合わせ、操作部10を介してユーザから仮想化合物の名称の入力を受け付けることにより、仮想化合物の名称を決定してもよい。   When the virtual compound is included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 of FIG. 9, the control unit 21 executes the processes of S911 and S912 of FIG. 9 after determining the name of the virtual compound. The control unit 21 may determine the name of the virtual compound by referring to a database provided in a device on the external network. For example, when only the UF of a compound registered in the KEGG database is stored in the UF database 15, the control unit 21 refers to a metabolite database such as PubChem, BRENDA, MetaCyc, etc. You may decide. Further, the control unit 21 inquires the user of the name of the virtual compound via the display unit 22 and determines the name of the virtual compound by receiving an input of the name of the virtual compound from the user via the operation unit 10. Good.

熱力学的に実行可能性のある合成経路であるか否かは、化合物の化学構造を把握する必要がある。そのため、制御部21は、図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に含まれる化合物の名称を決定し、化合物の名称から化合物の化学構造を把握して、熱力学的に実行可能性のある合成経路の判定を行っている。制御部21は、化合物データベース11を参照することにより、化合物の化学構造を把握してもよい。制御部21は、外部ネットワーク上の機器が備えるデータベースを参照することにより、化合物の化学構造を把握してもよい。制御部21は、表示部22を介して化合物の化学構造をユーザに問い
合わせ、操作部10を介してユーザから化合物の化学構造データの入力を受け付けることにより、化合物の化学構造を把握してもよい。
It is necessary to grasp the chemical structure of a compound to determine whether it is a thermodynamically feasible synthetic route. Therefore, the control unit 21 determines the name of the compound included in the compound synthesis route extracted in the processing of S908 in FIG. 9, and grasps the chemical structure of the compound from the name of the compound, and can be executed thermodynamically. Judging the synthetic route The control unit 21 may grasp the chemical structure of the compound by referring to the compound database 11. The control part 21 may grasp | ascertain the chemical structure of a compound by referring the database with which the apparatus on an external network is provided. The control unit 21 may grasp the chemical structure of the compound by inquiring of the chemical structure of the compound via the display unit 22 and accepting input of chemical structure data of the compound from the user via the operation unit 10. .

次いで、図9のS913の処理において、制御部21は、図9のS912の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物のモル理論収率(%)を算出する。この場合、制御部21は、図9のS912の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出してもよい。制御部21は、図9のS912の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出する場合、既知反応データベース12を参照して、原料化合物から出発化合物までの合成経路を作成する。そして、制御部21は、原料化合物から出発化合物までの合成経路及び図9のS912の処理で抽出された合成経路を用いて、図9のS911の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)を算出する。原料化合物の指定は、操作部10を介してユーザから受け付けることにより行ってもよい。この場合、制御部21は、既知反応データベース12に格納されている大腸菌の代謝反応に関するデータを参照して、原料化合物から出発化合物までの合成経路を作成してもよい。モル理論収率の計算は、例えば、Biotechnology and Bioengineering, Volume 42, p.59-73 (1993)に記載の方法により実施することができる。   Next, in the process of S913 in FIG. 9, the control unit 21 calculates the molar theoretical yield (%) of the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S912 in FIG. In this case, the control unit 21 may calculate the theoretical molar yield (%) from the raw material compound for the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S912 in FIG. When calculating the theoretical molar yield (%) from the raw material compound for the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S912 in FIG. 9, the control unit 21 refers to the known reaction database 12, A synthetic route from the starting compound to the starting compound is created. Then, the control unit 21 uses the synthesis route from the raw material compound to the starting compound and the synthesis route extracted in the processing of S912 in FIG. 9 to synthesize by the synthesis route extracted in the processing of S911 in FIG. For the compound, the theoretical molar yield (%) from the raw material compound is calculated. You may perform designation | designated of a raw material compound by receiving from a user via the operation part 10. FIG. In this case, the control unit 21 may create a synthesis route from the raw material compound to the starting compound with reference to data on the metabolic reaction of E. coli stored in the known reaction database 12. The calculation of the molar yield can be performed, for example, by the method described in Biotechnology and Bioengineering, Volume 42, p.59-73 (1993).

次に、図9のS914の処理において、制御部21は、図9のS913の処理で算出されたモル理論収率(%)が閾値以上であるか(又は閾値より大きいか)否かを判定する。閾値は、例えば、0%や100%や200%等の任意の値を設定することが可能である。   Next, in the process of S914 in FIG. 9, the control unit 21 determines whether or not the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S913 in FIG. 9 is equal to or greater than a threshold (or greater than the threshold). To do. For example, an arbitrary value such as 0%, 100%, or 200% can be set as the threshold value.

そして、図9のS915の処理において、制御部21は、図9のS912の処理で抽出された合成経路のうち、図9のS913の処理で算出されたモル理論収率(%)が閾値以上である(又は閾値より大きい)目的化合物を合成する化合物の合成経路を抽出する。図9のS913、S914及びS915の処理を実行する制御部21が、モル理論収率判定部として機能する。図9のS908の処理で抽出された化合物の合成経路に仮想化合物が含まれている場合であっても、制御部21は、図9のS913、S914及びS915の処理を実行することは可能である。未知の仮想化合物を基質または生産物とする変換反応が合成経路に含まれる場合でも、仮想化合物のUFには仮想化合物を構成する部分構造(原子)の数情報が含まれるため、変換反応に伴う変化(分子数の増減)を把握することできる。   Then, in the process of S915 of FIG. 9, the control unit 21 has the theoretical molar yield (%) calculated by the process of S913 of FIG. 9 among the synthesis paths extracted by the process of S912 of FIG. A synthesis route of a compound for synthesizing a target compound that is (or larger than a threshold value) is extracted. The control unit 21 that executes the processes of S913, S914, and S915 in FIG. 9 functions as a molar theoretical yield determination unit. Even when a virtual compound is included in the compound synthesis route extracted in the process of S908 of FIG. 9, the control unit 21 can execute the processes of S913, S914, and S915 of FIG. is there. Even when a conversion reaction using an unknown virtual compound as a substrate or product is included in the synthesis route, the number of partial structures (atoms) constituting the virtual compound is included in the UF of the virtual compound. Change (increase / decrease in the number of molecules) can be grasped.

次いで、図9のS916の処理において、制御部21は、図9のS915の処理で抽出された合成経路について、実用的な合成経路を抽出する。実用的な合成経路の抽出は、合成経路に含まれる各反応の炭素数の変化や炭素数の大小を評価すること、個別の仮想反応酵素の改変の難易度などを考慮して行ってもよい。   Next, in the process of S916 in FIG. 9, the control unit 21 extracts a practical synthesis path for the synthesis path extracted in the process of S915 in FIG. Practical synthesis pathways may be extracted by taking into account changes in the number of carbon atoms in each reaction, the size of the carbon number, and the difficulty of modifying individual virtual reaction enzymes. .

なお、制御部21は、図9のS911及びS912の処理を省略してもよいし、図9のS913からS915の処理を省略してもよいし、図9のS916の処理を省略してもよい。また、制御部21は、図9のS911及びS912の処理と、図9のS913からS915の処理と、図9のS916の処理と、を実行する順番を変更してもよい。例えば、制御部21は、図9のS913からS915の処理を実行した後に、図9のS911及びS912の処理を実行するようにしてもよい。   Note that the control unit 21 may omit the processes of S911 and S912 in FIG. 9, may omit the processes of S913 to S915 of FIG. 9, or may omit the process of S916 of FIG. Good. Moreover, the control part 21 may change the order which performs the process of S911 and S912 of FIG. 9, the process of S913 to S915 of FIG. 9, and the process of S916 of FIG. For example, the control unit 21 may execute the processes of S911 and S912 of FIG. 9 after executing the processes of S913 to S915 of FIG.

次に、図9のS917の処理において、制御部21は、図9のS916の処理で抽出された合成経路と、合成経路に含まれる出発化合物、中間化合物及び目的化合物の各名称及び各UFと、合成経路における各反応で用いられる酵素と、を含む情報を出力する。この場合、制御部21は、図9のS916の処理で抽出された合成経路における各反応につい
て、既知反応であるか又は仮想反応であるかを特定して、図9のS916の処理で抽出された合成経路の情報を出力する。制御部21は、合成経路における各反応で用いられる酵素として、酵素EC番号を用いてもよい。図9のS916の処理で抽出された合成経路に仮想化合物が含まれている場合、制御部21は、中間化合物の名称に代えて、中間化合物に割り当てられた所定の番号を、図9のS917の処理で出力される情報に追加する。
Next, in the process of S917 in FIG. 9, the control unit 21 extracts the synthesis route extracted in the process of S916 in FIG. 9, the names of the starting compound, the intermediate compound, the target compound, and the UFs included in the synthesis route. And information including enzymes used in each reaction in the synthetic pathway. In this case, the control unit 21 specifies whether each reaction in the synthesis route extracted in the process of S916 in FIG. 9 is a known reaction or a virtual reaction, and is extracted in the process of S916 in FIG. The information of the synthesized route is output. The controller 21 may use an enzyme EC number as an enzyme used in each reaction in the synthesis pathway. When the virtual compound is included in the synthesis route extracted in the process of S916 in FIG. 9, the control unit 21 replaces the name of the intermediate compound with the predetermined number assigned to the intermediate compound, and displays the predetermined number in S917 in FIG. It is added to the information output by the process.

例えば、制御部21は、図11に示す表121及び122によって、図9のS916の処理で抽出された合成経路と、合成経路に含まれる出発化合物、中間化合物及び目的化合物の各名称及び各UFと、合成経路における各反応で用いられる酵素と、を出力してもよい。図11は、2つの合成経路が出力された場合の例である。   For example, the control unit 21 uses the tables 121 and 122 shown in FIG. 11 to extract the synthesis route extracted in the process of S916 of FIG. 9, the names of the starting compound, intermediate compound, and target compound included in the synthesis route, and the UF. And an enzyme used in each reaction in the synthesis route. FIG. 11 is an example when two synthesis paths are output.

表121及び表122では、化合物A、B、C及びDが化合物の名称であり、VC00001
が仮想化合物に割り当てられた所定の番号である。表121において、出発化合物から中間化合物Aを合成する反応、及び、中間化合物Aから中間化合物Bを合成する反応が既知反応であることが特定されている。また、表121において、中間化合物Bから目的化合物を合成する反応が仮想反応であることが特定されている。表122において、出発化合物から中間化合物Aを合成する反応が既知反応であることが特定されている。また、表122において、中間化合物Aから中間化合物Cを合成する反応、及び、中間化合物Cから目的化合物を合成する反応が仮想反応であることが特定されている。
In Table 121 and Table 122, compounds A, B, C and D are the names of the compounds, VC00001
Is a predetermined number assigned to the virtual compound. In Table 121, it is specified that the reaction for synthesizing the intermediate compound A from the starting compound and the reaction for synthesizing the intermediate compound B from the intermediate compound A are known reactions. In Table 121, it is specified that the reaction for synthesizing the target compound from the intermediate compound B is a virtual reaction. In Table 122, it is specified that the reaction for synthesizing the intermediate compound A from the starting compound is a known reaction. Further, in Table 122, it is specified that the reaction for synthesizing the intermediate compound C from the intermediate compound A and the reaction for synthesizing the target compound from the intermediate compound C are virtual reactions.

表121及び122の既知反応酵素A及びBは、UF3によって特定される化合物とUF4によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。表121及び121の既知反応酵素C及びDは、UF5によって特定される化合物とUF6によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。表121及び122の既知DF1は、UF3からUF4を減算した値、及び、UF5からUF6を減算した値の2つのパターンがある。すなわち、UF3からUF4を減算した値と、UF5からUF6を減算した値とは、同一の値である。したがって、表121及び122では、出発化合物から中間化合物Aを合成する反応で用いられる酵素として、既知反応酵素A、B、C及びDが割り当てられている。   The known reaction enzymes A and B in Tables 121 and 122 are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF3 and a compound specified by UF4. Known reaction enzymes C and D in Tables 121 and 121 are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF5 and a compound specified by UF6. The known DF1s in Tables 121 and 122 have two patterns: a value obtained by subtracting UF4 from UF3 and a value obtained by subtracting UF6 from UF5. That is, the value obtained by subtracting UF4 from UF3 and the value obtained by subtracting UF6 from UF5 are the same value. Therefore, in Tables 121 and 122, known reaction enzymes A, B, C, and D are assigned as enzymes used in the reaction for synthesizing intermediate compound A from the starting compound.

表121の既知反応酵素E及びFは、UF7によって特定される化合物とUF8によって特定される化合物とのペアにおける反応に用いられる酵素である。表121の既知DF2は、UF7からUF8を減算した値である。したがって、表121では、中間化合物Aから中間化合物Bを合成する反応で用いられる酵素として、既知反応酵素E及びFが割り当てられている。   Known reaction enzymes E and F in Table 121 are enzymes used for the reaction in a pair of a compound specified by UF7 and a compound specified by UF8. The known DF2 in Table 121 is a value obtained by subtracting UF8 from UF7. Therefore, in Table 121, known reaction enzymes E and F are assigned as enzymes used in the reaction of synthesizing intermediate compound B from intermediate compound A.

表121の既知反応酵素G及びHは、UF9によって特定される化合物とUF10によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。既知反応酵素I及びJは、UF11によって特定される化合物とUF12によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。表121の既知DF3は、UF9からUF10を減算した値、及び、UF11からUF12を減算した値の2つのパターンがある。すなわち、UF9からUF10を減算した値と、UF11からUF12を減算した値とは、同一の値である。したがって、表121では、中間化合物Bから目的化合物を合成する反応で用いられる酵素として、既知反応酵素G、H、I及びJが割り当てられている。   Known reaction enzymes G and H in Table 121 are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF9 and a compound specified by UF10. Known reaction enzymes I and J are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF11 and a compound specified by UF12. The known DF3 in Table 121 has two patterns: a value obtained by subtracting UF10 from UF9 and a value obtained by subtracting UF12 from UF11. That is, the value obtained by subtracting UF10 from UF9 and the value obtained by subtracting UF12 from UF11 are the same value. Therefore, in Table 121, the known reaction enzymes G, H, I, and J are assigned as enzymes used in the reaction for synthesizing the target compound from the intermediate compound B.

表122の既知反応酵素K及びLは、UF15によって特定される化合物とUF16によって特定される化合物とのペアにおける反応に用いられる酵素である。表122の既知DF4は、UF15からUF16を減算した値である。したがって、表122では、中間化合物Aから中間化合物Cを合成する反応で用いられる酵素として、既知反応酵素K及びLが割り当てられている。   The known reaction enzymes K and L in Table 122 are enzymes used for the reaction in a pair of a compound specified by UF15 and a compound specified by UF16. The known DF4 in Table 122 is a value obtained by subtracting UF16 from UF15. Therefore, in Table 122, known reaction enzymes K and L are assigned as enzymes used in the reaction for synthesizing intermediate compound C from intermediate compound A.

表122の既知反応酵素M及びNは、UF17によって特定される化合物とUF18によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。既知反応酵素O及びPは、UF19によって特定される化合物とUF20によって特定される化合物とのペアの反応に用いられる酵素である。表122の既知DF5は、UF17からUF18を減算した値、及び、UF19からUF20を減算した値の2つのパターンがある。すなわち、UF17からUF18を減算した値と、UF19からUF20を減算した値とは、同一の値である。したがって、表122では、中間化合物Cから目的化合物を合成する反応で用いられる酵素として、既知反応酵素M、N、O及びPが割り当てられている。   Known reaction enzymes M and N in Table 122 are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF17 and a compound specified by UF18. Known reaction enzymes O and P are enzymes used for the reaction of a pair of a compound specified by UF19 and a compound specified by UF20. The known DF5 in Table 122 has two patterns: a value obtained by subtracting UF18 from UF17, and a value obtained by subtracting UF20 from UF19. That is, the value obtained by subtracting UF18 from UF17 and the value obtained by subtracting UF20 from UF19 are the same value. Therefore, in Table 122, the known reaction enzymes M, N, O, and P are assigned as enzymes used in the reaction for synthesizing the target compound from the intermediate compound C.

制御部21は、図9のS915の処理で抽出された合成経路について、図9のS913の処理で算出されたモル理論収率(%)が大きい順に順位付けを行ってもよい。更に、制御部21は、図9のS917の処理で出力される情報に、図9のS913の処理で算出されたモル理論収率(%)が大きい順に順位付けを行った合成経路についての情報を追加してもよい。   The control unit 21 may rank the synthesis paths extracted in the process of S915 in FIG. 9 in descending order of the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S913 in FIG. Further, the control unit 21 provides information on the synthesis routes that are ranked in descending order of the theoretical molar yield (%) calculated in the process of S913 in FIG. 9 to the information output in the process of S913 in FIG. May be added.

制御部21は、図9のS917の処理で出力した情報を、データベース化して記憶部20に記憶するようにしてもよい。また、制御部21は、図9のS917の処理で出力した情報を、表示部22に表示するようにしてもよい。   The control unit 21 may store the information output in the process of S917 of FIG. Further, the control unit 21 may display the information output in the process of S917 in FIG.

制御部21が、化合物の化学構造を所定の基準に従ってUFに変換するとともに、化合物ペアの一方の化合物についてのUFから他方の化合物についてのUFを減算することによりDF(第1差分値)を算出する。制御部21が、目的化合物についてのUFから出発化合物についてのUFを減算することにより出発化合物と目的化合物とのペアのDF(第2差分値)を算出する。制御部21が、出発化合物から目的化合物までの合成経路における第1差分値の合計値と、第2差分値とが一致するように化合物の合成経路を作成する。化合物の合成経路は、出発化合物及び目的化合物と、複数の第1差分値とから構成される。   The control unit 21 converts the chemical structure of the compound into UF according to a predetermined standard, and calculates DF (first difference value) by subtracting the UF of the other compound from the UF of one compound of the compound pair. To do. The controller 21 calculates the DF (second difference value) of the pair of the starting compound and the target compound by subtracting the UF for the starting compound from the UF for the target compound. The control unit 21 creates a compound synthesis route so that the total value of the first difference values in the synthesis route from the starting compound to the target compound matches the second difference value. The compound synthesis route includes a starting compound, a target compound, and a plurality of first difference values.

出発化合物及び目的化合物と、複数の第1差分値とから構成される化合物の合成経路を作成することにより、出発化合物から目的化合物までの新規の化合物の合成経路を作成することが可能となる。作成された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる化合物は、既知化合物であってもよいし、仮想化合物(未知化合物)であってもよい。したがって、仮想化合物を含む合成経路を作成することが可能となる。作成された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる化合物ペアにおける反応は、既知反応であってもよいし、仮想反応(未知反応)であってもよい。したがって、仮想反応を含む合成経路を作成することができる。   By creating a synthetic route for a compound composed of a starting compound and a target compound and a plurality of first difference values, it is possible to create a synthetic route for a new compound from the starting compound to the target compound. The compound included in the synthetic route from the prepared starting compound to the target compound may be a known compound or a virtual compound (unknown compound). Therefore, it is possible to create a synthetic route including a virtual compound. The reaction in the compound pair included in the synthetic route from the created starting compound to the target compound may be a known reaction or a virtual reaction (unknown reaction). Therefore, a synthetic route including a virtual reaction can be created.

作成された出発化合物から目的化合物までの合成経路に含まれる第1差分値に対して既知反応酵素が割り当てられている。出発化合物から目的化合物までの化合物の合成経路に含まれる仮想反応に既知反応酵素を用いることができる。   A known reaction enzyme is assigned to the first difference value included in the synthetic route from the created starting compound to the target compound. A known reaction enzyme can be used for a virtual reaction included in the synthesis route of the compound from the starting compound to the target compound.

以下、実施例について説明する。ただし、本発明の実施形態は、以下の実施例に限定されない。   Examples will be described below. However, the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.

1.合成経路作成プログラムを利用したテレフタル酸(TPA)合成経路の作成法
合成経路作成プログラム(上記参考例記載)を利用したTPA合成経路の作成の具体例を説明する。
KEGGのデータベースに登録されている化合物の名称及び化合物の化学構造式のデー
タと、KEGGのデータベースに登録されている化合物に加えて目的化合物(非天然化合物を含む)の化合物の名称及び化合物の化学構造式のデータとを使用して、13213個の化合物の名称及び化合物の化学構造式のデータを化合物データベース11に格納した。KEGGのデータベースの全化合物についてKEGG ATOM TYPEで表記されたKC F フォーマットデータをKEGGデータベースからダウンロードすることにより、化合物データベース11に化合物の名称及び化合物の化学構造式のデータを格納した。KEGGデータベースに登録されていない化合物は、KegDrawツールを使用してKCFフォーマットに変換した。
上記条件において、出発化合物としてフェニルアラニンを指定し、目的化合物としてTPAを指定して、化合物の合成経路の作成を開始した。制御部21が、図6のS901の処理を行うことにより、化合物のUFが作成され、UFデータベース15に格納された。制御部21が、図6のS902の処理を行うことにより、約1億7400万個の既知DFが算出され、差分データベース16に格納された。
制御部21が図6のS603及びS604の処理を行うことにより、約13万4000個の未知反応が仮想反応として決定され、制御部21により図6のS605の処理が行われた。制御部21が、図6のS606の処理を行うことにより、既知反応および仮想反応を含むグラフ(ネットワーク)が作成された。
制御部21が図6のS607の処理を行うことにより、出発化合物を開始点、目的化合物を終点とする順方向探索法により、作成された合成経路の探索が行われた。
4以下の反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を選択するという条件下で、制御部21が図6のS608の処理を行うことにより、4以下の反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路が選択された。3以下の仮想反応ステップを含む出発化合物から目的化合物までの合成経路を抽出するという条件下で、制御部21が図6のS609の処理を行うことにより、7847個の化合物の合成経路が、出発化合物から目的化合物までの合成経路として抽出された。
制御部21が図6のS610及びS611の処理を行うことにより、7847個の化合物の合成経路のうち196個の化合物の合成経路が、熱力学的に実行可能性のある合成経路として抽出された。原料化合物としてグルコースが指定され、制御部21が図6のS612の処理を行うことにより、原料化合物から出発化合物までの合成経路が作成された。この場合、制御部21は、既知反応データベース12に格納されている大腸菌の代謝反応に関するデータを参照する。そして、制御部21が図6のS612の処理を行うことにより、図6のS611の処理で抽出された合成経路によって合成される目的化合物について、原料化合物からのモル理論収率(%)が算出された。原料化合物としてグルコースが指定され、原料化合物からのモル理論収率(%)が0%以上である目的化合物を合成する化合物の合成経路を抽出するという条件下で、制御部21が図6のS613、S614および、S615の処理を行うことにより、2個の化合物の合成経路が実用的な合成経路として抽出された(図12)。
1. Method for creating terephthalic acid (TPA) synthesis route using synthesis route creation program A specific example of creating a TPA synthesis route using a synthesis route creation program (described in the above reference example) will be described.
The name of the compound registered in the KEGG database and the chemical structure data of the compound, and the name of the target compound (including non-natural compounds) and the chemistry of the compound in addition to the compound registered in the KEGG database Using the structural formula data, the names of 13213 compounds and the chemical structural formula data of the compounds were stored in the compound database 11. By downloading the KCF format data represented by KEGG ATOM TYPE for all compounds in the KEGG database from the KEGG database, the compound name and the chemical structural data of the compound were stored in the compound database 11. Compounds not registered in the KEGG database were converted to KCF format using the KegDraw tool.
Under the above conditions, phenylalanine was designated as the starting compound, TPA was designated as the target compound, and creation of a compound synthesis route was started. The control unit 21 performs the process of S901 in FIG. 6, thereby creating a compound UF and storing it in the UF database 15. When the control unit 21 performs the process of S902 in FIG. 6, about 174 million known DFs are calculated and stored in the difference database 16.
When the control unit 21 performs the processes of S603 and S604 in FIG. 6, about 134,000 unknown reactions are determined as virtual reactions, and the control unit 21 performs the process of S605 in FIG. The control unit 21 performs the process of S606 in FIG. 6 to create a graph (network) including known reactions and virtual reactions.
When the control unit 21 performs the process of S607 in FIG. 6, the created synthetic route is searched by the forward search method using the starting compound as the start point and the target compound as the end point.
Under the condition that the synthesis route from the starting compound including four or less reaction steps to the target compound is selected, the control unit 21 performs the process of S608 in FIG. The synthetic route to the compound was selected. Under the condition that the synthesis route from the starting compound including the virtual reaction step of 3 or less to the target compound is extracted, the control unit 21 performs the processing of S609 in FIG. It was extracted as a synthetic route from the compound to the target compound.
The control unit 21 performs the processing of S610 and S611 in FIG. 6, so that 196 compound synthesis routes out of 7847 compound synthesis routes are extracted as thermodynamically feasible synthesis routes. . Glucose was designated as the raw material compound, and the control unit 21 performed the process of S612 in FIG. 6, thereby creating a synthesis route from the raw material compound to the starting compound. In this case, the control unit 21 refers to data on the metabolic reaction of E. coli stored in the known reaction database 12. Then, the control unit 21 performs the process of S612 in FIG. 6 to calculate the molar theoretical yield (%) from the raw material compound for the target compound synthesized by the synthesis route extracted in the process of S611 in FIG. It was done. Under the condition that glucose is designated as a raw material compound and a synthetic route of a compound for synthesizing a target compound having a theoretical molar yield (%) from the raw material compound of 0% or more is extracted, the control unit 21 performs S613 in FIG. , S614, and S615, the synthetic pathways of the two compounds were extracted as practical synthetic pathways (FIG. 12).

2.合成経路作成プログラムを利用したp−トルイル酸合成経路の作成法
目的化合物をp−トルイル酸と指定すること以外は上記実施例と同様の操作により、p−トルイル酸の合成経路の探索を実施した。制御部21が図6のS609の処理を行うことにより、4944個の化合物の合成経路が、出発化合物から目的化合物までの合成経路として抽出された。制御部21が図6のS610及びS611の処理を行うことにより、4944個の化合物の合成経路のうち493個の化合物の合成経路が、熱力学的に実行可能性のある合成経路として抽出された。さらに、制御部21が図6のS613、S614および、S615の処理を行うことにより、1個の化合物の合成経路が実用的な合成経路として抽出された(図12)。
2. Method for creating p-toluic acid synthesis pathway using synthetic pathway creation program The search for the synthesis pathway for p-toluic acid was carried out in the same manner as in the above example except that the target compound was designated as p-toluic acid. . When the control unit 21 performs the process of S609 in FIG. 6, 4944 compound synthesis routes are extracted as synthesis routes from the starting compound to the target compound. As the control unit 21 performs the processing of S610 and S611 in FIG. 6, 493 compound synthesis routes out of 4944 compound synthesis routes are extracted as thermodynamically feasible synthesis routes. . Furthermore, when the control unit 21 performs the processing of S613, S614, and S615 in FIG. 6, a synthesis route of one compound is extracted as a practical synthesis route (FIG. 12).

3.テレフタル酸をバイオ法で合成する微生物を作成する具体例1(R7−R3−R4)
テレフタル酸を生産する能力を有する大腸菌株は一般的な分子生物学的手法(Ausubel e
t al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)を用いることにより、次の手順で作成することができる。
Anabaena variabilis由来PAL遺伝子(GenBank受入番号FW572332.1)とClostrida bacterium由来AbcDAオペロン(GenBank受入番号: GU357991.1 GU357992.1 )を連結した上で、この連結遺伝子を大腸菌プラスミドベクターpUC19(タカラバイオ社製)のlacプロモーター下流側に組み込んだプラスミドpPAL−AbcDAを構築する。さらに、このプラスミドDNAで大腸菌JM109株を形質転換することによりPALとAbcDAを保持する組み換え大腸菌株を作製し、この大腸菌株をJM109/pPAL−AbcDAと命名する。R3のベータ酸化反応は大腸菌が保有する一連の酵素群(fadBA)により実施される。
JM109/pPAL−AbcDAは当業者に周知の方法(日本生物工学会編,生物工学実験書(2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed.(2007) など)により培養することができる。例えば、20g/Lのグルコース、50μg/mlアンピシリン、0.2mM IPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)を添加した最小合成培地100mlに大腸菌JM109/pPAL−AbcDAを播種し、フラスコを用いることで、37℃で24時間以上培養することができる。ジャーファーメンターを使用して培養を実施する際は、基質の供給速度、攪拌回転数、通気量、pHなどを適正な範囲で制御することができる。必要に応じて、嫌気条件、微好気条件、好気条件を選択することができる。また、回分培養、半回分培養、連続培養などの形態を自由に選択することができる。
培養液中のTPAの濃度は、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC−MS)、液体クロマトグラフィー質量分析装置(LC−MS)などにより測定することができる。
また、PALおよびAbcDA遺伝子が発現していることの確認は、ノーザンブロット法、リアルタイムPCR法、免疫ブロット法などの当業者に周知の方法により調べることができる。
一般的な分子生物学的手法(Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)により、大腸菌株JM109/pPAL−AbcDAは改良することができ、TPAの生産性を改善することができる。例えば、TPA生産経路の律速反応となっている酵素に関して、遺伝子コピー数を増やすこと、コドン最適化、または酵素活性部位近辺のアミノ酸置換により酵素活性を増加させ、TPAの生産性を改善することができる。また、副生成物を生産する反応を触媒する酵素の遺伝子を破壊することなどでTPAの生産性を改善することもできる。また、NTGや紫外線による変異処理を行いTPA生産性が向上した菌体を選抜することを繰り返し行う方法を利用することもできる。
3. Specific example 1 (R7-R3-R4) for preparing a microorganism that synthesizes terephthalic acid by a bio-method
E. coli strains capable of producing terephthalic acid can be obtained by general molecular biology (Ausubel e
t al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: By using the A Laboratory Manual, 3 rd Edition ( 2001) , etc.), can be prepared by the following procedure.
An Anabaena variabilis-derived PAL gene (GenBank accession number FW572332.1) and Closrida bacterium-derived AbcDA operon (GenBank accession number: GU357991.1 GU357992.1) were ligated, and this ligated gene was ligated to the E. coli plasmid vector pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.). The plasmid pPAL-AbcDA incorporated into the downstream side of the lac promoter is constructed. Further, a recombinant E. coli strain carrying PAL and AbcDA is prepared by transforming E. coli JM109 strain with this plasmid DNA, and this E. coli strain is named JM109 / pPAL-AbcDA. The beta-oxidation reaction of R3 is carried out by a series of enzymes (fadBA) possessed by E. coli.
JM109 / pPAL-AbcDA is cultured by methods well known to those skilled in the art (Japan Biotechnology Society, edited by Biotechnology Experiments (2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed. (2007), etc.) be able to. For example, E. coli JM109 / pPAL-AbcDA is seeded in 100 ml of a minimal synthetic medium supplemented with 20 g / L glucose, 50 μg / ml ampicillin, 0.2 mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside), and the flask is By using it, it can culture | cultivate at 37 degreeC for 24 hours or more. When culturing using a jar fermenter, the substrate feed rate, the number of stirring revolutions, the aeration rate, the pH, and the like can be controlled within an appropriate range. An anaerobic condition, a microaerobic condition, and an aerobic condition can be selected as needed. In addition, forms such as batch culture, semi-batch culture, and continuous culture can be freely selected.
The concentration of TPA in the culture can be measured by high performance liquid chromatography, gas chromatography, gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), liquid chromatography mass spectrometer (LC-MS) or the like.
Confirmation of the expression of the PAL and AbcDA genes can be performed by methods well known to those skilled in the art, such as Northern blotting, real-time PCR, and immunoblotting.
General molecular biology (Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: a A Laboratory Manual, 3 rd Edition ( 2001) , etc.), E. coli strain JM109 / pPAL-AbcDA can be improved, it is possible to improve the productivity of TPA. For example, for enzymes that are rate-limiting reactions in the TPA production pathway, increasing gene copy number, codon optimization, or amino acid substitution near the enzyme active site can increase enzyme activity and improve TPA productivity. it can. Moreover, productivity of TPA can be improved by destroying a gene of an enzyme that catalyzes a reaction for producing a by-product. Moreover, the method of repeatedly selecting the microbial cell which improved the TPA productivity by performing the mutation process by NTG or an ultraviolet-ray can also be utilized.

4.テレフタル酸をバイオ法で合成する微生物を作成する具体例2(R5−R6−R4)
テレフタル酸(以下TPA)を生産する能力を有する大腸菌株は一般的な分子生物学的手法(Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)を用いることにより、次の手順で作成することができる。
Amycolatopsis orientalis由来HMS遺伝子(GenBank受入番号AJ223998.1)、Pseudomonas putida由来mdlBCD遺伝子(GenBank受入番号: AY143338.1)、Clostrida bacterium由来AbcDA遺伝子(GenBank受入番号: GU357991.1 GU357992.1 )を連結した上で、この連結遺伝子を大腸菌プラスミドベクターpHSG299(タカラバイオ社製)のlacプロモーター下流側に組み込んだプラスミドpHMS−mdlBCD−AbcDAを構築する。3種類のDNA配列を1つのベクターに組み込むことが困難な場合には、pUC系のプラスミドと和合性をもつプラスミド、例えばpMV119にうち1つのDNA断片を導入してもよい。例えば、AbcDA遺伝子のみpMV119に導入してpMV−AbcDAを構築、残りのHMS遺伝子、mdlBCD遺伝子をpUC19に導入したpHMS−mdlBCDをそれぞれ構築することも可能である。さらに、作製したプラスミドDNAで大腸菌JM109株を形質転換することによりHMS、mdlBCD、AbcDAを保持する組換え大腸菌株を作製し、この大腸菌株をJM109/pHMS−mdlBCD−AbcDAと命名する。
JM109/pHMS−mdlBCD−AbcDAは当業者に周知の方法(日本生物工学会編,生物工学実験書(2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed.(2007) など)により培養することができる。例えば、20g/Lのグルコース、50μg/mlカナマイシン、0.2mM IPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)、必要あれば50μg/mlアンピシリンを添加した最小合成培地100mlに大腸菌JM109/pHMS−mdlBCD−AbcDAを播種し、フラスコを用いることで、37℃で24時間以上培養することができる。ジャーファーメンターを使用して培養を実施する際は、基質の供給速度、攪拌回転数、通気量、pHなどを適正な範囲で制御することができる。必要に応じて、嫌気条件、微好気条件、好気条件を選択することができる。また、回分培養、半回分培養、連続培養などの形態を自由に選択することができる。
培養液中のTPAの濃度は、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC−MS)、液体クロマトグラフィー質量分析装置(LC−MS)などにより測定することができる。
また、HMS、mdlBCDおよびAbcDA遺伝子が発現していることの確認は、ノーザンブロット法、リアルタイムPCR法、免疫ブロット法などの当業者に周知の方法により調べることができる。
一般的な分子生物学的手法(Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)により、大腸菌株JM109/pHMS−mdlBCD−AbcDAは改良することができ、TPAの生産性を改善することができる。例えば、TPA生産経路の律速反応となっている酵素に関して、遺伝子コピー数を増やすこと、コドン最適化、または酵素活性部位近辺のアミノ酸置換により酵素活性を増加させ、TPAの生産性を改善することできる。また、副生成物を生産する反応を触媒する酵素の遺伝子を破壊することなどでTPAの生産性を改善することもできる。また、NTGや紫外線による変異処理を行いTPA生産性が向上した菌体を選抜することを繰り返し行う方法を利用することもできる。
4). Example 2 for creating a microorganism that synthesizes terephthalic acid by a bio-method (R5-R6-R4)
E. coli strains capable of producing terephthalic acid (hereinafter referred to as TPA) are commonly used in molecular biology (Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3 rd Edition (2001) etc.) can be used in the following procedure.
Amycolatopsis orientalis-derived HMS gene (GenBank accession number AJ223998.1), Pseudomonas putida-derived mdlBCD gene (GenBank accession number: AY143338.1), Closrida bacterium-derived AbcDA gene (GenBank accession number: GU357991.1 GU357992.1) Thus, a plasmid pHMS-mdlBCD-AbcDA is constructed in which this ligated gene is incorporated into the downstream of the lac promoter of the Escherichia coli plasmid vector pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.). If it is difficult to incorporate three types of DNA sequences into one vector, one of the DNA fragments may be introduced into a plasmid compatible with the pUC-type plasmid, for example, pMV119. For example, it is possible to construct pMV-AbcDA by introducing only the AbcDA gene into pMV119, and construct pHMS-mdlBCD by introducing the remaining HMS gene and mdlBCD gene into pUC19. Furthermore, a recombinant Escherichia coli strain retaining HMS, mdlBCD, and AbcDA is prepared by transforming Escherichia coli JM109 strain with the prepared plasmid DNA, and this Escherichia coli strain is named JM109 / pHMS-mdlBCD-AbcDA.
JM109 / pHMS-mdlBCD-AbcDA is obtained by methods well known to those skilled in the art (edited by the Japanese Society for Biotechnology, Biotechnology Experiments (2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed. (2007), etc.) It can be cultured. For example, E. coli JM109 / pHMS was added to 100 ml of a minimal synthetic medium supplemented with 20 g / L glucose, 50 μg / ml kanamycin, 0.2 mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside), and 50 μg / ml ampicillin if necessary. By seeding with -mdlBCD-AbcDA and using a flask, it can be cultured at 37 ° C. for 24 hours or more. When culturing using a jar fermenter, the substrate feed rate, the number of stirring revolutions, the aeration rate, the pH, and the like can be controlled within an appropriate range. An anaerobic condition, a microaerobic condition, and an aerobic condition can be selected as needed. In addition, forms such as batch culture, semi-batch culture, and continuous culture can be freely selected.
The concentration of TPA in the culture can be measured by high performance liquid chromatography, gas chromatography, gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), liquid chromatography mass spectrometer (LC-MS) or the like.
Confirmation of the expression of HMS, mdlBCD and AbcDA genes can be carried out by methods well known to those skilled in the art, such as Northern blotting, real-time PCR, and immunoblotting.
General molecular biology (Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: a A Laboratory Manual, 3 rd Edition ( 2001) , etc.), E. coli strain JM109 / pHMS-mdlBCD-AbcDA can be improved, to improve the productivity of TPA it can. For example, for enzymes that are rate-limiting reactions in the TPA production pathway, increasing the gene copy number, codon optimization, or amino acid substitution near the enzyme active site can increase enzyme activity and improve TPA productivity. . Moreover, productivity of TPA can be improved by destroying a gene of an enzyme that catalyzes a reaction for producing a by-product. Moreover, the method of repeatedly selecting the microbial cell which improved the TPA productivity by performing the mutation process by NTG or an ultraviolet-ray can also be utilized.

5.微生物で合成したp-トルイル酸を化学変換することによりTPAを合成する具体例(R8−R9−R1−R2−化学変換)
p-トルイル酸を生産する能力を有する大腸菌株は一般的な分子生物学的手法(Ausubel
et al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)を用いることにより、次の手順で作成することができる。
Pseudomonas sp.由来Propao遺伝子(GenBank受入番号: AB167410.1) , Rhodococcus erythropolis.由来のアミダーゼをコードするDNA配列(GenBank受入番号: EU022986.1)の連結遺伝子を大腸菌プラスミドベクターpHSG299(タカラバイオ社製)のlacプロモーター下流側に組み込んだプラスミドpOxy−Amiを構築する。一方、Clostridium difficle由来HpdABCオペロン(GenBank受入番号NC013316.1)及びClostrida bacterium由来AbcDA遺伝子(GenBank受入番号: GU357991.1 GU357992.1)の連結遺伝子を大腸菌プラスミドベクターpMW119(ニッポンジーン社製)に組み込んだプラスミドpHsdABC−AbcDAを構築する。導入する遺伝子とプラスミドの組み合わせはこれ以外にも実施が可能であり最適な条件を見出すことが肝要である。さらにこれらのプラスミドDNAで大腸菌JM109株を形質転換することにより大腸菌株JM109/pOxy−Ami−HsdABC−AbcDAを作製する。
JM109/pOxy−Ami−HsdABC−AbcDAは当業者に周知の方法(日
本生物工学会編,生物工学実験書(2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed.(2007) など)により培養することができる。例えば、20g/Lのグルコース、50μg/mlアンピシリン、50μg/mlカナマイシン、0.2mM IPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)を添加した最小合成培地100mlに大腸菌JM109/pOxy−Ami−HsdABC−AbcDAを播種し、フラスコを用いることで、37℃で24時間以上培養することができる。ジャーファーメンターを使用して培養を実施する際は、基質の供給速度、攪拌回転数、通気量、pHなどを適正な範囲で制御することができる。必要に応じて、嫌気条件、微好気条件、好気条件を選択することができる。また、回分培養、半回分培養、連続培養などの形態を自由に選択することができる。
培養液中のp-トルイル酸の濃度は、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC−MS)、液体クロマトグラフィー質量分析装置(LC−MS)などにより測定することができる。
また、各遺伝子が発現していることの確認は、ノーザンブロット法、リアルタイムPCR法、免疫ブロット法などの当業者に周知の方法により調べることができる。
一般的な分子生物学的手法(Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition (2001) など)により、大腸菌株JM109/pOxy−Ami−HsdABC−AbcDAは改良することができ、p-トルイル酸の生産性を改善することができる。例えば、p-トルイル酸生産経路の律速反応となっている酵素に関して、遺伝子コピー数を増やすこと、コドン最適化、または酵素活性部位近辺のアミノ酸置換により酵素活性を増加させ、p-トルイル酸の生産性を改善することできる。また、副生成物を生産する反応を触媒する酵素の遺伝子を破壊することなどでp-トルイル酸の生産性を改善することもできる。また、NTGや紫外線による変異処理を行いp-トルイル酸の生産性が向上した菌体を選抜することを繰り返し行う方法を利用することもできる。
p-トルイル酸からTPAへの変換は、例えば、米国特許第3,089,906号(1963)などに記載の方法が知られている。メタノール等を反応系に共存させることで得たp-トルイル酸エステルを合成し、これを酸化反応でジメチルテレフタル酸に変換させさらに高純度に精製した上でテレフタル酸を取得することができる。
5. Specific example of synthesizing TPA by chemically converting p-toluic acid synthesized by microorganisms (R8-R9-R1-R2-chemical conversion)
E. coli strains capable of producing p-toluic acid can be obtained by general molecular biology (Ausubel
et al, Current Protocol in Molecular Biology (2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: By using the A Laboratory Manual, 3 rd Edition ( 2001) , etc.), can be prepared by the following procedure.
Pseudomonas sp.-derived Propao gene (GenBank accession number: AB167410.1), Rhodococcus erythropolis.-derived DNA sequence encoding amidase (GenBank accession number: EU022986.1) was linked to the Escherichia coli plasmid vector pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.) The plasmid pOxy-Ami incorporated into the downstream side of the lac promoter is constructed. On the other hand, a plasmid in which the linked gene of Clostridium difficle-derived HpdABC operon (GenBank accession number NC013316.1) and Closrida bacterium-derived AbcDA gene (GenBank accession number: GU357991.1 GU357992.1) is incorporated into the E. coli plasmid vector pMW119 (Nippon Gene) pHsdABC-AbcDA is constructed. It is important to find optimum conditions for the combination of the gene and plasmid to be introduced in addition to this. Furthermore, E. coli strain JM109 / pOxy-Ami-HsdABC-AbcDA is prepared by transforming E. coli strain JM109 with these plasmid DNAs.
JM109 / pOxy-Ami-HsdABC-AbcDA is a method well known to those skilled in the art (edited by Japan Society for Biotechnology, Biotechnology Experiments (2002); Vogel H. et al, Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, 2nd Ed. (2007), etc. ). For example, E. coli JM109 / pOxy-Ami- is added to 100 ml of a minimal synthetic medium supplemented with 20 g / L glucose, 50 μg / ml ampicillin, 50 μg / ml kanamycin, 0.2 mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside). By inoculating HsdABC-AbcDA and using a flask, it can be cultured at 37 ° C. for 24 hours or more. When culturing using a jar fermenter, the substrate feed rate, the number of stirring revolutions, the aeration rate, the pH, and the like can be controlled within an appropriate range. An anaerobic condition, a microaerobic condition, and an aerobic condition can be selected as needed. In addition, forms such as batch culture, semi-batch culture, and continuous culture can be freely selected.
The concentration of p-toluic acid in the culture solution can be measured by high performance liquid chromatography, gas chromatography, gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), liquid chromatography mass spectrometer (LC-MS) or the like. it can.
Confirmation of the expression of each gene can be performed by methods well known to those skilled in the art, such as Northern blotting, real-time PCR, and immunoblotting.
General molecular biology (Ausubel et al, Current Protocol in Molecular Biology
(2003); Sambrook et al, Molecular Cloning: a A Laboratory Manual, 3 rd Edition ( 2001) , etc.), E. coli strain JM109 / pOxy-Ami-HsdABC- AbcDA can be improved, the productivity of p- toluic acid Can be improved. For example, for enzymes that are rate-limiting reactions in the p-toluic acid production pathway, increasing the gene copy number, codon optimization, or amino acid substitution near the enzyme active site increases the enzyme activity, producing p-toluic acid Can improve sex. In addition, the productivity of p-toluic acid can be improved by destroying the gene of an enzyme that catalyzes a reaction for producing a by-product. Moreover, the method of repeatedly selecting the microbial cell which improved the productivity of p-toluic acid by performing the mutation process by NTG or an ultraviolet-ray can also be utilized.
For the conversion of p-toluic acid to TPA, for example, a method described in US Pat. No. 3,089,906 (1963) is known. A p-toluic acid ester obtained by allowing methanol or the like to coexist in the reaction system is synthesized, converted into dimethyl terephthalic acid by an oxidation reaction, and further purified to a high purity to obtain terephthalic acid.

1 合成経路作成装置
2 CPU(Central Processing Unit)
3 メモリ
4 ハードディスク駆動装置
5 可搬媒体駆動装置
6 入力装置
7 表示装置
8 外部インターフェース
10 操作部
11 化合物データベース
12 既知反応データベース
13 部分構造データベース
14 共通構造データベース
15 UFデータベース
16、17 差分データベース
18 仮想反応データベース
20 記憶部
21 制御部
22 表示部
1 Synthetic path creation device 2 CPU (Central Processing Unit)
3 Memory 4 Hard disk drive 5 Portable media drive 6 Input device 7 Display device 8 External interface 10 Operation unit 11 Compound database 12 Known reaction database 13 Partial structure database 14 Common structure database 15 UF database 16, 17 Difference database 18 Virtual reaction Database 20 Storage unit 21 Control unit 22 Display unit

Claims (8)

フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する工程、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する工程、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。   A method for producing terephthalic acid, comprising: converting phenylalanine into trans-cinnamic acid; converting trans-cinnamic acid into benzoic acid; and converting benzoic acid into terephthalic acid. テレフタル酸生産能を有し、フェニルアラニンをトランス桂皮酸に変換する酵素、トランス桂皮酸を安息香酸に変換する酵素、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を炭素源を含む培地中で培養してテレフタル酸を培地または菌体内に蓄積させ、テレフタル酸を培地または菌体内から回収することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。   A medium containing a carbon source with a terephthalic acid producing ability, an enzyme that converts phenylalanine into trans-cinnamic acid, an enzyme that converts trans-cinnamic acid into benzoic acid, and an enzyme that converts benzoic acid into terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, characterized in that terephthalic acid is accumulated in a medium or cells after culturing in the medium, and terephthalic acid is collected from the medium or cells. フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する工程、マンデル酸を安息香酸に変換する工程、および安息香酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。   A method for producing terephthalic acid, comprising a step of converting phenylpyruvic acid into mandelic acid, a step of converting mandelic acid into benzoic acid, and a step of converting benzoic acid into terephthalic acid. テレフタル酸生産能を有し、フェニルピルビン酸をマンデル酸に変換する酵素、マンデル酸を安息香酸に変換する酵素、および安息香酸をテレフタル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を炭素源を含む培地中で培養してテレフタル酸を培地または菌体内に蓄積させ、テレフタル酸を培地または菌体内から回収することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。   A medium containing a carbon source having a terephthalic acid producing ability, an enzyme that converts phenylpyruvic acid to mandelic acid, an enzyme that converts mandelic acid to benzoic acid, and an enzyme that converts benzoic acid to terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, characterized in that terephthalic acid is accumulated in a medium or cells after culturing in the medium, and terephthalic acid is collected from the medium or cells. フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する工程、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する工程、フェニル酢酸をトルエンに変換する工程、トルエンをp−トルイル酸に変換する工程、およびp−トルイル酸をテレフタル酸に変換する工程を含む、テレフタル酸の製造方法。   Converting phenylalanine to phenylacetamide, converting phenylacetamide to phenylacetic acid, converting phenylacetic acid to toluene, converting toluene to p-toluic acid, and converting p-toluic acid to terephthalic acid A method for producing terephthalic acid, comprising a step. p−トルイル酸生産能を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を、炭素源を含む培地中で培養してp−トルイル酸を製造し、得られたp−トルイル酸をテレフタル酸に変換することを特徴とする、テレフタル酸の製造方法。   An enzyme that has the ability to produce p-toluic acid and converts phenylalanine to phenylacetamide, an enzyme that converts phenylacetamide to phenylacetic acid, an enzyme that converts phenylacetic acid to toluene, and an enzyme that converts toluene to p-toluic acid A method for producing terephthalic acid, comprising culturing an active microorganism in a medium containing a carbon source to produce p-toluic acid, and converting the obtained p-toluic acid into terephthalic acid. フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する工程、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する工程、フェニル酢酸をトルエンに変換する工程、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する工程を含む、p−トルイル酸の製造方法。   A method for producing p-toluic acid, comprising a step of converting phenylalanine into phenylacetamide, a step of converting phenylacetamide into phenylacetic acid, a step of converting phenylacetic acid into toluene, and a step of converting toluene into p-toluic acid. p−トルイル酸生産能を有し、フェニルアラニンをフェニルアセトアミドに変換する酵素、フェニルアセトアミドをフェニル酢酸に変換する酵素、フェニル酢酸をトルエンに変換する酵素、およびトルエンをp−トルイル酸に変換する酵素の活性を有する微生物を、炭素源を含む培地中で培養してp−トルイル酸を製造することを特徴とする、p−トルイル酸の製造方法。   An enzyme that has the ability to produce p-toluic acid and converts phenylalanine to phenylacetamide, an enzyme that converts phenylacetamide to phenylacetic acid, an enzyme that converts phenylacetic acid to toluene, and an enzyme that converts toluene to p-toluic acid A method for producing p-toluic acid, comprising culturing an active microorganism in a medium containing a carbon source to produce p-toluic acid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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