JP2019213558A - アセチル補酵素a由来化合物を生産するためのホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼの使用 - Google Patents

アセチル補酵素a由来化合物を生産するためのホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼの使用 Download PDF

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Abstract

【課題】本明細書では、宿主細胞におけるアセチルCoAおよびアセチルCoA由来化合物の産生を改善するための組成物および方法が提供される。【解決手段】一部の実施形態では、宿主細胞は、ホスホケトラーゼ(PK)をコードする異種ヌクレオチド配列、およびアセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の機能的破壊を含むように遺伝子改変されている。一部の実施形態では、宿主細胞は、ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードする異種ヌクレオチド配列をさらに含む。一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する酵素はグリセロール−1−ホスファターゼである。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼはGPP1/RHR2である。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼはGPP2/HOR2である。【選択図】図1

Description

この出願は、2013年3月15日に出願された米国仮出願第61/800,356号
(この内容は、その全体が参考として本明細書に援用される)の優先権の利益を主張する
1.発明の分野
本開示は、工学的に操作された宿主細胞においてアセチルCoA由来化合物を産生する
ための組成物および方法に関する。
2.背景
アセチル補酵素A(アセチルCoA)は、ポリケチド、脂肪酸、イソプレノイド、フェ
ノール類、アルカロイド、ビタミン、およびアミノ酸を含めた必須の生物学的化合物の合
成における重要な中間体である。アセチルCoAに由来する代謝産物の中には、工業的に
有用な化合物を含めた一次代謝産物および二次代謝産物がある。酵母では、アセチルCo
Aはピルビン酸代謝で生合成される(図1)。しかし、この生合成経路では、ピルビン酸
カルボキシラーゼおよび/またはピルビン酸デヒドロゲナーゼにより触媒される反応によ
ってCOが失われる。工業的な発酵環境において、ピルビン酸代謝に対する代替物をも
たらし、解糖を減少させることの1つの利益は、ピルビン酸の脱カルボキシル化において
産生されるCOが減少し、したがって、最終産物においてより多くの炭素を捕捉し、そ
れにより、最大理論収量を上昇させることができることである。第2の利益は、産生され
るNADHが減少し、したがって、それを再酸化するために必要な酸素が著しく減少する
ことである。これは、ホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)とホスホアセチル
トランスフェラーゼ(PTA;EC2.3.1.8)を併せて発現させることによって実
現することができる。
PKおよびPTAは、フルクトース−6−ホスフェート(F6P)またはキシルロース
−5−ホスフェート(X5P)がアセチルCoAに変換される反応を触媒する。図1に示
されている通り、PKにより、ペントースホスフェート中間体であるキシルロース(xy
ulose)5−ホスフェートから、または、さらに上の解糖中間体であるD−フルクト
ース6−ホスフェート(F6P)から引き出される。PKにより、X5Pがグリセルアル
デヒド3−ホスフェート(G3P)とアセチルホスフェートに分かれる、またはF6Pが
エリトロース4−ホスフェート(E4P)とアセチルホスフェートに分かれる。次いで、
PTAにより、アセチルホスフェートがアセチルCoAに変換される。G3Pはさらに下
の解糖に再度入ることができ、E4Pはペントースホスフェート経路またはトランスアル
ドラーゼおよびトランスケトラーゼの非酸化的ペントースホスフェート経路ネットワーク
を通じた循環による解糖に再度入ることができる。
出願人らは、PK酵素およびPTA酵素を導入することで得ることができる異種性イソ
プレノイド産生の効率の改善について以前に記載した。その内容全体が参照により本明細
書に組み込まれる2012年11月9日出願の米国特許出願第13/673,819号(
現在は米国特許第8,415,136号)を参照されたい。特に、ネイティブな酵母代謝
ネットワークにおいて生じる化学反応のみを使用してグルコースから細胞質ゾル内アセチ
ルCoAを合成する場合、メバロン酸経路によるグルコースからイソプレノイドであるフ
ァルネセンへの変換の可能性のある最大化学量論的収量は23.6wt%である。アセト
アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アセチル化(ADA;EC1.2.1.10)およびNA
DH使用HMG−CoAレダクターゼにより触媒される反応をメバロネート産生の代謝ネ
ットワークに含めることによって、理論的な最大化学量論的収量は25.2wt%に改善
される。さらにPKおよびPTAを導入することで、反応ネットワークは、最適な状態で
、29.8wt%またはそれを超える質量収量に到達することができ、これは最大理論収
量の有意な上昇である。
Sondreggerらにより、キシロース利用酵母株におけるエタノール産生に関す
るPKおよびPTAの利益についても記載されている。その内容全体が参照により本明細
書に組み込まれるSondreggerら、Applied and Environm
ental Microbiology 70巻(5号):2892〜2897頁(20
04年)を参照されたい。Pichia stipitis由来のNAD(P)H依存性
キシロースレダクターゼおよびNAD依存性キシリトールデヒドロゲナーゼの過剰発現
に起因する低エタノール収量に対処するために、S.cerevisiaeに異種ホスホ
ケトラーゼ経路(PK、PTA、およびADA)が導入された。この2つのオキシドレダ
クターゼ反応における補因子嗜好が異なることにより、還元された反応中間体であるキシ
リトールの広範囲にわたる蓄積、したがって、低エタノール収量として顕在化する嫌気性
レドックス平衡問題が引き起こされる。ホスホケトラーゼ経路を導入することによってレ
ドックス代謝の平衡化が行われ、それにより、エタノールに変換されるキシロース当たり
1つのNADHの正味の再酸化が導かれ、エタノール収量が25%改善される。しかし、
PKの過剰発現によっても、アセテート蓄積の増大および発酵速度の低下が導かれる。ホ
スホケトラーゼ経路と、アセトアルデヒドをアセテートに変換するALD6の変異を組み
合わせることによっていくらかのアセテート蓄積は減少させることができるが、組換えホ
スホケトラーゼ経路を通じたフラックスは、キシリトールおよびグリセロールの蓄積を完
全に排除するために必要になる最適なフラックスの約30%であった。著者らにより、ホ
スホケトラーゼ経路に基づくアセテート形成を妨げるためにホスホトランスアセチラーゼ
および/またはアセトアルデヒドデヒドロゲナーゼのより高い活性が必要であり得ること
が示唆された。
米国特許第8,415,136号明細書
Sondreggerら、Applied and Environmental Microbiology(2004年)70巻(5号):2892〜2897頁
したがって、異種PK経路を導入することによりアセチルCoA由来化合物の収量の実
質的な改善を導くことができるが、その一方で、PKおよびPTAによる最適な炭素フラ
ックスを実現するために、この経路の実行のさらなる改善が必要であると思われる。本明
細書で提供される組成物および方法は、この必要性に対処し、関連する利点も提供する。
3.発明の概要
本明細書では、工業的に有用な化合物を産生するためのホスホケトラーゼ(PK)およ
びホスホトランスアセチラーゼ(PTA)の利用を改善するための組成物および方法が提
供される。これらの組成物および方法は、ホスホケトラーゼ経路に基づくアセテート蓄積
が、PK触媒作用の産物であるアセチルホスフェートの酵素により触媒される加水分解に
起因するという驚くべき発見に基づく。アセチルホスフェートの加水分解は、イソプレノ
イド、ポリケチド、および脂肪酸を含めたアセチルCoA由来の任意の種類の産物の産生
に、炭素の枯渇によって負の影響を及ぼし得る望ましくない副反応である。アセチルホス
フェート加水分解を触媒する宿主細胞内のネイティブな酵素を機能的に破壊することによ
り、アセテート蓄積が減少し、PK/PTA経路を通じたアセチルCoA産生への炭素フ
ラックスが増大する。
本明細書で提供される組成物および方法は、さらに、アセチルホスフェートからアセテ
ートへの加水分解を触媒する酵母内のネイティブな酵素、すなわちGPP1/RHR2、
およびそれと密接に関連するホモログであるGPP2/HOR2の予想外の発見に基づく
。これらの酵素はどちらも、以前は単にグリセロール−1−ホスファターゼ(EC3.1
.3.21;あるいは「グリセロール−3−ホスファターゼ」と称される)活性を有する
と特徴付けられており、したがって、これらの酵素の無差別な(promiscuous
)アセチル−ホスファターゼ活性は予想外のものである。PKおよびPTAを異種発現す
る細胞では、RHR2をコードする遺伝子およびHOR2をコードする遺伝子の一方また
は両方を欠失させることにより、アセテート蓄積の減少が導かれ、RHR2をコードする
遺伝子を単独で欠失させることにより、アセテートレベルの実質的な低下が導かれる。さ
らに、PK、PTAおよびメバロン酸経路を含むように工学的に操作された細胞において
RHR2遺伝子を欠失させることにより、アセチルCoA由来イソプレノイドであるファ
ルネセンの産生が相当に増大する。
したがって、本明細書では、遺伝子改変宿主細胞および工業的に有用な化合物を産生す
るためのそれらの使用方法が提供される。一態様では、本明細書では、ホスホケトラーゼ
(PK;EC4.1.2.9)をコードする異種核酸、およびアセチルホスフェートをア
セテートに変換する内因性酵素の機能的破壊を含む遺伝子改変宿主細胞が提供される。一
部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC
2.3.1.8)をコードする異種核酸をさらに含む。
別の態様では、本明細書では、ホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3.1
.8)をコードする異種核酸、およびアセチルホスフェートをアセテートに変換する内因
性酵素の機能的破壊を含む遺伝子改変宿主細胞が提供される。一部の実施形態では、遺伝
子改変宿主細胞は、ホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)をコードする異種核
酸をさらに含む。
一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する酵素はグリセロー
ル−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)である。一部の実施形態では、グリセ
ロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2、GPP2HOR2、ならびにその
相同体およびバリアントからなる群から選択される。一部の実施形態では、遺伝子改変宿
主細胞は、GPP1/RHR2の機能的破壊を含む。一部の実施形態では、遺伝子改変宿
主細胞は、GPP2/HOR2の機能的破壊を含む。一部の実施形態では、遺伝子改変宿
主細胞は、GPP1/RHR2とGPP2/HOR2の両方の機能的破壊を含む。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、アシル化アセチルアルデヒドデヒドロゲ
ナーゼ(ADA;EC1.2.1.10)をコードする異種核酸をさらに含む。一部の実
施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ネイティブなピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH
)−バイパスの1種または複数種の酵素の機能的破壊をさらに含む。一部の実施形態では
、PDH−バイパスの1種または複数種の酵素は、アセチルCoAシンテターゼ1(AC
S1)、アセチルCoAシンテターゼ2(ACS2)、およびアルデヒドデヒドロゲナー
ゼ6(ALD6)から選択される。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、異種アセチルCoA由来化合物を産生す
ることができる。一部の実施形態では、異種アセチルCoA由来化合物は、イソプレノイ
ド、ポリケチド、および脂肪酸からなる群から選択される。特定の実施形態では、遺伝子
改変宿主細胞は、イソプレノイドを産生することができる。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、イソペンテニルピロホスフェートを作製
するためのメバロン酸(MEV)経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または
複数種の異種核酸を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は
、NADH使用HMG−CoAレダクターゼを含む。一部の実施形態では、MEV経路の
1種または複数種の酵素は、2分子のアセチルCoAを縮合させてアセトアセチルCoA
を形成する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、
アセトアセチルCoAとアセチルCoAを縮合させてHMG−CoAを形成する酵素を含
む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、HMG−CoAをメ
バロネートに変換する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種
の酵素は、メバロネートをメバロネート5−ホスフェートにリン酸化する酵素を含む。一
部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、メバロネート5−ホスフェ
ートをメバロネート5−ピロホスフェートに変換する酵素を含む。一部の実施形態では、
MEV経路の1種または複数種の酵素は、メバロネート5−ピロホスフェートをイソペン
テニルピロホスフェートに変換する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種
または複数種の酵素は、HMG−CoAシンターゼ、メバロン酸キナーゼ、ホスホメバロ
ン酸キナーゼおよびメバロン酸ピロリン酸デカルボキシラーゼから選択される。一部の実
施形態では、宿主細胞は、MEV経路の酵素の全てをコードする複数の異種核酸を含む。
一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数
種の異種核酸は単一の転写調節因子の制御下にある。一部の実施形態では、MEV経路の
1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸は多数の異種性転写調
節因子の制御下にある。一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、イソペンテニルピ
ロホスフェート(IPP)をジメチルアリルピロホスフェート(DMAPP)に変換する
ことができる酵素をコードする異種核酸をさらに含む。一部の実施形態では、遺伝子改変
宿主細胞は、IPP分子および/またはDMAPP分子を縮合させてポリプレニル化合物
を形成することができる酵素をコードする異種核酸をさらに含む。一部の実施形態では、
遺伝子改変宿主細胞は、IPPまたはポリプレニルを修飾してイソプレノイド化合物を形
成することができる酵素をコードする異種核酸をさらに含む。
一部の実施形態では、IPPまたはポリプレニルを修飾してイソプレノイド化合物を形
成することができる酵素は、カレンシンターゼ、ゲラニオールシンターゼ、リナロールシ
ンターゼ、リモネンシンターゼ、ミルセンシンターゼ、オシメンシンターゼ、α−ピネン
シンターゼ、β−ピネンシンターゼ、γ−テルピネンシンターゼ、テルピノレンシンター
ゼ、アモルファジエンシンターゼ、α−ファルネセンシンターゼ、β−ファルネセンシン
ターゼ、ファルネソールシンターゼ、ネロリドールシンターゼ、パチョロール(patc
houliol)シンターゼ、ノートカトンシンターゼ、およびアビエタジエンシンター
ゼからなる群から選択される。
一部の実施形態では、イソプレノイドは、ヘミテルペン、モノテルペン、ジテルペン、
トリテルペン、テトラテルペン、セスキテルペン、およびポリテルペンからなる群から選
択される。一部の実施形態では、イソプレノイドはセスキテルペンである。一部の実施形
態では、イソプレノイドは、C〜C20イソプレノイドである。一部の実施形態では、
イソプレノイドは、アビエタジエン、アモルファジエン、カレン、α−ファルネセン、β
−ファルネセン、ファルネソール、ゲラニオール、ゲラニルゲラニオール、イソプレン、
リナロール、リモネン、ミルセン、ネロリドール、オシメン、パチョロール、β−ピネン
、サビネン、γ−テルピネン、テルピノレン、およびバレンセンからなる群から選択され
る。
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変宿主
細胞であって、イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)
経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸;ホスホケトラ
ーゼ(PK)をコードする異種核酸;ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードす
る異種核酸;およびグリセロール−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)の機能
的破壊を含む細胞が提供される。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファター
ゼは、GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリアントである。一部の実施形態
では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP2/HOR2またはその相同体もし
くはバリアントである。
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変宿主
細胞であって、イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)
経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸;アセチルアル
デヒドデヒドロゲナーゼ、アセチル化(ADA)をコードする異種核酸;ホスホケトラー
ゼ(PK)をコードする異種核酸;ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードする
異種核酸;およびグリセロール−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)の機能的
破壊を含む細胞が提供される。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼ
は、GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリアントである。一部の実施形態で
は、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP2/HOR2またはその相同体もしく
はバリアントである。
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変宿主
細胞であって、イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)
経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸;アセチルアル
デヒドデヒドロゲナーゼ、アセチル化(ADA)をコードする異種核酸;アセチルCoA
シンテターゼ1(ACS1)、アセチルCoAシンテターゼ2(ACS2)、およびアル
デヒドデヒドロゲナーゼ6(ALD6)からなる群から選択されるネイティブなPDH−
バイパスの少なくとも1種の酵素の機能的破壊;ホスホケトラーゼ(PK)をコードする
異種核酸;ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードする異種核酸;およびグリセ
ロール−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)の機能的破壊を含む細胞が提供さ
れる。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2
またはその相同体もしくはバリアントである。一部の実施形態では、グリセロール−1−
ホスファターゼは、GPP2/HOR2またはその相同体もしくはバリアントである。
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変宿主
細胞であって、イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)
経路の1種または複数種の酵素であって、NADH使用HMG−CoAレダクターゼを含
む1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸;アセチルアルデヒ
ドデヒドロゲナーゼ、アセチル化(ADA)をコードする異種核酸;アセチルCoAシン
テターゼ1(ACS1)、アセチルCoAシンテターゼ2(ACS2)、およびアルデヒ
ドデヒドロゲナーゼ6(ALD6)からなる群から選択されるネイティブなPDH−バイ
パスの少なくとも1種の酵素の機能的破壊;ホスホケトラーゼ(PK)をコードする異種
核酸;ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードする異種核酸;およびグリセロー
ル−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)の機能的破壊を含む細胞が提供される
。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2また
はその相同体もしくはバリアントである。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホス
ファターゼは、GPP2/HOR2またはその相同体もしくはバリアントである。
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変宿主
細胞であって、イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)
経路の複数の酵素であって、アセチルCoA:マロニルCoAアシルトランスフェラーゼ
を含む複数の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸;アセチルアルデヒドデヒド
ロゲナーゼ、アセチル化(ADA)をコードする異種核酸;アセチルCoAシンテターゼ
1(ACS1)、アセチルCoAシンテターゼ2(ACS2)、およびアルデヒドデヒド
ロゲナーゼ6(ALD6)からなる群から選択されるネイティブなPDH−バイパスの少
なくとも1種の酵素の機能的破壊;ホスホケトラーゼ(PK)をコードする異種核酸;ホ
スホトランスアセチラーゼ(PTA)をコードする異種核酸;およびグリセロール−1−
ホスファターゼ(EC3.1.3.21)の機能的破壊を含む細胞が提供される。一部の
実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2またはその相
同体もしくはバリアントである。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファター
ゼは、GPP2/HOR2またはその相同体もしくはバリアントである。
別の態様では、本明細書では、ポリケチドを産生することができる遺伝子改変宿主細胞
であって、ポリケチド生合成経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数
種の異種核酸;ホスホケトラーゼ(PK)をコードする異種核酸;ホスホトランスアセチ
ラーゼ(PTA)をコードする異種核酸;およびグリセロール−1−ホスファターゼ(E
C3.1.3.21)の機能的破壊を含む細胞が提供される。一部の実施形態では、グリ
セロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリア
ントである。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP2/H
OR2またはその相同体もしくはバリアントである。
別の態様では、本明細書では、脂肪酸を産生することができる遺伝子改変宿主細胞であ
って、脂肪酸生合成経路の1種または複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種
核酸;ホスホケトラーゼ(PK)をコードする異種核酸;ホスホトランスアセチラーゼ(
PTA)をコードする異種核酸;およびグリセロール−1−ホスファターゼ(EC3.1
.3.21)の機能的破壊を含む細胞が提供される。一部の実施形態では、グリセロール
−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリアントであ
る。一部の実施形態では、グリセロール−1−ホスファターゼは、GPP2/HOR2ま
たはその相同体もしくはバリアントである。
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、細菌細胞、真菌細
胞、藻類細胞、昆虫細胞、および植物細胞からなる群から選択される。一部の実施形態で
は、細胞は酵母細胞である。一部の実施形態では、酵母はSaccharomyces
cerevisiaeである。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、アセチルホスフェートをアセテートに変
換する内因性酵素の機能的破壊を含まない酵母細胞と比較して増大した量のアセチルCo
A由来化合物(例えば、イソプレノイド、ポリケチド、または脂肪酸)を産生する。
別の態様では、本明細書では、異種アセチルCoA由来化合物を産生するための方法で
あって、本明細書に記載の異種アセチルCoA由来化合物を産生することができる遺伝子
改変宿主細胞の集団を、炭素源を含む培地中、前記異種アセチルCoA由来化合物を作製
するのに適した条件下で培養するステップ、および前記異種アセチルCoA由来化合物を
培地から回収するステップを含む方法が提供される。一部の実施形態では、異種アセチル
CoA由来化合物は、イソプレノイド、ポリケチド、および脂肪酸からなる群から選択さ
れる。
別の態様では、本明細書では、宿主細胞におけるアセチルCoAまたはアセチルCoA
由来化合物の産生を増大させるための方法であって、宿主細胞においてホスホケトラーゼ
(PK;EC4.1.2.9)をコードする異種核酸を発現させるステップ、およびアセ
チルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素を機能的に破壊するステップを含む
方法が提供される。一部の実施形態では、当該方法は、宿主細胞においてホスホトランス
アセチラーゼ(PTA;EC2.3.1.8)をコードする異種核酸を発現させるステッ
プをさらに含む。
別の態様では、本明細書では、宿主細胞におけるアセチルCoAの産生を増大させるた
めの方法であって、宿主細胞においてホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3
.1.8)をコードする異種核酸を発現させるステップ、およびアセチルホスフェートを
アセテートに変換する内因性酵素を機能的に破壊するステップを含む方法が提供される。
一部の実施形態では、当該方法は、宿主細胞においてホスホケトラーゼ(PK;EC4.
1.2.9)をコードする異種核酸を発現させるステップをさらに含む。
一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する酵素はグリセロー
ル−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)である。一部の実施形態では、グリセ
ロール−1−ホスファターゼは、GPP1/RHR2、GPP2/HOR2、ならびにそ
の相同体およびバリアントから選択される。一部の実施形態では、GPP1/RHR2ま
たはその相同体もしくはバリアントを機能的に破壊する。一部の実施形態では、GPP2
/HOR2またはその相同体もしくはバリアントを機能的に破壊する。一部の実施形態で
は、GPP1/RHR2とGPP2/HOR2の両方、またはGPP1/RHR2の相同
体もしくはバリアントとGPP2/HOR2の相同体もしくはバリアントの両方を機能的
に破壊する。一部の実施形態では、宿主細胞は、細菌細胞、真菌細胞、藻類細胞、昆虫細
胞、および植物細胞からなる群から選択される。一部の実施形態では、宿主細胞は酵母細
胞である。一部の実施形態では、酵母はSaccharomyces cerevisi
aeである。一部の実施形態では、宿主細胞は、アセチルホスフェートをアセテートに変
換する内因性酵素の機能的破壊を含まない酵母細胞と比較して増大した量のアセチルCo
AまたはアセチルCoA由来化合物を産生する。
図1は、酵母宿主細胞における糖(グルコースおよびキシロース)からアセチルCoAおよびアセチルCoA由来化合物への変換に関与する経路の略図である。太い矢印は組換えホスホケトラーゼ経路を示す。アセチルホスフェートはアセチルCoAへのホスホケトラーゼ(PK)/ホスホトランスアセチラーゼ(phosphotransacetyklase)(PTA)経路の中間体であり、RHR2およびHOR2によってアセテートに加水分解される。略語:G6P、グルコース−6−ホスフェート;R5P、リブロース−5−ホスフェート;X5P、キシルロース−5−ホスフェート;F6P、フルクトース−6−ホスフェート;E4P、エリトロース(eryhtrose)−4−ホスフェート;FBP、フルクトース−1,6−ビスホスフェート(biphosphate);DHAP、ジヒドロキシアセトンホスフェート;G3P、グリセルアルデヒド−3−ホスフェート;PEP、ホスホエノールピルベート;ADA、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ、アセチル化;ACP、アセチルホスフェート。 図2は、イソプレノイド産生のためのメバロン酸経路の代表的な酵素を示す図である。略語:AcCoA、アセチルCoA;AcAcCoA、アセトアセチルCoA;HMGCoA、3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoA;Mev5P、メバロネート−5−ホスフェート;Mev5DP、メバロネート−5−ジホスフェート;IPP、イソペンテニルジホスフェート;DMAPP、ジメチルアリルピロホスフェート;Erg10、アセチルCoAチオラーゼ;ACC1、アセチルCoAカルボキシラーゼ;AACS、アセトアセチルCoAシンターゼ;Erg13、3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoAシンターゼ;HMGr、3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoAレダクターゼ;Erg12、メバロン酸キナーゼ;Erg8、ホスホメバロン酸キナーゼ;Erg19、メバロン酸ピロリン酸デカルボキシラーゼ。 図3A〜3Bは、野生型(Y967株、左)、ならびに、異種アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアシル化(Dz.eutE)、およびネイティブなPDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含む組換え酵母細胞(Y12869株;中央)、ならびに異種ホスホケトラーゼ(Lm.PK)およびホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PTA)をさらに含む組換え酵母細胞(Y12746株;右)の糖消費(A)およびアセテート産生(B)を示す図である。 図3C〜3Dは、異種アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアシル化(Dz.eutE)、およびネイティブなPDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含む組換え酵母細胞(Y12869株;左)、ならびに、異種ホスホケトラーゼ(Lm.PK)(Y19390株;中央)またはホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PTA)をさらに含む組換え酵母細胞(Y19391株;右)の糖消費(C)およびアセテート産生(D)を示す図である。 図4は、野生型S.cerevisiae Y967株の無細胞抽出物(CFE)における、120分の時間経過にわたるアセチルホスフェート加水分解の実証を示す図である。CFEのみ(左);CFEと、それに加えて、30mMの、広範なスペクトルのホスファターゼ阻害剤であるフッ化ナトリウム(中央)、および熱失活させたCFE(右)が示されている。 図5は、Y967無細胞抽出物に対する陰イオン交換クロマトグラフィーの結果を示す図である。緩衝液B(20mMのTris−Cl、pH7、1MのNaCl、10%グリセロール)の0〜100%勾配を30カラム体積にわたって毎分0.5mLの流速で用いてタンパク質を溶出し、1mL画分を採取し、タンパク質ゲル電気泳動によって分析し(図5B)、アセチルホスファターゼ活性についてアッセイした(図5A)。ACP、アセチルホスフェート。 図6Aは、Y967の画分#10に対する陰イオン交換クロマトグラフィーの結果を示す図である。この精製による最も活性な画分であった#14を、質量分析によって分析して、画分中のタンパク質の同一性を決定した(図6B)。RHR2を活性な画分中のホスファターゼとして同定した。 図7は、野生型酵母株(Y968)、または、RHR2の欠失、HOR2の欠失もしくはRHR2とHOR2の両方の欠失を含む組換え酵母株のCFEに対するアセチルホスファターゼ活性アッセイの結果を示すグラフである。 図8A〜8Cは、組換え酵母株集団のアセテートレベル(A)、グリセロールレベル(B)および光学濃度(C)を示すグラフである。Y12746.ms63909.ms64472株はPDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.eutE)、ホスホケトラーゼ(Lm.PK)、ホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PTA)、およびファルネセン産生経路内の遺伝子を異種発現する。Y12746.ms63909.ms64472rhr2^株は、Y12746.ms63909.ms64472株と同質遺伝子型であるが、RHR2の欠失をさらに含む(rhr2^)。 図8D〜8Eは、組換え酵母株集団のアセテートレベル(D)および光学濃度(E)を示すグラフである。Y12745株は、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.eutE)、ホスホケトラーゼ(Lm.PK)、およびホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PTA)を異種発現する。Y12746rhr2^株はY12746株と同質遺伝子型であるが、RHR2の欠失をさらに含む(rhr2^)。 図9は、RHR2遺伝子がインタクトであるか(RHR2+)、または欠失している(rhr2−)組換え酵母株集団の相対的なファルネセンレベル(上)および相対的な光学濃度(下)を示す図である。Y968(右側のパネル)は野生型酵母株である。Y12869.ms63907.ms64472(「Y12869」;右から2番目のパネル)は、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.eutE)およびファルネセン産生経路内の遺伝子を異種発現するが、ホスホケトラーゼまたはホスホトランスアセチラーゼを発現しない。Y12746.ms63907.ms64472(「Y12746」;左から2番目のパネル)は、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.eutE)およびファルネセン産生経路内の遺伝子を異種発現し、ファルネセンの合成に使用される細胞質ゾル内アセチルCoAを産生するための経路としてホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼを使用する。Y12745.ms63907.ms64472(「Y12745」;左側のパネル)は、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、ファルネセン産生経路内の遺伝子、ファルネセンの合成に使用される細胞質ゾル内アセチルCoAを産生するための経路としてホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼを使用する。
5. 実施形態の詳細な説明
5.1 用語
本明細書で使用される場合、「異種」という用語は、通常は天然に見いだされないもの
を指す。「異種ヌクレオチド配列」という用語は、天然では所与の細胞において通常は見
いだされないヌクレオチド配列を指す。このように、異種ヌクレオチド配列は、(a)そ
の宿主細胞に対して外来(すなわち、その細胞に対して「外因性」)であるもの;(b)
宿主細胞において天然に見いだされる(すなわち、「内因性」である)が、細胞内に天然
ではない数量(すなわち、宿主細胞において天然に見いだされるよりも多いもしくは少な
い数量)で存在するもの;または、(c)宿主細胞において天然に見いだされるが、その
天然の遺伝子座以外に位置するものであり得る。「異種酵素」という用語は、天然では所
与の細胞において通常は見いだされない酵素を指す。この用語は、(a)所与の細胞に対
して外因性である(すなわち、宿主細胞に天然では存在しないまたは宿主細胞の所与の状
況では天然には存在しないヌクレオチド配列によりコードされる)酵素;および(b)宿
主細胞において天然に見いだされる(例えば、細胞に対して内因性のヌクレオチド配列に
よりコードされる酵素である)が、宿主細胞において天然ではない量(例えば、天然に見
いだされるよりも多いまたは少ない量)で産生される酵素を包含する。
他方では、「ネイティブ」または「内因性」という用語は、分子、特に酵素および核酸
に関して本明細書で使用される場合、それが由来するまたは天然に見いだされる生物体に
おいて発現する分子をその発現レベルとは関係なく示し、発現レベルはネイティブな微生
物におけるその分子の発現レベルよりも低くて、それと同等であっても、それよりも高く
てもよい。ネイティブな酵素またはポリヌクレオチドの発現は、組換え微生物では改変さ
れ得ることが理解される。
本明細書で使用される場合、例えば標的遺伝子、例えばPDH−バイパスの1種または
複数種の遺伝子の「機能を破壊する」または「機能の破壊」とは、標的遺伝子を、宿主細
胞において標的遺伝子によりコードされるタンパク質の活性が低下するように変更するこ
とを意味する。一部の実施形態では、標的遺伝子の機能的破壊により、標的遺伝子の発現
レベルが、機能が破壊されていない場合のその発現と比較して少なくとも5%、10%、
15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、
65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%または100%低下する。同
様に、例えば標的タンパク質、例えばアセチルホスファターゼ活性を有するタンパク質の
「機能を破壊する」または「機能の破壊」とは、標的タンパク質を、宿主細胞においてタ
ンパク質の活性が低下するように変更することを意味する。一部の実施形態では、標的タ
ンパク質の機能的破壊により、標的タンパク質の活性または発現レベルが、機能が破壊さ
れていない場合のその活性または発現と比較して少なくとも5%、10%、15%、20
%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70
%、75%、80%、85%、90%、95%または100%低下する。一部の実施形態
では、宿主細胞における標的遺伝子によりコードされる標的タンパク質の活性が排除され
る。他の実施形態では、宿主細胞における標的遺伝子によりコードされる標的タンパク質
の活性が低下する。標的遺伝子の機能的破壊は、遺伝子の全部または一部を欠失させ、そ
の結果、遺伝子発現を排除するまたは低下させること、または遺伝子産物の活性を排除す
るまたは低下させることによって実現することができる。標的遺伝子の機能的破壊は、遺
伝子の調節エレメント、例えば、遺伝子のプロモーターを変異させ、その結果、発現を排
除するまたは低下させることによって、または、遺伝子のコード配列を変異させ、その結
果、遺伝子産物の活性を排除するまたは低下させることによっても実現することができる
。一部の実施形態では、標的遺伝子の機能的破壊により、標的遺伝子の完全なオープンリ
ーディングフレームが除去される。
本明細書で使用される場合、「親細胞」という用語は、改変宿主細胞に対して工学的に
操作された1つまたは複数の特定の遺伝子改変、例えば、ADAの異種発現、NADH使
用HMG−CoAレダクターゼの異種発現、AACSの異種発現、ホスホケトラーゼの異
種発現、ホスホトランスアセチラーゼの異種発現、およびメバロン酸経路の1種または複
数種の酵素の異種発現からなる群から選択される1つまたは複数の改変を含まない以外は
本明細書に開示されている遺伝子改変宿主細胞と同一の遺伝的背景を有する細胞を指す。
本明細書で使用される場合、「産生」という用語は、一般に、本明細書で提供される遺
伝子改変宿主細胞によって産生されるある量のイソプレノイドを指す。一部の実施形態で
は、産生は、宿主細胞によるイソプレノイドの収量で表される。他の実施形態では、産生
は、イソプレノイドの産生における宿主細胞の生産性で表される。
本明細書で使用される場合、「生産性」という用語は、経時的な(1時間当たり)宿主
細胞を培養する発酵培養液の量(体積)当たりの産生されたイソプレノイドの量(重量)
として表された、宿主細胞によるイソプレノイドの産生を指す。
本明細書で使用される場合、「収量」という用語は、宿主細胞により消費された炭素源
の量当たりの産生されたイソプレノイドの量として重量で表された、宿主細胞によるイソ
プレノイドの産生を指す。
本明細書で使用される場合、「アセチルCoA由来化合物」という句は、その生合成に
おいてアセチルCoAを基質として使用する化合物を指す。例示的なアセチルCoA由来
化合物としては、これだけに限定されないが、イソプレノイド、ポリケチド、脂肪酸、お
よびアルコールが挙げられる。一部の実施形態では、アセチルCoA由来化合物は、エタ
ノール、例えば、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,25
3,001号に記載のペントース基質から産生されるバイオエタノールである。
本明細書で使用される場合、「バリアント」という用語は、具体的に列挙されている「
参照」ポリペプチド(例えば、野生型配列)とは、アミノ酸の挿入、欠失、変異、および
置換により異なるが、参照ポリペプチドと実質的に同様の活性を保持するポリペプチドを
指す。一部の実施形態では、バリアントは、変異誘発などの組換えDNA技法によって創
出される。一部の実施形態では、バリアントポリペプチドは、その参照ポリペプチドとは
、1つの塩基性残基の別の塩基性残基での置換(すなわちLysのArgでの置換)、1
つの疎水性残基の別の疎水性残基での置換(すなわちIleのLeuでの置換)、または
1つの芳香族残基の別の芳香族残基での置換(すなわちTyrのPheでの置換)などに
より異なる。一部の実施形態では、バリアントは、参照配列の実質的な構造類似性がもた
らされる保存的置換が得られる類似体を含む。このような保存的置換の例としては、これ
だけに限定することなく、アスパラギン酸のグルタミン酸での置換およびその逆;アスパ
ラギンのグルタミンでの置換およびその逆;トレオニンのセリンでの置換およびその逆;
アルギニンのリシンでの置換およびその逆;または、イソロイシン、バリンまたはロイシ
ンのいずれかの互いでの置換が挙げられる。
5.2 宿主細胞
本明細書で提供される組成物および方法に有用な宿主細胞としては、古細菌細胞、原核
生物細胞、または真核細胞が挙げられる。
適切な原核生物宿主としては、これだけに限定されないが、種々のグラム陽性細菌、グ
ラム陰性細菌、またはグラム不定細菌のいずれかが挙げられる。例としては、これだけに
限定されないが、以下の属に属する細胞が挙げられる:Agrobacterium、A
licyclobacillus、Anabaena、Anacystis、Arthr
obacter、Azobacter、Bacillus、Brevibacteriu
m、Chromatium、Clostridium、Corynebacterium
、Enterobacter、Erwinia、Escherichia、Lactob
acillus、Lactococcus、Mesorhizobium、Methyl
obacterium、Microbacterium、Phormidium、Pse
udomonas、Rhodobacter、Rhodopseudomonas、Rh
odospirillum、Rhodococcus、Salmonella、Scen
edesmun、Serratia、Shigella、Staphlococcus、
Strepromyces、Synnecoccus、およびZymomonas。原核
生物株の例としては、これだけに限定されないが、Bacillus subtilis
、Bacillus amyloliquefacines、Brevibacteri
um ammoniagenes、Brevibacterium immarioph
ilum、Clostridium beigerinckii、Enterobact
er sakazakii、Escherichia coli、Lactococcu
s lactis、Mesorhizobium loti、Pseudomonas
aeruginosa、Pseudomonas mevalonii、Pseudom
onas pudica、Rhodobacter capsulatus、Rhodo
bacter sphaeroides、Rhodospirillum rubrum
、Salmonella enterica、Salmonella typhi、Sa
lmonella typhimurium、Shigella dysenteria
e、Shigella flexneri、Shigella sonnei、およびS
taphylococcus aureusが挙げられる。特定の実施形態では、宿主細
胞はEscherichia coli細胞である。
適切な古細菌宿主としては、これだけに限定されないが、以下の属に属する細胞が挙げ
られる:Aeropyrum、Archaeglobus、Halobacterium
、Methanococcus、Methanobacterium、Pyrococc
us、Sulfolobus、およびThermoplasma。古細菌株の例としては
、これだけに限定されないが、Archaeoglobus fulgidus、Hal
obacterium sp.、Methanococcus jannaschii、
Methanobacterium thermoautotrophicum、The
rmoplasma acidophilum、Thermoplasma volca
nium、Pyrococcus horikoshii、Pyrococcus ab
yssi、およびAeropyrum pernixが挙げられる。
適切な真核生物宿主としては、これだけに限定されないが、真菌細胞、藻類細胞、昆虫
細胞、および植物細胞が挙げられる。一部の実施形態では、本方法において有用な酵母と
して、微生物受託機関(例えばIFO、ATCCなど)に寄託されており、とりわけ、以
下の属に属する酵母が挙げられる:Aciculoconidium、Ambrosio
zyma、Arthroascus、Arxiozyma、Ashbya、Babjev
ia、Bensingtonia、Botryoascus、Botryozyma、B
rettanomyces、Bullera、Bulleromyces、Candid
a、Citeromyces、Clavispora、Cryptococcus、Cy
stofilobasidium、Debaryomyces、Dekkara、Dip
odascopsis、Dipodascus、Eeniella、Endomycop
sella、Eremascus、Eremothecium、Erythrobasi
dium、Fellomyces、Filobasidium、Galactomyce
s、Geotrichum、Guilliermondella、Hanseniasp
ora、Hansenula、Hasegawaea、Holtermannia、Ho
rmoascus、Hyphopichia、Issatchenkia、Kloeck
era、Kloeckeraspora、Kluyveromyces、Kondoa、
Kuraishia、Kurtzmanomyces、Leucosporidium、
Lipomyces、Lodderomyces、Malassezia、Metsch
nikowia、Mrakia、Myxozyma、Nadsonia、Nakazaw
aea、Nematospora、Ogataea、Oosporidium、Pach
ysolen、Phachytichospora、Phaffia、Pichia、R
hodosporidium、Rhodotorula、Saccharomyces、
Saccharomycodes、Saccharomycopsis、Saitoel
la、Sakaguchia、Saturnospora、Schizoblastos
porion、Schizosaccharomyces、Schwanniomyce
s、Sporidiobolus、Sporobolomyces、Sporopach
ydermia、Stephanoascus、Sterigmatomyces、St
erigmatosporidium、Symbiotaphrina、Sympodi
omyces、Sympodiomycopsis、Torulaspora、Tric
hosporiella、Trichosporon、Trigonopsis、Tsu
chiyaea、Udeniomyces、Waltomyces、Wickerham
ia、Wickerhamiella、Williopsis、Yamadazyma、
Yarrowia、Zygoascus、Zygosaccharomyces、Zyg
owilliopsis、およびZygozyma。
一部の実施形態では、宿主微生物は、Saccharomyces cerevisi
ae、Pichia pastoris、Schizosaccharomyces p
ombe、Dekkera bruxellensis、Kluyveromyces
lactis(以前はSaccharomyces lactisと称されていた)、K
luveromyces marxianus、Arxula adeninivora
ns、またはHansenula polymorpha(現在はPichia ang
ustaとして公知である)である。一部の実施形態では、宿主微生物は、Candid
a lipolytica、Candida guilliermondii、Cand
ida krusei、Candida pseudotropicalis、またはC
andida utilisなどのCandida属の株である。
特定の実施形態では、宿主微生物はSaccharomyces cerevisia
eである。一部の実施形態では、宿主は、パン酵母、CBS7959、CBS7960、
CBS7961、CBS7962、CBS7963、CBS7964、IZ−1904、
TA、BG−1、CR−1、SA−1、M−26、Y−904、PE−2、PE−5、V
R−1、BR−1、BR−2、ME−2、VR−2、MA−3、MA−4、CAT−1、
CB−1、NR−1、BT−1、およびAL−1からなる群から選択される、Sacch
aromyces cerevisiaeの株である。一部の実施形態では、宿主微生物
は、PE−2、CAT−1、VR−1、BG−1、CR−1、およびSA−1からなる群
から選択される、Saccharomyces cerevisiaeの株である。特定
の実施形態では、Saccharomyces cerevisiaeの株はPE−2で
ある。別の特定の実施形態では、Saccharomyces cerevisiaeの
株はCAT−1である。別の特定の実施形態では、Saccharomyces cer
evisiaeの株はBG−1である。
一部の実施形態では、宿主微生物は、工業的発酵に適した微生物である。特定の実施形
態では、微生物を、工業的発酵環境のストレス条件と認識される高溶媒濃度、高温、基質
利用の拡大、栄養分の制限、糖および塩に起因する浸透ストレス、酸味、亜硫酸塩および
細菌コンタミネーション、またはこれらの組合せの下で生存するのに適当な状態にする。
5.3 アセチルCoAへのホスホケトラーゼ(PK)/ホスホトランスアセチラーゼ
(PTA)経路
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞におけるホスホケトラ
ーゼ経路は、細胞を、ホスホケトラーゼ、および任意選択でホスホトランスアセチラーゼ
をコードするポリヌクレオチドおよび/またはポリペプチドを発現するように工学的に操
作することよって活性化される。したがって、一部の実施形態では、本明細書で提供され
る遺伝子改変宿主細胞は、ホスホケトラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする異種
ポリヌクレオチドを含む。他の実施形態、特に、ホスホケトラーゼ活性とは関係なく、ア
セチルホスフェートを代謝中間体として供給することができる実施形態では、本明細書で
提供される遺伝子改変宿主細胞は、ホスホトランスアセチラーゼ活性を有するポリペプチ
ドをコードする異種ポリヌクレオチドを含む。他の実施形態では、本明細書で提供される
遺伝子改変宿主細胞は、ホスホケトラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする異種ポ
リヌクレオチドと、ホスホトランスアセチラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする
異種ポリヌクレオチドの両方を含む。
5.3.1 ホスホケトラーゼ(PK)
ホスホケトラーゼ(EC4.1.2.9)により、キシルロース5−ホスフェートから
グリセルアルデヒド3−ホスフェートおよびアセチルホスフェートへの変換;ならびに/
またはフルクトース−6−ホスフェートからエリトロース−4−ホスフェートおよびアセ
チルホスフェートへの変換が触媒される。ホスホケトラーゼ活性は、キシロースを唯一の
炭素源として用いて成長するいくつかの酵母株において同定されているが、グルコースを
用いて成長する酵母株では同定されていない(EvansおよびRatledge、Ar
ch. Microbiol. 139巻:48〜52頁;1984年)。ホスホケトラ
ーゼの阻害剤としては、これだけに限定されないが、エリトロース4−ホスフェートおよ
びグリセルアルデヒド3−ホスフェートが挙げられる。
ホスホケトラーゼ活性をコードするポリヌクレオチド、遺伝子およびポリペプチドの多
数の例が当技術分野で公知であり、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞に使用する
ことができる。一部の実施形態では、このようなポリヌクレオチド、遺伝子および/また
はポリペプチドは、Lactobacillus pentosus MD363のキシ
ルロース5−ホスフェートケトラーゼ(XpkA)である(Posthumaら、App
l. Environ. Microbiol. 68巻:831〜7頁;2002年)
。XpkAは、乳酸菌におけるホスホケトラーゼ経路(PKP)の中心的な酵素であり、
4.455μmol/min/mgの特異的活性を示す(Posthumaら、Appl
. Environ. Microbiol. 68巻:831〜7頁;2002年)。
他の実施形態では、このようなポリヌクレオチド、遺伝子および/またはポリペプチドは
、Leuconostoc mesenteroidesのホスホケトラーゼであり(L
eeら、Biotechnol Lett. 27巻(12号);853〜858頁(2
005年))、これは9.9μmol/min/mgの特異的活性を示し、4.5を超え
るpHで安定である(Goldbergら、Methods Enzymol. 9巻:
515〜520頁;1966年)。このホスホケトラーゼは、D−キシルロース5−ホス
フェートに対しては4.7mMのKmを示し、フルクトース6−ホスフェートに対しては
29mMのKmを示す(Goldbergら、Methods Enzymol. 9巻
:515〜520頁;1966年)。Leuconostoc mesenteroid
esの代表的なホスホケトラーゼヌクレオチド配列としては、受託番号AY804190
、および本明細書で提供される配列番号1が挙げられる。Leuconostoc me
senteroidesの代表的なホスホケトラーゼタンパク質配列としては、受託番号
YP_819405、AAV66077.1、および本明細書で提供される配列番号2が
挙げられる。他の実施形態では、このようなポリヌクレオチド、遺伝子および/またはポ
リペプチドは、例えば、Sondereggerら(Appl. Environ. M
icrobiol. 70巻:2892〜7頁;2004年)によるペントース代謝性S
.cerevisiae株に記載されているB.lactis由来のD−キシルロース5
−ホスフェート/D−フルクトース6−ホスフェートホスホケトラーゼ遺伝子xfpであ
る。
他の有用なホスホケトラーゼとしては、これだけに限定されないが、Bifidoba
cterium dentium ATCC 27678(ABIX02000002.
1:2350400..2352877;EDT46356.1);Bifidobac
terium animalis(NC_017834.1:1127580..113
0057;YP_006280131.1);およびBifidobacterium
pseudolongum(AY518216.1:988..3465;AAR987
88.1);Aspergillus nidulans FGSC A4(CBF76
492.1);Bifidobacterium longum(AAR98787.1
);Bifidobacterium bifidum NCIMB 41171(ZP
03646196.1);Bifidobacterium animalis su
bsp. lactis HN019(ZP 02962870.1);Lactoba
cillus plantarum WCFS1(NP_786060.1);Lact
obacillus brevis subsp. gravesensis ATCC
27305(ZP_03940142.1);Lactobacillus reut
eri 100−23(ZP_03073172.1);およびLeuconostoc
mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC
8293(YP_818922.1)に由来するものが挙げられる。
他の有用なホスホケトラーゼとしては、その内容全体が参照により本明細書に組み込ま
れる国際公開第WO2011/15985号に記載されているものが挙げられる。これら
のホスホケトラーゼとしては、(YP_001601863.1;Gluconacet
obacter diazotrophicus Pal 5)、(YP_001093
22l.1;Shewanella loihica PV−4)、(YP_92679
2.1;Shewanella amazonensis SB2B)、(YP_735
093.1;Shewanella sp. MR−4)、(YP_001049439
.1;Shewanella baltica OS155)、(ZP_0215788
4.1;Shewanella benthica KT99)、(YP_001472
925.1;Shewanella sediminis HAW−EB3)、(YP_
001759669.1;Shewanella woodyi ATCC 51908
)、(YP_001673352.1;Shewanella halifaxensi
s HA W−EB4)、(YP_563733.1;Shewanella deni
trificans OS217)、(ZP_05111697.1;Legionel
la drancourtii LLAP 12)、(EEQ84307.1;Ajel
lomyces dermatitidis ER−3)、(XP_002626734
.1;Ajellomyces dermatitidis SLH14081)、(X
P_001539009.1;Ajellomyces capsulatus NAm
1)、(EEH04133.1;Ajellomyces capsulatus G1
86AR)、(EEH20258.1;Paracoccidioides brasi
liensis Pb03)、(EEH44652.1;Paracoccidioid
es brasiliensis Pb 18)、(XP_002582752.1;U
ncinocarpus reesii 1704)、(EER26377.1;Coc
cidioides posadasii C735 delta SOWgp)、(E
EQ28085.1;Microsporum canis CBS 113480)、
(XP_001819785.1;Aspergillus oryzae RIB40
)、(XP_001399780.1;Aspergillus niger)、(XP
_001263382.1;Neosartorya fischeri NRRL 1
81)、(XP_001271080.1;Aspergillus clavatus
NRRL 1)、(XP_001213784.1;Aspergillus ter
reus NIH2624)、(CBF76492.1;Aspergillus ni
dulans FGSCA4)、(XP_002561913.1;Penicilli
um chrysogenum Wisconsin 54−1255)、(XP_00
2480391.1;Talaromyces stipitatus ATCC 10
500)、(XP_002144014.1;Penicillium stipita
tus ATCC 10500)、(XP_002144014.1;Penicill
ium mameffei ATCC 18224)、(XP_754543.1;As
pergillus fumigatus Af293)、(XP_001556635
.1;Botryotinia fuckeliana B05.1 0)、(XP_0
01592549.1;Sclerotinia sclerotiorum 1980
)、(XP_386729.1;Gibberella zeae PH−1)、(EE
U47171.1;Nectria haematococca mp VI 77−1
3−4)、(EEY16637.1;Verticillium alboatrum
VaMs.l 02)、(XP_956649.1;Neurospora crass
a OR74A)、(XP_364271.2;Magnaporthe grisea
70−15)、(XP_001904585.1;Podospora anseri
ne)、(XP_001836159.1;Coprinopsis cinerea
okayama7#130)、(NP_595963.1;Schizosacchar
omyc es pombe)、(XP_002173441.1;Schizosac
charomyc es japonicus yFS275)、(XP_570860
.1;Cryptococcus neoformans var. neoforma
ns JEC21)、(XP_759561.1;Ustilago maydis 5
21)、(ZP_05027078.1;Microcoleus chthonopl
astes PCC 7420)、(YP_003101114.1;Actinosy
nnema mirum DSM 43827)、(ZP_03568244.1;At
opobium rimae ATCC 49626)、(YP_003180237.
1;Atopobium parvulum DSM 20469)、(ZP_0394
6928.1;Atopobium vaginae DSM 15829)、(ZP_
03296299.1;Collinsella stercoris DSM 132
79)、(AAR98787.1;Bifidobacterium longum)、
(ZP_03618909.1;Bifidobacterium breve DSM
20213)、(ZP_03646196.1;Bifidobacterium b
ifidum NCIMB 41171)、(ZP_04448101.1;Bifid
obacterium angulatum DSM 20098)、(ZP_0332
4204.1;Bifidobacterium catenulatum DSM 1
6992)、(AAR98790.1;Bifidobacterium sp. CF
AR 172)、(AAR98789.1;Bifidobacterium pull
orum)、(ZP_03937610.1;Gardnerella vaginal
is ATCC 14019)、(ZP_05965201.1;Bifidobact
erium gallicum DSM 20093)、(ZP_02962870.1
;Bifidobacterium animalis subsp. lactis
HNO19)、(AAR98788.1;Bifidobacterium pseud
olongum subsp. Globosum)、(ZP_03946518.1;
Atopobium vaginae DSM 15829)、(YP_0015111
71.1;Frankia sp. EANlpec)、(YP_713678.1;F
rankia alni ACN14a)、(YP_002778395.1;Rhod
ococcus opacus B4)、(YP_701466.1;Rhodococ
cus jostii RHA1)、(ZP_04383880.1;Rhodococ
cus erythropolis SK121)、(YP 947598.1;Art
hrobacter aurescens TC 1)、(CAD48946.1;Pr
opionibacterium freudenreichii subsp. Sh
ermanii)、(NP_791495.1;Pseudomonas syring
ae pv. Tomato str. DC3000)、(YP_003125992
.1;Chitinophaga pinensis DSM 2588)、(ABX5
6639.1;Verrucomicrobiae bacterium V4)、(Y
P_002371883.1;Cyanothece sp. PCC 8801)、(
YP_001806596.1;Cyanothece sp. ATCC 51142
)、(ZP_01730652.1;Cyanothece sp. CCY0110)
、(CAQ48286.1;Planktothrix rubescens NIVA
−CYA 98)、(ZP_03276298.1;Arthrospira maxi
ma CS−328)、(ZP_03157277.1;Cyanothece sp.
PCC 7822)、(YP_002379031.1;Cyanothece sp
. PCC 7424)、(YP_001658501.1;Microcystis
aeruginosa NIES−843)、(ZP_01621774.1;Lyng
bya sp. PCC 8106)、(NP_485524.1;Nostoc sp
. PCC 7120)、(ZP_05036350.1;Synechococcus
sp. PCC 7335)、(YP_001514813.1;Acaryoch1
oris marina MBIC 11 017)、(ZP_05039537.1;
Synechococcus sp. PCC 7335)、(ZP_02886235
.1;Burkho1deria graminis C4 DIM)、(ZP_032
64503.1;Burkholderia sp. H160)、(ZP_01085
819.1;Synechococcus sp. WH 5701)、(ZP_050
45603.1;Cyanobium sp. PCC 7001)、(ZP_0112
3645.1;Synechococcus sp. WH 7805)、(YP_00
1223932.1;Synechococcus sp. WH 7803)、(ZP
_01079038.1;Synechococcus sp. RS9917)、(Y
P_001889002.1;Burkho1deria phytofirmans
PsJN)、(YP_553967.1;Burkholderia xenovora
ns LB400)、(ZP_02881709.1;Burkholderia gr
aminis C4DIM)、(ZP_03270532.1;Burkholderi
a sp. H160)、(YP_001861620.1;Burkholderia
phymatum STM815)、(YP_002755285.1;Acidob
acterium capsulatum ATCC 51196)、(EDZ3888
4.1;Leptospirillum sp. Group II ‘5−way C
O’)、(EES53204.1;Leptospirillum ferrodiaz
otrophum)、(YP_172723.1;Synechococcus elo
ngatus PCC 6301)、(NP_681976.1;Thermosyne
chococcus elongatus BP−1)、(YP_114037.1;M
ethylococcus capsulatus str. Bath)、(YP_0
02482577.1;Cyanothece sp. PCC 7425)、(NP_
442996.1;Synechocystis sp. PCC 6803)、(YP
_002482735.1;Cyanothece sp. PCC 7425)、(Z
P_04774866.1;Allochromatium vinosum DSM
180)、(ZP_01453148.1;Mariprofundus ferroo
xydans PV−l)、(ZP_04830548.1;Gallionella
ferruginea ES−2)、(XP_001273863.1;Aspergi
llus clavatus NRRL 1)、(XP_001258643.1;Ne
osartorya fischeri NRRL 181)、(XP_0017276



0.1;Aspergillus oryzae RIB40)、(XP_001396
306.1;Aspergillus niger)、(XP_001216075.1
;Aspergillus terreus NIH2624)、(XP_002567
130.1;Penicillium chrysogenum Wisconsin
54−1255)、(XP_002143851.1;Penicillium mar
neffei ATCC 18224)、(XP_002480216.1;Talar
omyces stipitatus ATCC 10500)、(XP_001559
949.1;Botryotinia fuckeliana B05.10)、(XP
_001593100.1;Sclerotinia sclerotiorum 19
80)、(XP_001932192.1;Pyrenophora triticir
epentis Pt−lC−BFP)、(XP_001793729.1;Phaeo
sphaeria nodorum SN 15)、(XP_567776.1;Cry
ptococcus neoforrnans var. neoforrnans J
EC21)、(XP_386504.1;Oibberella zeae PH−1)
、(EEU46265.1;Nectria haematococca mp VI
77−13−4)、(AC024516.1;Metarhizium anisop1
iae)、(XP_959985.1;Neurospora crassa OR74
A)、(XP_001904686.1;Podospora anserine)、(
YP_002220141.1;Acidithiobacillus ferroox
idans ATCC 53993)、(YP_001220128.1;Acidip
hilium cryptum JF −5)、(YP_001471202.1;Th
ermotoga lettingae TMO)、(YP_002352287.1;
Dictyoglomus turgidum DSM 6724)、(YP_5717
90.1;Nitrobacter hamburgensis X14)、(ZP_0
1092401.1;Blastopirellula marina DSM 364
5)、(YP_001340809.1;Marinomonas sp. MWYLI
)、(NP_866384.1;Rhodopirellula baltica SH
1)、(ZP_05108502.1;Legionella drancourti
i LLAP 12)、(ZP_04995817.1;Streptomyces s
p. Mg1)、(ZP_04023055.1;Lactobacillus reu
teri SD2112)、(ZP_03960060.1;Lactobacillu
s vaginalis ATCC 49540)、(ZP_03073172.1;L
actobacillus reuteri 100−23)、(ZP_0555303
1.1;Lactobacillus coleohominis 101−4−CHN
)、(ZP_05863347.1;Lactobacillus fermentum
28−3−CHN)、(ZP_04021289.1;Lactobacillus
acidophilus ATCC 4796)、(ZP_03995194.1;La
ctobacillus crispatus lV−VOl)、(ZP_040109
22.1;Lactobacillus ultunensis DSM 16047)
、(ZP_05549961.1;Lactobacillus crispatus
125−2−CRN)、(ZP_03951361.1;Lactobacillus
gasseri lV−V03)、(ZP_05744515.1;Lactobaci
llus iners DSM 13335)、(YP_618635.1;Lacto
bacillus delbrueckii subsp. bulgaricus A
TCC 11842)、(ZP_03955917.1;Lactobacillus
jensenii lV−VI6)、(ZP_03942415.1;Lactobac
illus buchneri ATCC 11577)、(ZP_01544800.
1;Oenococcus oeni ATCC BAA−1163)、(NP_786
060.1;Lactobacillus plantarum WCFSI)、(Q9
37F6;XPKA_LACPE)、(YP_394903.1;Lactobacil
lus sakei subsp. sakei 23K)、(YP_803891.1
;Pediococcus pentosaceus ATCC 25745)、(BA
I40727.1;Lactobacillus rhamnosus GG)、(ZP
_03940142.1;Lactobacillus brevis subsp.
Gravesensis ATCC 27305)、(ZP_04009273.1;L
actobacillus salivarius ATCC 11741)、(ZP_
03958643.1;Lactobacillus ruminis ATCC 25
644)、(ZP_04431433.1;Bacillus coagulans 3
6D1)、(ZP_04601906.1;Kingella oralis ATCC
51147)、(ZP_05736927.1;Granulicatella ad
iacens ATCC 49175)、(YP_001449631.1;Strep
tococcus gordonii str. Challis substr. C
HI)、(NP_736274.1;Streptococcus agalactia
e NEM316)、(ZP_04442854.1;Listeria grayi
DSM 20601)、(ZP_05646360.1;Enterococcus c
asseliflavus EC30)、(ZP_05650322.1;Entero
coccus gallinarum EG2)、(ZP_05675307.1;En
terococcus faecium Com12)、(BAH69929.1;My
coplasma fermentans PG 18)、(YP_002000006
.1;Mycoplasma arthritidis 15 8L3−1)、(YP_
001256266.1;Mycoplasma agalactiae PG2)、(
YP_001988835.1;Lactobacillus casei BL23)
、(NP_786753.1;Lactobacillus plantarum WC
FS 1)、(ZP_04009976.1;Lactobacillus saliv
arius ATCC 11741)、(YP_818922.1;Leuconost
oc mesenteroides subsp. Mesenteroides AT
CC 8293)、(YP_794669.1;Lactobacillus brev
is ATCC 367)、(ZP_04782553.l;Weissella pa
ramesenteroides ATCC 33313)、(YP_00172745
4.1;Leuconostoc citreum KM20)、(YP_819405
.1;Leuconostoc mesenteroides subsp. mese
nteroides ATCC 8293)、(ABX75772.l;Lactoco
ccus 1actis subsp. Lactis)、(YP_811314.1;
Oenococcus oeni PSU−1)、(ZP_02951191.1;Cl
ostridium butyricum 5521)、(ZP_05390294.1
;Clostridium carboxidivorans P7)、(NP_347
971.1;Clostridium acetobutylicum ATCC 82
4)、(ZP_03800296.1;Coprococcus comes ATCC
27758)、(ZP_04857624.1;Ruminococcus sp.
5_1_39B FAA)、(ZP_04743029.2;Roseburia in
testinalis L 1−82)、(ZP_02038271.1;Bacter
oides capillosus ATCC 29799)、(XP_0021805
42.1;Phaeodactylum tricomutum CCAP 1055/
1)、(YP_568630.1;Rhodopseudomonas pa1ustr
is BisB5)、(YP_487462.1;Rhodopseudomonas
palustris HaA2)、(NP_947019.1;Rhodopseudo
monas palustris CGA009)、(YP_533660.1;Rho
dopseudomonas palustris BisB18)、(YP_9735
12.1;Polaromonas naphthalenivorans CJ2)、
(ZP_01464191.1;Stigmatella aurantiaca DW
4/3−1)、(YP_001267778.1;Pseudomonas putid
a Fl)、(YP_829644.1;Arthrobacter sp. FB24
)、(YP_002486392.1;Arthrobacter chlorophe
nolicus A6)、(ZP_05816651.1;Sanguibacter
keddieii DSM 10542)、(YP_002883053.1;Beut
enbergia cavemae DSM 12333)、(YP_00316154
0.1;Jonesia denitrificans DSM 20603)、(ZP
_03911482.1;Xylanimonas cellulosilytica
DSM 15894)、(CAJ57850.1;Cellulomonas flav
igena)、(YP_001134605.1;Mycobacterium gil
vum PYR−GCK)、(YP 953877.1;Mycobacterium
vanbaalenii PYR−l)、(YP_003155611.1;Brach
ybacterium faecium DSM 4810)、(YP_0031481
27.1;Kytococcus sedentarius DSM 20547)、(
YP_001221168.1;Clavibacter michiganensis
subsp. michiganensis NCPPB 382)、(YP_001
158426.1;Sa1inispora tropica CNB−440)、(Y
P_001536420.1;Sa1inispora arenico1a CNS−
205)、(ZP_04608302.1;Micromonospora sp. A
TCC 39149)、(YP_887914.1;Mycobacterium sm
egmatis str. MC2 155)、(YP_639956.1;Mycob
acterium sp. MCS)、(ZP_04749157.1;Mycobac
terium kansasii ATCC 12478)、(YP_00185103
9.1;Mycobacterium marinumM)、(NP_960507.1
;Mycobacterium avium subsp. paratubercul
osis K−10)、(ZP_05224330.1;Mycobacterium
intracellu1are ATCC 13950)、(YP_001703240
.1;Mycobacterium abscessus)、(ZP_00995133



1;Janibacter sp. HTCC2649)、(YP_291026.1;
Thermobifida fusca YX)、(ZP_04031845.1;Th
ermomonospora curvata DSM 43183)、(ZP_044
75514.1;Streptosporangium roseum DSM 430
21)、(ZP_04335641.1;Nocardiopsis dassonvi
llei subsp. dassonvillei DSM 43111)、(ZP_
04482201.1;Stackebrandtia nassauensis DS
M 44728)、(YP_003099712.1;Actinosynnema m
irum DSM 43827)、(NP_733508.1;Streptomyce
s coelicolor A3(2))、(CAJ88379.1;Streptom
yces ambofaciens ATCC 23877)、(ZP_0553688
3.1;Streptomyces griseoflavus Tu4000)、(Z
P_05020421.1;Streptomyces sviceus ATCC 2
9083)、(CBG67625.1;Streptomyces scabiei 8
7.22)、(NP_822448.1;Streptomyces avermiti
lis MA−4680)、(ZP_04689547.1;Streptomyces
ghanaensis ATCC 14672)、(ZP_05530021.1;S
treptomyces viridochromogenes DSM 40736)
、(ZP_05512501.1;Streptomyces hygroscopic
us ATCC 53653)、(ZP_05800927.1;Streptomyc
es flayogriseus ATCC 33331)、(YP_00182827
5.1;Streptomyces griseus subsp. griseus
NBRC 13350)、(ZP_04705493.1;Streptomyces
albus JI074)、(ZP_04996963.1;Streptomyces
sp. Mgl)、(ZP_05485309.1;Streptomyces sp
. SPB78)、(ZP_03860882.1;Kribbella flayid
a DSM 17836)、(YP_117539.1;Nocardia farci
nica IFM 10152)、(YP_001505556.1;Frankia
sp. EANlpec)、(YP_482627.1;Frankia sp. Cc
I3)、(YP_003116893.1;Catenulispora acidip
hila DSM 44928)、(YP_872280.1;Acidothermu
s lolyticus lIB)、(YP_924807.1;Nocardioid
es sp. JS614)、(YP_001104157.1;Saccharopo
lyspora erythraea NRRL 2338)、(YP_0022826
73.1;Rhizobium leguminosarum by. trifoli
i WSM2304)、(YP_002977256.1;Rhizobium leg
uminosarum by. trifolii WSM1325)、(YP_001
979796.1;Rhizobium etli CIAT 652)、(YP_47
0926.1;Rhizobium etli CFN 42)、(YP_002540
633.1;Agrobacterium radiobacter K84)、(ZP
_05182366.1;Brucella sp. 83/13)、(ZP_0468
3384.1;Ochrobactrum intermedium LMG 3301
)、(YP_001373254.1;Ochrobactrum anthropi
ATCC 49188)、(YP_001204109.1;Bradyrhizobi
um sp. ORS278)、(YP_001238418.l;Bradyrhiz
obium sp. BTAil)、(NP_769158.1;Bradyrhizo
bium japonicum USDA 110)、(YP_577164.1;Ni
trobacter hamburgensis X14)、(YP_00296161
2.1;Methylobacterium extorquens AM 1)、(Y
P_674792.1;Mesorhizobium sp. BNCI)、(ZP_0
5813617.1;Mesorhizobium opportunistum WS
M2075)、(YP_318559.1;Nitrobacter winograd
skyi Nb−255)、(YP_001755280.1;Methylobact
erium radiotolerans JCM 2831)、(YP_001753
119.l;Methylobacterium radiotolerans JCM
2831)、(YP_003066011.1;Methylobacterium
extorquens DM4)、(YP_002964777.1;Methylob
acterium extorquens AM 1)、(YP_002501292.
1;Methy1obacterium nodu1ans ORS 2060)、(Y
P_002495265.1;Methy1obacterium nodu1ans
ORS 2060)、(YP_001770387.1;Methylobacteri
um sp.4−46)、(YP_002944712.1;Variovorax p
aradoxus S110)、(ZP_01156757.1;Oceanicola
granulosus HTCC2516)、(ZP_01628787.1;Nod
u1aria spumlgena CCY9414)、(YP_001865546.
1;Nostoc punctiforme PCC 73102)、(YP_3210
15.1;Anabaena variabi1is ATCC 29413)、(ZP
_03769140.1;Nostoc azollae’ 0708)、(NP_92
3943.1;Gloeobacter vio1aceus PCC 7421)、(
YP_477385.1;Synechococcussp. JA−2−3B’a(2
−13))、(YP_001328659.1;Sinorhizobium medi
cae WSM419)、(YP_765670.1;Rhizobium legum
inosarum bv. viciae 3841)、(NP_384212.2;S
inorhizobium meliloti 1021)、(ZP_02928455
.1;Verrucomicrobium spinosum DSM 4136)、(
YP_001637539.1;Methylobacterium extorque
ns Pal)、(ZP_01045825.1;Nitrobacter sp. N
b−311A)、(ZP_02736602.1;Gemmata obscurigl
obus UQM 2246)、(YP_003157871.1;Desulfomi
crobium baculatum DSM 4028)、(ZP_03631304
.1;bacterium Ellin514)、(ZP_04577558.1;Ox
alobacter formigenes HOxBLS)、(ZP_0457971
2.1;Oxalobacter formigenes OXCC13)、(YP_8
26169.1;Solibacter usitatus Ellin6076)、(
YP_002018753.1;Pelodictyon phaeoclathrat
iforme BU−1)、(YP_002016285.1;Prosthecoch
loris aestuarii DSM 271)、(YP_001943369.1
;Chlorobium limicola DSM 245)、(NP_662409
.1;Chlorobium tepidum TLS)、(ZP_01386179.
1;Chlorobium ferrooxidans DSM 13031)、(YP
_375422.1;Chlorobium luteolum DSM 273)、(
YP_285277.1;Dechloromonas aromatica RCB)
、(YP_314589.1;Thiobacillus denitrificans
ATCC 25259)、(YP_545002.1;Methy1obacillu
s flagellatus KT)、(NP_842139.1;Nitrosomo
nas europaea ATCC 19718)、(YP_748274.1;Ni
trosomonas eutropha C91)、(YP_411688.1;Ni
trosospira multiformis ATCC 25196)、(YP_3
44700.1;Nitrosococcus oceani ATCC 19707)
、(YP_007004.1;Candidatus Protochlamydia
amoebophi1a UWE25)、(NP_435833.1;Sinorhiz
obium meliloti 1021)、(ZP_04421874.1;Sulf
urospirillum de1eyianum DSM 6946)、(NP_10
7054.1;Mesorhizobium loti MAFF303099)、(Y
P_002289797.1;Oligotropha carboxidovoran
s OM5)、(YP_001833312.l;Beijerinckia indi
ca subsp. indica ATCC 9039)が挙げられる。
本明細書で提供される組成物および方法において同様に有用なホスホケトラーゼとして
は、本明細書に記載のホスホケトラーゼのいずれかの「誘導体」といわれる分子が挙げら
れる。このような「誘導体」は以下の特性を有する:(1)本明細書に記載のホスホケト
ラーゼのいずれかと実質的な相同性を共有し、かつ、(2)X5Pからグリセルアルデヒ
ド3−ホスフェート(G3P)およびアセチルホスフェートへの変換;またはF6Pから
エリトロース4−ホスフェート(E4P)およびアセチルホスフェートへの変換を触媒す
ることができる。ホスホケトラーゼの誘導体は、誘導体のアミノ酸配列がホスホケトラー
ゼのアミノ酸配列と少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましく
は少なくとも95%同じであれば、ホスホケトラーゼと「実質的な相同性」を共有すると
いえる。
5.3.2 ホスホトランスアセチラーゼ(PTA)
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、ホスホトランスア
セチラーゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。ホスホトランスアセチラーゼ(E
C2.3.1.8)により、アセチルホスフェートがアセチルCoAに変換される。
ホスホトランスアセチラーゼ活性をコードするポリヌクレオチド、遺伝子およびポリペ
プチドの多数の例が当技術分野で公知であり、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞
に使用することができる。一部の実施形態では、このようなポリヌクレオチド、遺伝子お
よび/またはポリペプチドは、Clostridium kluyveri由来のホスホ
トランスアセチラーゼである。Clostridium kluyveriの代表的なホ
スホトランスアセチラーゼヌクレオチド配列としては、受託番号NC_009706.1
:1428554..1429555、および本明細書で提供される配列番号3が挙げら
れる。Clostridium kluyveriの代表的なホスホトランスアセチラー
ゼタンパク質配列としては、受託番号YP_001394780および本明細書で提供さ
れる配列番号4が挙げられる。他の有用なホスホトランスアセチラーゼとしては、これだ
けに限定されないが、Lactobacillus reuteri(NC_01060
9.1:460303..461277;YP_001841389.10);Baci
llus subtilis(NC_014479.1:3671865..36728
36;YP_003868063.1);Methanosarcina thermo
phile(L23147.1:207..1208;AAA72041.1);Lac
tobacillus sanfranciscensis(BAB19267.1);
Lactobacillus plantarum WCFS1(NP_784550.
1);Lactobacillus fermentum ATCC 14931(ZP
03944466.1);Bacillus subtilis subsp. su
btilis str. 168(NP_391646.1);Methanosarc
ina thermophila(AAA72041.1);Clostridium
thermocellum DSM 4150(ZP 03152606.1);Clo
stridium acetobutylicum ATCC 824(NP_3483
68.1);Clostridium kluyveri DSM 555(YP 00
1394780.1);Veillonella parvula DSM 2008(
ZP 03855267.1);およびSalmonella enterica su
bsp. enterica serovar Paratyphi A str. A
TCC 9150(YP_ 149725.1)に由来するものが挙げられる。
他の有用なホスホトランスアセチラーゼとしては、その内容全体が参照により本明細書
に組み込まれる国際公開第WO2011/15985号に記載されているものが挙げられ
る。これらのホスホトランスアセチラーゼとしては、(ZP_05427766.1;E
ubacterium saphenum ATCC 49989)、(ZP_0362
7696.1;bacterium Ellin514)、(ZP_03131770.
1;Chthonio bacter flavus Ellin428)、(YP_0
01878031.1;Akkermansia muciniphila TCCBA
A− 835)、(ZP_04562924.1;Citrobacter sp.30
_2)、(YP_001451936.1;Citrobacter koseri A
TCC BAA−895)、(YP_149725.1;Salmonella ent
erica subsp. enterica serovar Paratyphi
A str. ATCC 9150)、(YP_001569496.1;Salmon
ella enterica subsp. anzonae serovar 62:
z4,z23:−−)、(NP_416953.1;Escherichia coli
str. K−12 substr. MG1655)、(YP_002920654
.1;Klebsiella pneumomae NTUH−K2044)、(ZP_
04637797.1;Yersinia intermedia ATCC 2990
9)、(ZP_01222604.1;Photobacterium profund
um 3TCK)、(ZP_02156855.1;Shewanella benth
ica KT99)、(YP_958508.1;Marinobacter aqua
eolei VT8)、(YP_066771.1;Desulfotalea psy
chrophila LSv54)、(YP_002780531.1;Rhodoco
ccus opacus B4)、(YP_703506.1;Rhodococcus
jostii RHA1)、(ZP_05479963.1;Streptomyce
s sp. AA4)、(YP_002761398.1;Gemmatimonas
aurantiaca T−27)、(ZP_04670189.1;Clostrid
iales bacterium 1_7_47FAA)、(ZP_05493958.
1;Clostridium papyrosolvens DSM 2782)、(Y
P_003143506.1;Slackia heliotrinireducens
DSM 20476)、(ZP_05090822.1;Ruegeria sp.
R11)、(ZP_01748021.1;Sagittula stellata E
−37)、(NP_604069.1;Fusobacterium nucleatu
m subsp. nucleatum ATCC 25586)、(ZP_05814
734.1;Fusobacterium sp. 3_1_33)、(ZP_0602
6613.1;Fusobacterium periodonticum ATCC
33693)、(ZP_05617632.1;Fusobacterium sp.
3_1_5R)、(ZP_05628030.1;Fusobacterium sp.
D12)、(ZP_04860946.1;Fusobacteriumvanum
ATCC 27725)、(ZP_04567444.1;Fusobacterium
mortiferum ATCC 9817)、(YP_001489437.1;A
rcobacter butzleri RM4018)、(YP_003163236
.1;Leptotrichia buccalis C−1013−b)、(ZP_0
5902420.1;Leptotrichia hofstadii F0254)、
(ZP_06011308.1;Leptotrichia goodfellowii
F0264)、(ZP_04479548.1;Streptobacillus m
oniliformis DSM 12112)、(ZP_03855267.1;Ve
illonella parvula DSM 2008)、(ZP_03928523
.1;Acidaminococcus sp. D21)、(NP_970659.1
;Treponema denticola ATCC 35405)、(ZP_056
21510.1;Treponema vincentii ATCC 35580)、
(NP_218534.1;Treponema pallidum subsp. p
allidum str. Nichols)、(ZP_04047318.1;Bra
chyspira murdochii DSM 12563)、(YP_002720
478.1;Brachyspira hyodysenteriae WAl)、(Y
P_001740706.1;Candidatus Cloacamonas aci
daminovorans)、(EER05013.1;Perkinsus mann
us ATCC 50983)、(YP_945582.1;Borrelia tur
icatae 91E135)、(YP_001884013.1;Borrelia
hermsii DAH)、(YP_002222233.1;Borrelia du
ttonii Ly)、(ZP_03675306.1;Borrelia spiel
manii A14S)、(ZP_03435394.1;Borrelia afze
lii ACA−l)、(ZP_03540018.1;Borrelia garin
ii Far04)、(ZP_03672928.1;Borrelia valais
iana VS116)、(NP_212723.1;Borrelia burgdo
rferi B31)、(YP_001956287.1;uncultured Te
rmite group 1 bacterium phylotype Rs−D17
)、(NP_975268.1;Mycoplasma mycoides subsp
. mycoides SC str. PGl)、(YP_424216.1;Myc
oplasma capricolum subsp. capricolum ATC
C 27343)、(YP_053283.1;Mesoplasma florum
Ll)、(CAK99540.1;Spiroplasma citri)、(NP_0
72966.1;Mycoplasma genitalium G37)、(NP_1
10116.1;Mycoplasma pneumomae M129)、(NP_8
53403.1;Mycoplasma gallisepticum R)、(NP_
757889.1;Mycoplasma penetrans HF−2)、(YP_
116016.1;Mycoplasma hyopneumoniea 232)、(
YP_002960607.1;Mycoplasma conjunctivae)、
(YP_001256282.1;Mycoplasma agalactiae PG
2)、(BAH69503.1;Mycoplasma fermentans PG1
8)、(YP_278771.1;Mycoplasma synoviae 53)、
(NP_326068.1;Mycoplasma pulmonis UAB CTI
P)、(YP_015865.1;Mycoplasma mobile 163K)、
(YP_001256630.1;Mycoplasma agalactiae PG
2)、(YP_802685.1;Buchnera aphidicola str.
Cc(Cinara cedri))、(YP_001885432.1;Clost
ridium botulinum B str. Eklund 17B)、(YP_
001308302.1;Clostridium beijerinckii NCl
MB 8052)、(ZP_05131280.1;Clostridium sp.
7_2_43FAA)、(ZP_02948604.1;Clostridium bu
tyricum 5521)、(NP_562641.1;Clostridium p
erfringens str. 13)、(ZP_05391232.1;Clost
ridium carboxidivorans P7)、(YP_001394780
.1;Clostridium kluyveri DSM 555)、(ZP_029
95419.1;Clostridium sporogenes ATCC 1557
9)、(NP_781870.1;Clostridium tetani E88)、
(ZP_04862192.1;Clostridium botulinum D s
tr. 1873)、(YP_878298.1;Clostridium novyi
NT)、(ZP_04804960.1;Clostridium cellulov
orans 743B)、(NP_348368.1;Clostridium ace
tobutylicum ATCC 824)、(ACA51668.1;Thermo
anaero bacterium saccharolyticum)、(ZP_05
336886.1;Thermoanaero bacterium thermosa
ccharolyticum SM 571)、(NP_623097.1;Therm
oanaero bacter tengcongensis MB4)、(YP_00
1663354.1;Thermoanaero bacter sp. X514)、
(YP_002508771.1;Halothermoth rix orenii
H 168)、(YP_003190679.1;Desulfotomaculum
acetoxidans DSM 771)、(YP_001917776.1;Nat
ranaerobius thermophiles JWINM−WN−LF)、(Y
P_360288.1;Carboxydothermus hydrogenofor
mans Z−2901)、(EY83551.1;Bacteroides sp.2
_1_33B)、(ZP_02033408.1;Parabacteroides m
erdae ATCC 43184)、(NP_905297.1;Porphyrom
onas gingivalis W83)、(ZP_04056000.1;Porp
hyromonas uenonis 60−3)、(ZP_04389884.1;P
orphyromonas endodontalis ATCC 35406)、(Z
P_02068815.1;Bacteroides uniformis ATCC
8492)、(ZP_03460749.1;Bacteroides eggerth
ii DSM 20697)、(ZP_03676944.1;Bacteroides
cellulosilyticus DSM 14838)、(YP_097761.
1;Bacteroides fragilis YCH46)、(ZP_045458
25.1;Bacteroides sp. D1)、(ZP_03643544.1;
Bacteroides coprophilus DSM 18228)、(ZP_0
3207078.1;Bacteroides plebeius DSM 17135
)、(YP_001297855.1;Bacteroides vulgatus A
TCC 8482)、(ZP_05736702.1;Prevotella tann
erae ATCC 51259)、(ZP_06007587.1;Prevotel
la bergensis DSM 17361)、(ZP_05858935.1;P



evotella veroralis F0319)、(ZP_05916997.1
;Prevotella sp. oral taxon 472 str. F029
5)、(YP_002308782.1;Candidatus Azo bacter
oides pseudotrichon ymphae genomovar. CF
P2)、(YP_753459.1;Syntrophomonas wolfei s
ubsp. wolfei str. Goettingen)、(ZP_017713
89.1;Collinsella aerofaciens ATCC 25986)
、(ZP_03296849.1;Collinsella stercoris DS
M 13279)、(ZP_04445308.1;Collinsella ntes
tinalis DSM 13280)、(ZP_03567515.1;Atopob
ium rimaeATCC 49626)、(YP_003179667.1;Ato
pobium parvulum DSM 20469)、(ZP_03946133.
1;Atopobium vaginae DSM 15829)、(ZP_03990
654.1;Oribacterium sinus F0268)、(ZP_0445
0849.1;Abiotrophia defective ATCC 49176)
、(ZP_05797601.1;Oribacterium sp. oral ta
xon 078 str. F0262)、(ZP_03730247.1;Clost
ridium sp. M62/1)、(ZP_04856252.1;Ruminoc
occus sp. 5_1_39BFAA)、(ZP_01966332.1;Rum
inococcus obeum ATCC 29174)、(ZP_05345616
.1;Bryantella formatexigens DSM 14469)、(
ZP_03780829.1;Blautia hydrogenotro phica
DSM 10507)、(ZP_03289360.1;Clostridium n
exile DSM 1787)、(ZP_02042092.1;Ruminococ
cus gnavus ATCC 29149)、(ZP_03168112.1;Ru
minococcus lactaris ATCC 29176)、(ZP_0196
8837.1;Ruminococcus torques ATCC 27756)、
(ZP_02430426.1;Clostridium scindens ATCC
35704)、(ZP_03779744.1;Clostridium hylem
onae DSM 15053)、(ZP_02234595.1;Dorea for
micigenerans ATCC 27755)、(ZP_01994673.1;
Dorea longicatena DSM 13814)、(YP_0015584
42.1;Clostridium phytofermentans ISDg)、(
ZP_04667085.1;Clostridiales bacterium 1_
7_47FAA)、(ZP_02085391.1;Clostridium bolt
eae ATCC BAA−613)、(ZP_05790853.1;Butyriv
ibrio crossotus DSM 2876)、(ZP_02026034.1
;Eubacterium ventriosum ATCC 27560)、(YP_
002930513.1;Eubacterium eligens ATCC 277
50)、(ZP_04808213.1;Helicobacter pullorum
MIT 98−5489)、(ZP_03656120.1;Helicobacte
r Canadensis MIT 98−5491)、(ZP_04583217.1
;Helicobacter winghamensis ATCCBAA−430)、
(NP_860840.1;Helicobacter hepaticus ATCC
51449)、(ZP_03657896.1;Helicobacter cina
edi CCUG 18818)、(ZP_02417779.1;Anaerosti
pes caccae DSM 14662)、(ZP_02437622.1;Clo
stridium sp. SS211)、(ZP_02205430.1;Copro
coccus eutactus ATCC 27759)、(ZP_02692616
.1;Epulopiscium sp. ‘N.t. morphotype B’)
、(YP_003182082.1;Eggerthella lenta DSM 2
243)、(YP_003151027.1;Cryptobacterium cur
tum DSM 15641)、(YP_003143601.1;Slackia h
eliotrinireducens DSM 20476)、(ZP_0549813
5.1;Clostridium papyrosolvens DSM 2782)、
(ZP_03152606.1;Clostridium thermocellum
JW20)、(YP_001180817.1;Caldicellulosirupt
or saccharolyticus DSM 8903)、(AAA72041.1
;Methanosarcina thermophile)、(NP_618482.
1;Methanosarcina acetivorans C2A)、(YP_30
5342.1;Methanosarcina barkeri str. Fusar
o)、(ZP_02142278.1;Roseobacter litoralis
Och 149)、(YP_681184.1;Roseobacter denitr
ificans OCh 114)、(YP_001533168.1;Dinoros
eo bacter shibae DFL 12)、(ZP_05124935.1;
Rhodobacteraceae bacterium KLH11)、(ZP_05
786337.1;Silicibacter lacuscaerulensis I
TI−1157)、(YP_001313586.1;Sinorhizobium m
edicae WSM419)、(NP_437512.1;Sinorhizobiu
m meliloti 1021)、(ZP_04682129.1;Ochrobac
trum intermedium LMG 3301)、(YP_001372036
.1;Ochrobactrum anthropic ATCC 49188)、(Y
P_001888115.1;Burkholderia phytofirmans
PsJN)、(YP_554613.1;Burkholderia xenovora
ns LB400)、(YP_001862297.1;Burkholderia p
hymatum STM815)、(YP_297974.1;Ralstonia e
utropha JMP134)、(YP_002008219.1;Cupriavi
dus taiwanensis)、(YP_001584488.1;Burkhol
deria multivorans multivorans)、(YP_00223
3797.1;Burkholderia cenocepacia J2315)、(
ZP_01220235.1;Photobacterium profundum 3
TCK)、(ZP_03698361.1;Lutiella nitroferrum
2002)、(ZP_01811515.1;Vibrionales bacter
ium SWAT−3)、(ZP_00988349.1;Vibrio splend
idus 12B01)、(ZP_01866234.1;Vibrio shilon
ii AK1)、(ZP_05885163.1;Vibrio coralliily
ticus ATCCBAA−450)、(AAS78789.1;Paracoccu
s denitrificans)、(YP_345196.1;Rhodobacte
r sphaeroides 2.4.1)、(AAN08490.1;Castell
aniella defragrans)、(ZP_00961345.1;Roseo
varius nubinhibens ISM)、(YP_168755.1;Rue
geria pomeroyi DSS−3)、(ZP_01901193.1;Ros
eobacter sp. AzwK−3b)、(ZP_01752570.1;Ros
eobacter sp. SK209−2−6)、(ZP_02140073.1;R
oseobacter litoralis Och 149)、(YP_510789
.1;Jannaschia sp. CCS1)、(ZP_05073153.1;R
hodobacteral es bacterium HTCC2083)、(YP_
822367.1;Candidatus Solibacter usitatus
Ellin6076)、(ZP_01313101.1;Desulfuromon a
s acetoxidans DSM 684)、(YP_357950.1;Pelo
bacter carbinolicus DSM 2380)、(YP_002537
084.1;Geobacter sp. FRC−32)、(YP_00123212
4.1;Geobacter uraniireducens Rf4)、(NP_95
3751.1;Geobacter sulfurreducens PCA)、(YP
_384000.1;Geobacter metallireducens GS−1
5)、(YP_900968.1;Pelobacter propionicus D
SM 2379)、(YP_001951452.1;Geobacter lovle
yi SZ)、(ZP_05311922.1;Geobacter sp. M18)
、(YP_003021758.1;Geobacter sp. M21)、(YP_
358255.1;Pelobacter carbinolicus DSM 238
0)、(ZP_03906856.1;Denitrovibrio acetiphi
lus DSM 12809)、(YP_001997093.1;Chloroher
peton thalassium ATCC 35110)、(ZP_0192485
8.1;Victivallis vadensis ATCCBAA−548)、(Z
P_03439825.1;Helicobacter pylori 98−10)、
(YP_003057614.1;Helicobacter pylori B38)
、(YP_001910417.1;Helicobacter pylori Shi
470)、(NP_223559.1;Helicobacter pylori J9
9)、(YP_665033.1;Helicobacter acinonychis
str. Sheeba)、(ZP_01810337.1;Campylobact
er jejuni subsp. jejuni CG8486)、(ZP_0036
6840.1;Campylobacter coli RM2228)、(ZP_00
370527.1;Campylobacter upsaliensis RM319
5)、(YP_002575219.1;Campylobacter lari RM
2100)、(YP_001406718.1;Campylobacter homi
nis ATCCBAA− 381)、(ZP_05624820.1;Campylo
bacter gracilis RM3268)、(YP_891988.1;Cam
pylobacter fetus subsp. fetus 82−40)、(YP
_


001466901.1;Campylobacter concisus 13826
)、(YP_001408221.1;Campylobacter curvus 5
25.92)、(ZP_05363348.1;Campylobacter show
ae RM3277)、(ZP_03742933.1;Bifidobacteriu
m pseudocatenulatum DSM 20438)、(ZP_02918
887.1;Bifidobacterium dentium ATCC 27678
)、(ZP_02028883.1;Bifidobacterium adolesc
entis L2−32)、(ZP_04448100.1;Bifidobacter
ium angulatum DSM 20098)、(ZP_03618886.1;
Bifidobacterium breve DSM 20213)、(ZP_039
76084.1;Bifidobacterium longum subsp. in
fantis ATCC 55813)、(YP_002323183.1;Bifid
obacterium longum subsp. infantis ATCC 1
5697)、(ZP_03646187.1;Bifidobacterium bif
idum NClMB 41171)、(ZP_03937611.1;Gardner
ella vaginalis ATCC 14019)、(ZP_02962869.
1;Bifidobacterium animalis subsp. lactis
HN019)、(ZP_05965185.1;Bifidobacterium g
allicum DSM 20093)、(ZP_02043408.1;Actino
myces odontolyticus ATCC 17982)、(ZP_0392
5176.1;Actinomyces coleocanis DSM 15436)
、(NP_601948.1;Corynebacterium glutamicum
ATCC 13032)、(NP_739201.1;Corynebacteriu
rn efficiens YS−314)、(NP_940379.1;Coryne
bacterium diphtheria NCTC 13129)、(ZP_048
35255.1;Corynebacteriurn glucuronolyticu
m ATCC 51867)、(ZP_05708623.1;Corynebacte
riurn genitalium ATCC 33030)、(ZP_0397791
0.1;Corynebacterium lipophiloflavum DSM
44291)、(ZP_03932064.1;Corynebacterium ac
colens ATCC 49725)、(ZP_05366890.1;Coryne
bacterium tuberculostearicum SK141)、(YP_
002835817.1;Corynebacterium aunmucosum A
TCC 700975)、(YP_250020.1;Corynebacterium
jeikeium K411)、(YP_001801132.1;Coryneba
cterium urealyticum DSM 7109)、(YP_002906
954.1;Corynebacterium kroppenstedtii DSM
44385)、(ZP_03393297.1;Corynebacterium a
mycolatum SK46)、(ZP_03718987.1;Neisseria
flavescens NRL30031/H 210)、(ZP_05318956
.1;Neisseria sicca ATCC 29256)、(YP_00159
8731.1;Neisseria meningitides 053442)、(Z
P_04602977.1;Kingella oralis ATCC 51147)
、(YP_426466.1;Rhodospirillum rubrum ATCC
11170)、(NP_871183.1;Wigglesworthia glos
sinidia endosymbiont of Glossina brevipa
lpis)、(NP_777793.1;Buchnera aphidicola s
tr. Bp(Baizongia pistaciae))、(YP_0032494
06.1;Fibrobacter succmogenes subsp. succ
mogenes S85)、(ZP_03535302.1;Mycobacteriu
m tuberculosis T17)、(ZP_04056438.1;Capno
cytophaga gingivalis ATCC 33624)、(YP_003
108500.1;Candidatus Sulcia muelleri SMDS
EM)、(P77844;Corynebacterium glutamicum)、
(ZP_03994160.1;Mobiluncus mulieris ATCC
35243)、(ZP_03922640.1;Mobiluncus curtisi
i ATCC 43063)、(ZP_03716209.1;Eubacterium
hallii DSM 3353)、(ZP_03718143.1;Eubacte
rium hallii DSM 3353)、(ZP_05614434.1;Fae
calibacteri um prausnitzii A2−165)、(ZP_0
2034852.1;Bacteroides capillosus ATCC 29
799)、(ZP_03753543.1;Roseburia inulinivor
ans DSM 16841)、(ZP_04745275.2;Roseburia
intestinalis Ll−82)、(YP_002937332.1;Euba
cterium rectale ATCC 33656)、(ZP_02074244
.1;Clostridium sp. L2−50)、(ZP_04455374.1
;Shuttleworthia satelles DSM 14600)、(ZP_
03488480.1;Eubacterium biforme DSM 3989)
、(ZP_02078327.1;Eubacterium dolichum DSM
3991)、(ZP_02077559.1;Eubacterium dolich
um DSM 3991)、(ZP_03305532.1;Anaerococcus
hydrogenalis DSM 7454)、(ZP_05473291.1;A
naerococcus vaginalis ATCC 51170)、(ZP_03
931050.1;Anaerococcus tetradius ATCC 350
98)、(YP_003153463.1;Anaerococcus prevoti
i DSM 20548)、(ZP_03916048.1;Anaerococcus
lactolyticus ATCC 51172)、(NP_607213.1;S
treptococcus pyogenes MGAS8232)、(AAK3400
3.1;Streptococcus pyogenes M1GAS)、(YP_00
2562185.1;Streptococcus uberis 01401)、(Y
P_002744451.1;Streptococcus equi subsp.
Zooepidemicus)、(BAH88016.1;Streptococcus
mutans NN2025)、(ZP_02920305.1;Streptoco
ccus infantarius subsp. infantarius ATCC
BAA−102)、(YP_329798.1;Streptococcus agal
actiae A909)、(ZP_04061789.1;Streptococcu
s salivarius SK126)、(YP_139881.1;Strepto
coccus thermophiles LMG 18311)、(ZP_04525
024.1;Streptococcus pneumomae CCRI 1974)
、(ZP_06060573.1;Streptococcus sp. 2_1_36
FAA)、(YP_001198423.1;Streptococcus suis
05ZYH33)、(NP_964739.1;Lactobacillus john
sonii NCC 533)、(YP_193610.1;Lactobacillu
s acidophilus NCFM)、(ZP_04011019.1;Lacto
bacillus ultunensis DSM 16047)、(ZP_03995
297.1;Lactobacillus crispatus JV− VOl)、(
ZP_05752753.1;Lactobacillus helveticus D
SM 20075)、(ZP_03956024.1;Lactobacillus j
ensenii JV−V16)、(ZP_04645187.1;Lactobaci
llus jensenii 269−3)、(YP_618719.1;Lactob
acillus delbrueckii subsp. bulgaricus AT
CC 11842)、(ZP_05744366.1;Lactobacillus i
ners DSM 13335)、(NP_391646.1;Bacillus su
btilis subsp. subtilis str. 168)、(YP_001
423045.1;Bacillus amyloliquefaciens FZB4
2)、(YP_081073.1;Bacillus licheniformis A
TCC 14580)、(ZP_03055101.1;Bacillus pumil
us ATCC 7061)、(YP_002317098.1;Anoxybacil
lus flavithermus WKI)、(YP_002951270.1;Ge
obacillus sp. WCH70)、(YP_001127443.1;Geo
bacillus thermodenitrificans NG80−2)、(YP
_149268.1;Geobacillus kaustophilus HTA42
6)、(ZP_01861251.1;Bacillus sp. SG−l)、(ZP
_03228176.1;Bacillus coahuilensis m4−4)、
(ZP_01173945.1;Bacillus sp. NRRLB−14911)
、(NP_693944.1;Oceanobacillus iheyensis H
TE831)、(ZP_04314753.1;Bacillus cereus BG
SC 6E1)、(YP_014727.1;Listeria monocytoge
n es str. 4b F2365)、(ZP_04443757.1;Liste
ria grayi DSM 20601)、(NP_244690.1;Bacill
us halodurans C−125)、(YP_177402.1;Bacill
us clausii KSM−K16)、(YP_002885816.1;Exig
uo bacteriumsp. AT1b)、(YP_001812721.1;Ex
iguo bacterium sibiricum 255−15)、(ZP_021
69346.1;Bacillus selenitireducens MLS10)
、(ZP_04818386.1;Staphylococcus epidermid
is M23864:W1)、(ZP_03612973.1;Staphylococ
cus capitis SK14)、(ZP_04677798.1;Staphyl



coccus wameri L37603)、(NP_763914.1;Staph
ylococcus epidermidis ATCC 12228)、(ZP_05
685678.1;Staphylococcus aureus A9635)、(Y
P_254319.1;Staphylococcus haemolyticus J
CSC1435)、(ZP_04059818.1;Staphylococcus h
ominis SKl19)、(ABR57177.1;Staphylococcus
xylosus)、(YP_302214.1;Staphylococcus sa
prophyticus subsp. saprophyticus ATCC 15
305)、(YP_002633340.1;Staphylococcus camo
sus subsp. camosus TM300)、(YP_002561236.
1;Macrococcus caseolyticus JCSC5402)、(ZP
_03944466.1;Lactobacillus fermentum ATCC
14931)、(ZP_05553502.1;Lactobacillus col
eohominis 101−4−CHN)、(ZP_03959629.1;Lact
obacillus vaginalis ATCC 49540)、(YP_0012
71004.1;Lactobacillus reuteri DSM 20016)
、(ZP_05745668.1;Lactobacillus antri DSM
16041)、(YP_818931.1;Leuconostoc mesenter
oides subsp. mesenteroides ATCC 8293)、(Y
P_001727831.1;Leuconostoc citreum KM20)、
(ZP_04782044.1;Weissella paramesentero i
des ATCC 33313)、(ZP_01544468.1;Oenococcu
s oeniATCC BAA−1163)、(ZP_05737294.1;Gran
ulicatella adiacens ATCC 49175)、(ZP_0585
1915.1;Granulicatella elegans ATCC 70063
3)、(ZP_02183965.1;Camobacterium sp.AT7)、
(ZP_05649755.1;Enterococcus gallinarum E
G2)、(ZP_03947918.1;Enterococcus faecalis
TX0104)、(ZP_03982224.1;Enterococcus fae
cium TX1330)、(YP_395954.1;Lactobacillus
sakei subsp. sakei 23K)、(ZP_04449762.1;C
atonella morbi ATCC 51271)、(YP_001032100
.1;Lactococcus lactis subsp. cremons MG1
363)、(YP_806234.1;Lactobacillus casei AT
CC 334)、(NP_784550.1;Lactobacillus plant
arum WCFS1)、(YP_794848.1;Lactobacillus b
revis ATCC 367)、(ZP_03954831.1;Lactobaci
llus hilgardii ATCC 8290)、(BABI9267.1;La
ctobacillus sanfranciscensis)、(ZP_039582
88.1;Lactobacillus ruminis ATCC 25644)、(
YP_536042.1;Lactobacillus salivarius UCC
118)、(ZP_05747635.1;Erysipelothrix rhusi
opathiae ATCC 19414)、(YP_803875.1;Pedioc
occus pentosaceus ATCC 25745)、(ZP_020937
84.1;Parvimonas micraATCC 33270)、(YP_001
692923.1;Finegoldia magnaATCC 29328)、(ZP
_04431499.1;Bacillus coagulans 36Dl)、(ZP
_04775813.1;Gemella haemolysans ATCC 103
79)、(YP_001360609.1;Kineococcus radiotol
erans SRS30216)、(ZP_01115869.1;Reinekea
blandensis MED297)、(YP_003074238.1;Tered
inibac turnterrae T7901)、(YP_958411.1;Ma
rinobacter quaeolei VT8)、(YP_435580.1;Ha
hella chejuensis KCTC 2396)、(YP_00118912
5.1;Pseudomonas mendocina ymp)、(YP_79244
3.1;Pseudomonas aerugmosa UCBPP−PA14)、(N
P_791001.1;Pseudomonas synngae pv. tomat
o str. DC3000)、(YP_258069.1;Pseudomonas
fluorescens Pf−5)、(YP_606637.1;Pseudomon
as entomophila L48)、(YP_002800579.1;Azot
obacter vinelandii DJ)、(YP_001171663.1;P
seudomonas stutzeri A1501)、(NP_840385.1;
Nitrosomonas europaea ATCC 19718)、(YP_00
2801221.1;Azotobacter vinelandii DJ)、(YP
_002787111.1;Deinococcus deserti VCDl15)
、(YP_603523.1;Deinococcus geothermalis D
SM 11300)、(NP_293799.1;Deinococcus radio
durans R1)、(YP_521550.1;Rhodoferax ferri
reducens T118)、(YP_530962.1;Rhodopseudo
monas palustris BisB18)、(YP_531882.1;Rho
dopseudo monas palustris BisA53)、(ZP_023
67347.1;Burkholderia oklahomensis C6786)
、(YP_428079.1;Rhodospirillum rubrum ATCC
11170)、(YP_530535.1;Rhodopseudo monas p
alustris BisB18)、(NP_901200.1;Chromobact
erium violaceum ATCC 12472)、(ZP_03698345
.1;Lutiella nitroferrum 2002)、(YP_001279
250.1;Psychrobacter sp. PRwf−1)、(YP_5794
84.1;Psychrobacter cryohalolentis K5)、(Z
P_05618978.1;Enhydrobacter aerosaccus SK
60)、(ZP_05362319.1;Acinetobacter radiore
sistens SK82)、(YP_045288.1;Acinetobacter
sp. ADP1)、(ZP_05823314.1;Acinetobacter
sp. RUH2624)、(ZP_03824416.1;Acinetobacte
r sp. ATCC 27244)、(YP_001380280.1;Anaero
myxobacter sp. Fw109−5)、(YP_466103.1;Ana
eromyxobacter dehalogenans 2CP−C)、(YP_08
8190.1;Mannheimia succiniciproducens MBE
L55E)、(YP_001344949.1;Actinobacillus suc
cmogenes 130Z)、(YP_003007411.1;Aggregati
bacter aphrophilus NJ8700)、(ZP_01788798.
1;Haemophilus influenzae 3655)、(YP_71901
2.1;Haemophilus somnus 129PT)、(NP_245642
.1;Pasteurella multocida subsp. multocid
a str. Pm70)、(ZP_05920444.1;Pasteurella
dagmatis ATCC 43325)、(ZP_00133992.2;Acti
nobacillus pleuropneumoniae serovar 1 st
r. 4074)、(ZP_04753547.1;Actinobacillus m
inor NM305)、(NP_873873.1;Haemophilus duc
reyi 35000HP)、(ZP_04978908.1;Mannheimia
haemolytica PHL213)、(YP_002475022.1;Haem
ophilus parasuis SH0165)、(ZP_05730581.1;
Pantoea sp. At−9b)、(YP_001907133.1;Erwin
ia tasmaniensis Et1/99)、(YP_455287.1;Sod
alis glossinidius str. ‘morsitans’)、(ZP_
05723922.1;Dickeya dadantii Ech586)、(YP_
003258889.1;Pectobacterium wasabiae WPP1
63)、(YP_002988159.1;Dickeya dadantii Ech
703)、(NP_668938.1;Yersinia pestis KIM 10
)、(YP_001479543.1;Serratia proteamaculan
s 568)、(YP_002934098.1;Edwardsiella icta
luri 93−146)、(YP_002151502.1;Proteus mir
abilis HI4320)、(NP_930328.1;Photorhabdus
luminescens subsp. laumondii TTO1)、(YP_
002920553.1;Klebsiella pneumomae NTUH−K2
044)、(YP_001177557.1;Enterobacter sp.638
)、(YP_003211286.1;Cronobacter turicensis
)、(BAA04663.1;Escherichia coli)、(YP_0029
24403.1;Candidatus Hamiltonella defensa
5AT(Acyrthosiphon pisum))、(ZP_03827735.1
;Pectobacterium carotovorum subsp. brasi
liensis PBR1692)、(ZP_01159282.1;Photobac
terium sp. SKA34)、(YP_130973.1;Photobact
erium profundum SS9)、(ZP_06052481.1;Grim
ontia hollisae CIP 101886)、(ZP_05877035.
1;Vibrio fumissii CIP 102972)、(ZP_058819
60.1;Vibrio metschnikoyii CIP 69.14)、(ZP
_05881960.1;Vibrio metschnikoyii CIP 69.



4)、(ZP_02196748.1;Vibrio sp.および4)、(NP_93
4927.1;Vibrio vulnificus YJ016)、(ZP_0186
6446.1;Vibrio shilonii AKI)、(YP_00241661
2.1;Vibrio splendidus LGP32)、(YP_0022634
86.1;Aliiyibrio salmonicida LFI1238)、(ZP
_04415114.1;Vibrio cholerae by. albensis
VL426)、(YP_001143125.1;Aeromonas salmon
icida subsp. salmonicida A449)、(YP_00289
2091.1;Tolumonas auensis DSM 9187)、(ZP_0
1215350.1;Psychromonas sp. CNPT3)、(YP_94
4598.1;Psychromonas ingrahamii 37)、(YP_0
01473443.1;Shewanella sediminis HAW−EB3)
、(YP_001761257.1;Shewanella woodyi ATCC
51908)、(YP_001094519.1;Shewanella loihic
a PV −4)、(YP_001674811.1;Shewanella hali
faxensis HAW−EB4)、(YP_869191.1;Shewanell
a sp. ANA−3)、(YP_927371.1;Shewanella ama
zonensis SB2B)、(YP_751160.1;Shewanella f
rigidimarina NClMB 400)、(YP_563413.1;She
wanella denitrificans OS217 )、(YP_001475
272.1;Shewanella sediminis HAW−EB3)、(YP_
001674949.1;Shewanella halifaxensis HAW−
EB4)、(ZP_04716660.1;Alteromonas macleodi
i ATCC 27126)、(YP_662160.1;Pseudoalterom
onas atlantica T6c)、(ZP_01612225.1;Alter
omonadales bacterium TW−7)、(ZP_01134640.
1;Pseudoalteromonas tunicate D2)、(YP_269
873.1;Colwellia psychrerythrae a 34H)、(Y
P_001341167.1;Marinomonas sp. MWYL1)、(ZP
_01077352.1;Marinomonas sp. MEDl21)、(YP_
001209362.1;Dichelobacter nodosus VCS170
3A)、(ZP_05705193.1;Cardiobacterium homin
is ATCC 15826)、(EEY62817.1;Phytophthora
infestans T30−4)、(EEY62816.1;Phytophthor
a infestans T30−4)、(XP 001694504.1;Chlam
ydomonas reinhardtii)、(XP 001753120.1;Ph
yscomitrella patens subsp. Patens)、(YP_0
01804510.1;Cyanothece sp. ATCC 51142)、(Z
P_01729220.1;Cyanothece sp. CCY0110)、(YP
_003138337.1;Cyanothece sp. PCC 8802)、(Y
P_002380034.1;Cyanothece sp. PCC 7424)、(
YP_001661110.1;Microcystis aerugmosa NIE
S−843)、(YP_002485151.1;Cyanothece sp. PC
C 7425)、(NP_441027.1;Synechocystis sp. P
CC 6803)、(ZP_01061171.1;Leeuwenhoeki ell
a blandensis MED217)、(YP_001195862.1;Fla
vobacterium johnsoniae UW101)、(YP_003194
927.1;Robiginitalea biformata HTCC2501)、
(ZP_01107792.1;Flavobacteriales bacteriu
m HTCC2170)、(ZP_01051731.1;Polaribacter
sp. MED152)、(ZP_01119204.1;Polaribacter
irgensii 23−P)、(ZP_03390929.1;Capnocytop
haga sputigena ATCC 33612)、(YP_003141977
.1;Capnocytophaga ochracea DSM 7271)、(YP
_012240.1;Desulfovibrio vulgaris str. Hi
ldenborough)、(YP_002436276.1;Desulfovibr
io vulgaris str. ‘Miyazaki F’)、(YP_38973
0.1;Desulfovibrio desulfuricans subsp. d
esulfuricans str. G20)、(YP_002992165.1;D
esulfovibrio salexigens DSM 2638)、(YP_00
3197901.1;Desulfohalobium retbaense DSM
5692)、(YP_003157577.1;Desulfomicrobium b
aculatum DSM 4028)、(ZP_03737911.1;Desulf
onatronospira thiodismutans AS03−1)、(YP_
002990332.1;Desulfovibrio salexigens DSM
2638)、(ZP_03312237.1;Desulfovibrio pige
r ATCC 29098)、(YP_002478890.1;Desulfovib
rio desulfuricans subsp. desulfuricans s
tr. ATCC 27774)、(YP_064294.1;Desulfotale
a psychrophila LSv54)、(YP_594656.1;Lawso
nia intracellularis PHE/MN1−00)、(ZP_0162
1820.1;Lyngbya sp. PCC 8106)、(ZP_0327289
9.1;Arthrospira maxima CS−328)、(YP_84559
6.1;Syntrophobacter fumaroxidans MPOB)、(
ZP_04773932.1;Allochromatium vinosum DSM
180)、(NP_869002.1;Rhodopirellula baltic
a SH 1)、(YP_392571.1;Sulfurimonas denitr
ificans DSM 1251)、(ZP_05071717.1;Campylo
bacterales bacterium GD 1)、(ZP_04421899.
1;Sulfurospirillum deleyianum DSM 6946)、
(YP_001359295.1;Sulfurovum sp. NBC37−1)、
(YP_951544.1;Mycobacterium vanbaalenii P
YR−1)、(YP_001131488.1;Mycobacterium gilv
um PYR−GCK)、(YP_637714.1;Mycobacterium s
p. MCS)、(YP_885188.1;Mycobacterium smegm
atis str. MC2 155)、(YP_001704953.1;Mycob
acterium abscessus)、(ZP_04747529.1;Mycob
acterium kansasii ATCC 12478)、(YP_001849
024.1;Mycobacterium marinum M)、(NP_21492
2.1;Mycobacterium tuberculosis H37Rv)、(N
P_962819.1;Mycobacterium avium subsp. pa
ratuberculosis K−10)、(ZP_05223872.1;Myco
bacterium intracellulare ATCC 13950)、(YP
_002764919.1;Rhodococcus erythropolis PR
4)、(YP_702162.1;Rhodococcus jostii RHAI)
、(YP_121562.1;Nocardia farcinica IFM 101
52)、(ZP_04025361.1;Tsukamurella pauromet
abola DSM 20162)、(YP_003275431.1;Gordoni
a bronchialis DSM 43247)、(YP_003160610.1
;Jonesia denitrificans DSM 20603)、(ZP_05
816650.1;Sanguibacter keddieii DSM 10542
)、(ZP_04368027.1;Cellulomonas flavigena
DSM 20109)、(YP_002883054.1;Beutenbergia
cavemae DSM 12333)、(ZP_03911481.1;Xylani
monas cellulosilytica DSM 15894)、(YP_924
143.1;Nocardioides sp.1S614)、(ZP_0386478
9.1;Kribbella flavida DSM 17836)、(ZP_011
31057.1;marine actinobacterium PHSC20C1)
、(YP_001708941.1;Clavibacter michiganens
is subsp. Sepedonicus)、(YP_061462.1;Leif
sonia xyli subsp. xyli str. CTCB07)、(YP_
748183.1;Nitrosomonas eutropha C91)、(YP_
003116892.1;Catenulispora acidiphila DSM
44928)、(YP_003199983.1;Nakamurella muit
ipartita DSM 44233)、(YP_003154321.1;Brac
hybacterium faecium DSM 4810)、(ZP_039274
92.1;Actinomyces urogenitalis DSM 15434)
、(YP_003148931.1;Kytococcus sedentarius
DSM 20547)、(ZP_05803950.1;Streptomyces f
lavogriseus ATCC 33331)、(YP_001823623.1;
Streptomyces griseus subsp. griseus NBRC
13350)、(ZP_05002693.1;Streptomyces clav
uligerus ATCC 27064)、(ZP_05015493.1;Stre
ptomyces sviceus ATCC 29083)、(ZP_0553866
0.1;Streptomyces griseoflavus Tu4000)、(Z
P_04685789.1;Streptomyces ghanaensis ATC
C 14672)、(ZP_05534308.1;Streptomyces vir
idochromogenes DSM 40736)、(ZP_05523554.1



Streptomyces lividans TK24)、(NP_823999.1
;Streptomyces avermitilis MA−4680)、(CBG6
9921.1;Streptomyces scabiei 87.22)、(ZP_0
4704905.1;Streptomyces albus 11074)、(ZP_
04997745.1;Streptomyces sp. Mgl)、(ZP_055
09147.1;Streptomyces sp. C)、(ZP_05514718
.1;Streptomyces hygroscopicus ATCC 53653
)、(ZP_04994290.1;Streptomyces sp. SPB74)
、(ZP_04474082.1;Streptosporangium roseum
DSM 43021)、(YP_001160501.1;Salinispora
tropica CNB−440)、(YP_001538853.1;Salinis
pora arenicola CNS−205)、(ZP_04605575.1;M
icromonospora sp. ATCC 39149)、(YP_832716
.1;Arthrobacter sp. FB24)、(ABR13603.1;Ar
throbacter oxydans)、(YP_002956296.1;Micr
ococcus luteus NCTC 2665)、(ZP_05367249.1
;Rothia mucilaginosa ATCC 25296)、(YP_001
854004.1;Kocuria rhizophila DC2201)、(ZP_
04984463.1;Francisella tularensis subsp.
holarctica FSC022)、(YP_001677422.1;Fran
cisella philomiragia subsp. philomiragia
ATCC 25017)、(YP_588827.1;Baumannia cica
dellinicola str. Hc(Homalodisca oagulata
))、(NP_240007.1;Buchnera aphidicola str.
APS(Acyrthosiphonpisum))、(ZP_05057494.1
;Verrucomicrobiae bacterium DG1235)、(ZP_
02930252.1;Verrucomicrobium spinosum DSM
4136)、(ZP_01452386.1;Mariprofundus ferr
ooxydans PV−l)、および(ZP_01307392.1;Bermane
lla marisrubri)が挙げられる。
本明細書で提供される組成物および方法において同様に有用なホスホトランスアセチラ
ーゼとしては、本明細書に記載のホスホトランスアセチラーゼのいずれかの「誘導体」と
いわれる分子が挙げられる。このような「誘導体」は以下の特性を有する:(1)本明細
書に記載のホスホトランスアセチラーゼのいずれかと実質的な相同性を共有し、かつ、(
2)アセチルホスフェートからアセチルCoAへの変換を触媒することができる。ホスホ
トランスアセチラーゼの誘導体は、誘導体のアミノ酸配列がホスホトランスアセチラーゼ
のアミノ酸配列と少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましくは
少なくとも95%同じであれば、ホスホトランスアセチラーゼと「実質的な相同性」を共
有するといえる。
5.4 アセチルホスファターゼ活性の機能的破壊
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、アセチルホスフェ
ートをアセテートに変換する酵素的機能の破壊を含む。一部の実施形態では、酵素は宿主
細胞のネイティブなものである。
一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する酵素はグリセロー
ル−1−ホスファターゼ(EC3.1.3.21)である。一部の実施形態では、グリセ
ロール−1−ホスファターゼ活性を有する酵素は、RHR2(GPP1/RHR2;系統
名:YIL053W)、またはそのホモログもしくはバリアントである。GPP1/RH
R2は、グリセロール生合成に関与する構成的に発現されるグリセロール−1−ホスファ
ターゼであり、嫌気ストレスおよび浸透ストレスの両方に応答して誘導される。例えば、
それぞれその内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、Norbeckら、J B
iol Chem 271巻(23号):13875〜13881頁(1996年);N
orbeckら、J Biol Chem 272巻(9号):13875〜13881
頁(1996年);Pahlmanら、J Biol Chem 276巻(5号):3
555〜3563頁(2001年);NevoigtおよびStahl、FEMS Mi
crobiol Rev 21巻(3号):231〜41頁(1997年);Byrne
およびWolf、Genome Res 15巻(10号):1456〜61頁、および
Hirayamaら、Mol Gen Genet 249巻(2号):127〜38頁
を参照されたい。S.cerevisiaeのGPP1/RHR2遺伝子の配列は以前に
記載されている。例えば、Norbeckら、J Biol Chem 271巻(23
号):13875〜13881頁(1996年)、およびPahlmanら、J Bio
l Chem 276巻(5号):3555〜3563頁(2001年)を参照されたい
。Gpp1/Rhr2により以下の反応が触媒されることが以前に記載されている:
グリセロール−1−ホスフェート+H2O⇔グリセロール+ホスフェート
代表的なSaccharomyces cerevisiaeのGPP1/RHR2ヌ
クレオチド配列としては、受託番号NM_001179403.1、および本明細書で提
供される配列番号5が挙げられる。代表的なSaccharomyces cerevi
siaeのGpp1/Rhr2タンパク質配列としては、受託番号NP_012211、
および本明細書で提供される配列番号6が挙げられる。
同じくアセチルホスフェートのアセテートへの加水分解を触媒するGPP1/RHR2
の密接に関連するホモログはHOR2(GPP2/HOR2;系統名:YER062C)
である。Gpp2/Hor2も同様に、以下の反応を触媒することができるグリセロール
−1−ホスファターゼであることが以前に記載されている:グリセロール−1−ホスフェ
ート+H2O⇔グリセロール+ホスフェート。したがって、GPP2/HOR2の機能的
破壊も同様に本明細書で提供される組成物および方法に使用される。S.cerevis
iaeのGPP2/HOR2遺伝子の配列は以前に記載されている。例えば、Norbe
ckら、J. of Biological Chemistry 271巻(23号)
:13875〜13881頁(1996年)、およびPahlmanら、J. of B
iological Chemistry 276巻(5号):3555〜3563頁(
2001年)を参照されたい。代表的なSaccharomyces cerevisi
aeのGPP2/HOR2ヌクレオチド配列としては、受託番号NM_00117895
3.3、および本明細書で提供される配列番号7が挙げられる。代表的なSacchar
omyces cerevisiaeのGpp1/Rhr2タンパク質配列としては、受
託番号NP_010984、および本明細書で提供される配列番号8が挙げられる。
当技術分野で理解される通り、S.cerevisiae以外の酵母に天然に存在する
GPP1/RHR2および/またはGPP2/HOR2のホモログも同様に本明細書に記
載の方法を使用して失活させることができる。さらに、アセチル−ホスファターゼ活性を
コードするポリヌクレオチド、遺伝子および/またはポリペプチド(例えば、RHR2お
よび/またはHOR2)を、他のポリヌクレオチド、遺伝子および/もしくはポリペプチ
ド配列を同定するため、または他の宿主細胞におけるアセチル−ホスファターゼ活性を有
するホモログを同定するために使用することができる。このような配列は、例えば、文献
においておよび/または当業者に周知のバイオインフォマティクスデータベースにおいて
同定することができる。例えば、他の細胞型におけるアセチル−ホスファターゼ活性をコ
ードする配列のバイオインフォマティクスを使用した同定は、本明細書で提供されるもの
などのアセチル−ホスファターゼ活性および/またはグリセロール−1−ホスファターゼ
活性をコードする公知のDNA配列およびポリペプチド配列を伴う公的に利用可能なデー
タベースのBLAST(上記)検索によって実現することができる。同一性は、初期状態
のパラメータ、ギャップペナルティ(GAP PENALTY)=10、ギャップ長ペナ
ルティ(GAP LENGTH PENALTY)=0.1、およびタンパク質重み行列
のGonnet 250シリーズを使用したアラインメントのClustal W法に基
づいたものであってよい。
一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素(例え
ば、RHR2またはHOR2)の活性または発現が少なくとも約50%低下する。別の実
施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の活性または発現
が、アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の活性または発現の低下ま
たは欠失を含まない組換え微生物と比較して少なくとも約60%、少なくとも約65%、
少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、
少なくとも約90%、少なくとも約95%、または少なくとも約99%低下する。一部の
実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素はRHR2また
はその相同体である。一部の実施形態では、アセチルホスフェートをアセテートに変換す
る内因性酵素はHOR2またはその相同体である。
当業者に理解される通り、これだけに限定されないが、調節型プロモーターの使用、弱
い構成的プロモーターの使用、二倍体酵母におけるタンパク質をコードする遺伝子の2つ
のコピーのうちの1つの破壊、二倍体酵母における遺伝子の両方のコピーの破壊、アンチ
センス核酸の発現、siRNAの発現、内因性プロモーターの負の調節因子の過剰発現、
内因性遺伝子もしくは異種遺伝子の活性の変更、特異的活性が低い異種遺伝子の使用など
、またはこれらの組合せを含めた、グリセロール−1−ホスファターゼ(例えば、RHR
2および/またはHOR2)などのアセチルホスフェートをアセテートに変換するタンパ
ク質の活性を低下させるまたは破壊するために利用可能ないくつかの機構が存在する。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、アセチル−ホスファターゼ活性(例えば
、RHR2、HOR2またはそのホモログもしくはバリアント)をコードする少なくとも
1種の遺伝子の変異を含み、それにより、前記遺伝子によりコードされるポリペプチドの
活性の低下がもたらされる。別の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、アセチル−ホス
ファターゼ活性をコードする遺伝子(例えば、RHR2、HOR2またはそのホモログも
しくはバリアント)の部分的な欠失を含み、それにより、遺伝子によりコードされるポリ
ペプチドの活性の低下がもたらされる。別の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、アセ
チル−ホスファターゼ活性をコードする遺伝子(例えば、RHR2、HOR2またはその
ホモログもしくはバリアント)の完全な欠失を含み、それにより、遺伝子によりコードさ
れるポリペプチドの活性の低下がもたらされる。さらに別の実施形態では、遺伝子改変宿
主細胞は、アセチル−ホスファターゼ活性をコードする遺伝子(例えば、RHR2、HO
R2またはそのホモログもしくはバリアント)に付随する調節領域の改変を含み、それに
より、前記遺伝子によりコードされるポリペプチドの発現の低下がもたらされる。さらに
別の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、転写調節因子の改変を含み、それにより、ア
セチル−ホスファターゼ活性をコードする遺伝子(例えば、RHR2、HOR2またはそ
のホモログもしくはバリアント)の転写の低下がもたらされる。
一部の実施形態では、アセチルホスフェートからアセテートへの変換を触媒することが
できるタンパク質をコードする1種または複数種の遺伝子の破壊は、微生物細胞に構築物
が導入されると、このような遺伝子(例えば、RHR2またはHOR2)を特異的に破壊
し、それにより、破壊された遺伝子を非機能的にすることができる「破壊構築物」を使用
することによって実現される。一部の実施形態では、標的遺伝子の破壊により、機能的タ
ンパク質の発現が妨げられる。一部の実施形態では、標的遺伝子の破壊により、破壊され
た遺伝子から非機能的タンパク質が発現される。一部の実施形態では、アセチルホスフェ
ートをアセテートに変換することができるタンパク質をコードする遺伝子の破壊は、「破
壊性配列」を相同組換えにより標的遺伝子座に組み込むことによって実現される。このよ
うな実施形態では、破壊構築物は、標的遺伝子座のヌクレオチド配列の対と相同なヌクレ
オチド配列の対(相同配列)で挟まれた破壊性配列を含む。標的遺伝子の標的部分を破壊
構築物で置き換えると、破壊性配列により、標的遺伝子からの機能的タンパク質の発現が
妨げられるまたは非機能的タンパク質の発現が引き起こされる。
遺伝子を破壊することができる破壊構築物は、当技術分野で周知の標準の分子生物学技
法を使用して構築することができる。例えば、Sambrookら、2001年、Mol
ecular Cloning −− A Laboratory Manual、第3
版、Cold Spring Harbor Laboratory、Cold Spr
ing Harbor、NY、およびAusubelら編、現行版、Current P
rotocols in Molecular Biology、Greene Pub
lishing Associates and Wiley Interscienc
e、NYを参照されたい。本方法の実施において変動し得る破壊構築物のパラメータとし
ては、これだけに限定されないが、相同配列の長さ;相同配列のヌクレオチド配列;破壊
性配列の長さ;破壊性配列のヌクレオチド配列、および標的遺伝子のヌクレオチド配列が
挙げられる。一部の実施形態では、各相同配列の長さの有効な範囲は50〜5,000塩
基対である。特定の実施形態では、各相同配列の長さは約500塩基対である。遺伝子タ
ーゲティングのために必要な相同性の長さの考察に関しては、Hastyら、Mol C
ell Biol 11巻:5586〜91頁(1991年)を参照されたい。一部の実
施形態では、相同配列は標的遺伝子のコード配列を含む。他の実施形態では、相同配列は
標的遺伝子の上流または下流の配列を含む。一部の実施形態では、1つの相同配列は標的
遺伝子のコード配列の5’側に位置するヌクレオチド配列と相同なヌクレオチド配列を含
み、他の相同配列は標的遺伝子のコード配列の3’側に位置するヌクレオチド配列と相同
なヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、破壊性配列は、破壊性配列を含む微生
物細胞の選択を可能にする選択マーカーをコードするヌクレオチド配列を含む。したがっ
て、このような実施形態では、破壊構築物は、二重の機能、すなわち、標的遺伝子を機能
的に破壊する機能と、標的遺伝子が機能的に破壊された細胞を同定するための選択マーカ
ーをもたらす機能を有する。一部の実施形態では、標的遺伝子によりコードされる野生型
タンパク質のある程度の活性を有する融合タンパク質が生じ得る翻訳リードスルーを防止
するために、終結コドンを、選択マーカーをコードするヌクレオチド配列の下流にインフ
レームで配置する。一部の実施形態では、破壊性配列の長さは一塩基対である。コード配
列に単一の塩基対を挿入することにより、機能的タンパク質の発現が妨げられ得るフレー
ムシフト変異が構成され得るので、標的遺伝子を破壊するためには単一の塩基対の挿入で
十分であり得る。一部の実施形態では、破壊配列の配列は、相同配列間に位置する標的遺
伝子のヌクレオチド配列とは単一の塩基対が異なる。標的遺伝子内のヌクレオチド配列を
破壊性配列で置き換えると、導入される単一の塩基対の置換により、タンパク質内の重要
な部位における単一のアミノ酸の置換および非機能的タンパク質の発現がもたらされ得る
。しかし、非常に短い破壊性配列を使用して実施された破壊は自然突然変異によって野生
型配列に後戻りしやすく、したがって、宿主株にアセチル−ホスファターゼ機能の回復が
もたらされることが理解されるべきである。したがって、特定の実施形態では、破壊性配
列は一塩基対〜数塩基対よりも長い。反対の極端な場合では、過剰な長さの破壊性配列で
は中程度の長さの破壊性配列に対していかなる利点も付与される見込みがなく、トランス
フェクションまたはターゲティングの効率が低下する可能性がある。この場合の過剰な長
さとは、標的遺伝子内の選択された相同配列間の距離よりも何倍もの長さである。したが
って、ある特定の実施形態では、破壊性配列の長さは2〜2,000塩基対であり得る。
他の実施形態では、破壊性配列の長さは、破壊構築物内の相同配列とマッチする標的遺伝
子座の領域間の距離とほぼ同等の長さである。
一部の実施形態では、破壊構築物は直鎖DNA分子である。他の実施形態では、破壊構
築物は環状DNA分子である。一部の実施形態では、環状破壊構築物は、上記の通り破壊
性配列によって隔てられた相同配列の対を含む。一部の実施形態では、環状破壊構築物は
単一の相同配列を含む。このような環状破壊構築物は、標的遺伝子座に組み込まれると、
直線になり、相同配列の一部が各末端に位置し、標的遺伝子ヌクレオチド配列のいずれも
置き換えることなく、破壊構築物の残りのセグメントが標的遺伝子に挿入され、それを破
壊する。特定の実施形態では、環状破壊構築物の単一の相同配列は標的遺伝子のコード配
列内に位置する配列と相同である。
破壊構築物は、それだけに限定することなく当業者に公知の任意の方法によって微生物
細胞に導入することができる。このような方法としては、これだけに限定されないが、細
胞による溶液からの分子の直接取り込み、または、例えばリポソームもしくは免疫リポソ
ーム(immunoliposome)を使用したリポフェクションにより容易にした取
り込み;粒子媒介性トランスフェクションなどが挙げられる。例えば、米国特許第5,2
72,065号;Goeddelら編、1990年、Methods in Enzym
ology、185巻、Academic Press, Inc.、CA;Krieg
er、1990年、Gene Transfer and Expression −−
A Laboratory Manual、Stockton Press、NY;S
ambrookら、1989年、Molecular Cloning −− A La
boratory Manual、Cold Spring Harbor Labor
atory、NY、およびAusubelら編、現行版、Current Protoc
ols in Molecular Biology、Greene Publishi
ng Associates and Wiley Interscience、NYを
参照されたい。酵母細胞を形質転換するための特定の方法は当技術分野で周知である。H
innenら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75巻:12
92〜3頁(1978年);Creggら、Mol. Cell. Biol. 5巻:
3376〜3385頁(1985年)を参照されたい。例示的な技法としては、これだけ
に限定されないが、スフェロプラスト法、電気穿孔、PEG1000媒介性形質転換、お
よび酢酸リチウムまたは塩化リチウム媒介性形質転換が挙げられる。
5.5 アセチルCoA産生を改善するためのさらなる改変
5.5.1 ADA
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、アシル化アセトア
ルデヒドデヒドロゲナーゼ(あるいは「アセチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、アセチル
化」、「アセチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、アシル化」、またはADAと称される(
EC1.2.1.10))をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列をさら
に含む。
本明細書で提供される組成物および方法に有用な、この反応を触媒することができるタ
ンパク質としては、以下の4種のタンパク質が挙げられる:
(1)アセチルCoAからアセトアルデヒドへの可逆的な変換、およびその後のアセト
アルデヒドからエタノールへの可逆的な変換を触媒する二機能性タンパク質。この種類の
タンパク質の例は、E.coliにおけるAdhEタンパク質(Gen Bank No
:NP_415757)である。AdhEは、遺伝子融合の進化的な産物であると思われ
る。AdhEタンパク質のNH末端領域はアルデヒド:NADオキシドレダクターゼ
と高度に相同であり、COOH末端領域はFe2+依存性エタノール:NAD オキシ
ドレダクターゼのファミリーと相同である(Membrillo−Hernandezら
、(2000年)J. Biol. Chem. 275巻:33869〜33875頁
)。E.coli AdhEは金属に触媒される酸化を受け、したがって、酸素感受性で
ある(Tamaritら(1998年)J. Biol. Chem. 273巻:30
27〜32頁)。
(2)厳密にまたは通性の嫌気性微生物におけるアセチルCoAからアセトアルデヒド
への可逆的な変換を触媒するが、アルコール脱水素酵素活性を有さないタンパク質。この
種類のタンパク質の例は、Clostridium kluyveriにおいて報告され
ている(Smithら(1980年)Arch. Biochem. Biophys.
203巻:663〜675頁)。ADAはClostridium kluyveri
DSM 555(受託番号:EDK33116)のゲノム内にアノテートされている。
相同なタンパク質AcdHがLactobacillus plantarumのゲノム
において同定される(受託番号:NP_784141)。この種類のタンパク質の別の例
はClostridium beijerinckii NRRL B593におけるa
ld遺伝子産物である(Tothら(1999年)Appl. Environ. Mi
crobiol. 65巻:4973〜4980頁、受託番号:AAD31841)。
(3)エタノールアミン異化に関与するタンパク質。エタノールアミンは、炭素源と窒
素源の両方として多くの腸内細菌により利用され得る(Stojiljkovicら(1
995年)J. Bacteriol. 177巻:1357〜1366頁)。エタノー
ルアミンは、まずエタノールアミンアンモニアリアーゼによってアンモニアおよびアセト
アルデヒドに変換され、その後、アセトアルデヒドがADAによってアセチルCoAに変
換される。この種類のADAの例はSalmonella typhimuriumにお
けるEutEタンパク質である(Stojiljkovicら(1995年)J. Ba
cteriol. 177巻:1357〜1366頁、受託番号:AAL21357;U
18560.1も参照されたい)。E.coliもエタノールアミンを利用することがで
き(Scarlettら(1976年)J. Gen. Microbiol. 95巻
:173〜176頁)、S.typhimuriumにおけるEutEタンパク質と相同
なEutEタンパク質(受託番号:AAG57564;EU897722.1も参照され
たい)を有する。
(4)4−ヒドロキシ−2−ケトバレレート異化に関与する二機能性アルドラーゼ−デ
ヒドロゲナーゼ複合体の一部であるタンパク質。このような二機能性酵素により、多くの
細菌種におけるフェノール、トルエート、ナフタレン、ビフェニルおよび他の芳香族化合
物の分解の中間体であるカテコールに対するメタ開裂経路の最終的な2つのステップが触
媒される(PowlowskiおよびShingler(1994年)Biodegra
dation 5巻、219〜236頁)。4−ヒドロキシ−2−ケトバレレートは、ま
ず、4−ヒドロキシ−2−ケトバレレートアルドラーゼによってピルビン酸およびアセト
アルデヒドに変換され、その後、アセトアルデヒドがADAによってアセチルCoAに変
換される。この種類のADAの例はPseudomonas sp CF600における
DmpFタンパク質(受託番号:CAA43226)である(Shinglerら(19
92年)J. Bacteriol. 174巻:711〜24頁)。E.coliは、
Pseudomonas sp. CF600におけるDmpFタンパク質と相同なMp
hFタンパク質を有する(Ferrandezら(1997年)J. Bacterio
l. 179巻:2573〜2581頁、受託番号:NP_414885)。
一部の実施形態では、本明細書に記載の組成物および方法に有用なADA(またはこの
ような活性をコードする核酸配列)は、その内容全体が参照により組み込まれる国際公開
第WO2009/013159号に記載のEscherichia coli adhE
、Entamoeba histolytica adh2、Staphylococc
us aureus adhE、Piromyces sp.E2 adhE、Clos
tridium kluyveri(EDK33116)、Lactobacillus
plantarum acdH、およびPseudomonas putida(YP
001268189)からなる群から選択される。一部の実施形態では、ADAは、Cl
ostridium botulinum eutE(FR745875.1)、Des
ulfotalea psychrophila eutE(CR522870.1)、
Acinetobacter sp.HBS−2 eutE(ABQ44511.2)、
Caldithrix abyssi eutE(ZP_09549576)、およびH
alorubrum lacusprofundii ATCC 49239(YP_0
02565337.1)からなる群から選択される。
特定の実施形態では、本明細書で提供される組成物および方法に有用なADAは、Di
ckeya zeae由来のeutEである。代表的なDickeya zeaeのeu
tEヌクレオチド配列としては、受託番号NC_012912.1:1110476..
1111855、および本明細書で提供される配列番号9が挙げられる。代表的なDic
keya zeaeのeutEタンパク質配列としては、受託番号YP_0030033
16、および本明細書で提供される配列番号10が挙げられる。
本明細書で提供される組成物および方法において同様に有用なADAとしては、本明細
書に記載のADAのいずれかの「誘導体」といわれる分子が挙げられる。このような「誘
導体」は以下の特性を有する:(1)本明細書に記載のADAのいずれかと実質的な相同
性を共有する、および(2)アセトアルデヒドからアセチルCoAへの変換を触媒するこ
とができる。ADAの誘導体は、誘導体のアミノ酸配列が本明細書に記載のADAのいず
れかのアミノ酸配列と少なくとも80%、少なくとも85%、より好ましくは少なくとも
90%、最も好ましくは少なくとも95%同じであれば、ADAと「実質的な相同性」を
共有するといえる。
5.5.2 PDH−バイパスの機能的破壊
アセチルCoAは、ミトコンドリアにおいてPDH複合体により触媒されるピルビン酸
の酸化的脱カルボキシル化によって形成され得る。しかし、S.cerevisiaeは
アセチルCoAをミトコンドリアの外に輸送することができないので、PDHバイパスは
、細胞質ゾル区画内にアセチルCoAをもたらすことにおいて重要な役割を果たし、ピル
ビン酸をアセチルCoAに変換するためのPDH反応に対する代替の経路をもたらす。P
DHバイパスには、酵素であるピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC;EC4.1.1
.1)、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ACDH;EC1.2.1.5およびEC
1.2.1.4)、およびアセチルCoAシンテターゼ(ACS;EC6.2.1.1)
が関与する。ピルビン酸デカルボキシラーゼにより、ピルビン酸からアセトアルデヒドお
よび二酸化炭素への脱カルボキシル化が触媒される。アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ
により、アセトアルデヒドが酢酸に酸化される。S.cerevisiaeでは、アルデ
ヒドデヒドロゲナーゼのファミリーは5種のメンバーを含有する。ALD2(YMR17
0c)、ALD3(YMR169c)、およびALD6(YPL061w)は細胞質ゾル
内アイソフォームに対応し、ALD4(YOR374w)およびALD5(YER073
w)はミトコンドリア内の酵素をコードする。主要な細胞質ゾル内アセトアルデヒドデヒ
ドロゲナーゼアイソフォームは、ALD6によりコードされる。アセテートからのアセチ
ルCoAの形成はACSにより触媒され、ATPの加水分解を伴う。ACSは2つの構造
遺伝子、ACS1およびACS2によりコードされる。
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、PDH−バイパス
経路の1種または複数種の遺伝子の機能的破壊をさらに含む。一部の実施形態では、宿主
細胞のPDH−バイパスの1種または複数種の遺伝子の破壊により、以下の反応のうちの
1つまたは複数を触媒する能力が損なわれた遺伝子改変微生物細胞が生じる:(1)ピル
ビン酸デカルボキシラーゼによるピルビン酸からアセトアルデヒドへの脱カルボキシル化
;(2)アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼによるアセトアルデヒドからアセテートへの
変換、および(3)アセチルCoAシンテターゼによるアセテートおよびCoAからのア
セチルCoAの合成。
一部の実施形態では、親細胞と比較して、宿主細胞はPDH−バイパス経路の1種また
は複数種の遺伝子の機能的破壊を含み、機能が低下したまたは非機能的PDH−バイパス
経路の単独で、または弱いADAと組み合わせた活性は、宿主細胞の成長、生存能力、お
よび/または健康を支持するために十分でない。
一部の実施形態では、PDH−バイパスの1種または複数種の内因性タンパク質の活性
または発現が少なくとも約50%低下する。別の実施形態では、PDH−バイパスの1種
または複数種の内因性タンパク質の活性または発現が、PDH−バイパスの1種または複
数種の内因性タンパク質の活性または発現の低下または欠失を含まない組換え微生物と比
較して少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約7
5%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約9
5%、または少なくとも約99%低下する。
5.5.2.1 ALD4およびALD6
一部の実施形態では、宿主細胞におけるアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ACDH)活性
をコードする1種または複数種の遺伝子を機能的に破壊する。一部の実施形態では、アル
デヒドデヒドロゲナーゼは、ALD2、ALD3、ALD4、ALD5、ALD6、なら
びにそのホモログおよびバリアントからなる群から選択される遺伝子によりコードされる
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ALD4の機能的破壊を含む。代表的な
Saccharomyces cerevisiaeのALD4ヌクレオチド配列として
は、受託番号NM_001183794、および本明細書で提供される配列番号11が挙
げられる。代表的なSaccharomyces cerevisiaeのAld4タン
パク質配列としては、受託番号NP_015019.1、および本明細書で提供される配
列番号12が挙げられる。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、細胞質ゾル内アルデヒドデヒドロゲナー
ゼ(ALD6)の機能的破壊を含む。Ald6pは、ネイティブなPDH−バイパスにお
いて、アセトアルデヒドがアセテートに変換されるように機能する。代表的なSacch
aromyces cerevisiaeのALD6ヌクレオチド配列としては、受託番
号SCU56604、および本明細書で提供される配列番号13が挙げられる。代表的な
Saccharomyces cerevisiaeのAld6タンパク質配列としては
、受託番号AAB01219、および本明細書で提供される配列番号14が挙げられる。
当技術分野において理解される通り、S.cerevisiae以外の酵母に天然に存
在するアルデヒドデヒドロゲナーゼのホモログも同様に本明細書に記載の方法を使用して
失活させることができる。
当業者には理解される通り、2種以上のアルデヒドデヒドロゲナーゼの活性または発現
を低下させるまたは排除することができる。具体的な一実施形態では、ALD4およびA
LD6またはそのホモログもしくはバリアントの活性または発現を低下させるまたは排除
する。別の具体的な実施形態では、ALD5およびALD6またはそのホモログもしくは
バリアントの活性または発現を低下させるまたは排除する。さらに別の具体的な実施形態
では、ALD4、ALD5、およびALD6またはそのホモログもしくはバリアントの活
性または発現を低下させるまたは排除する。さらに別の具体的な実施形態では、細胞質ゾ
ルに局在するアルデヒドデヒドロゲナーゼ ALD2、ALD3、およびALD6または
そのホモログもしくはバリアントの活性または発現を低下させるまたは排除する。さらに
別の具体的な実施形態では、ミトコンドリアに局在するアルデヒドデヒドロゲナーゼ、A
LD4およびALD5またはそのホモログもしくはバリアントの活性または発現を低下さ
せるまたは排除する。
5.5.2.2 ACS1およびACS2
一部の実施形態では、宿主細胞におけるアセチルCoAシンテターゼ(ACS)活性を
コードする1種または複数種の遺伝子を機能的に破壊する。一部の実施形態では、アセチ
ルCoAシンテターゼは、ACS1、ACS2、ならびにそのホモログおよびバリアント
からなる群から選択される遺伝子によりコードされる。
一部の実施形態では、宿主細胞におけるアセチルCoAシンテターゼ(ACS)活性を
コードする1種または複数種の遺伝子を機能的に破壊する。ACS1およびACS2はど
ちらもアセテートをアセチルCoAに変換することができるアセチルCoAシンテターゼ
である。ACS1は呼吸性条件下でのみ発現され、ACS2は構成的に発現される。AC
S2をノックアウトすると、株は呼吸性条件(例えば、エタノール、グリセロール、また
はアセテート培地)では成長することができるが、発酵性炭素源(例えば、スクロース、
グルコース)では死滅する。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ACS1の機能的破壊を含む。S.ce
revisiaeのACS1遺伝子の配列は以前に記載されている。例えば、Nagas
uら、Gene 37巻(1〜3号):247〜253頁(1985年)を参照されたい
。代表的なSaccharomyces cerevisiaeのACS1ヌクレオチド
配列としては、受託番号X66425、および本明細書で提供される配列番号15が挙げ
られる。代表的なSaccharomyces cerevisiaeのAcs1タンパ
ク質配列としては、受託番号AAC04979、および本明細書で提供される配列番号1
6が挙げられる。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ACS2の機能的破壊を含む。S.ce
revisiaeのACS2遺伝子の配列は以前に記載されている。例えば、Van d
en Bergら、Eur. J. Biochem. 231巻(3号):704〜7
13頁(1995年)を参照されたい。代表的なSaccharomyces cere
visiaeのACS2ヌクレオチド配列としては、受託番号S79456、および本明
細書で提供される配列番号17が挙げられる。代表的なSaccharomyces c
erevisiaeのAcs2タンパク質配列としては、受託番号CAA97725、お
よび本明細書で提供される配列番号18が挙げられる。
当技術分野において理解される通り、S.cerevisiae以外の酵母に天然に存
在するアセチルCoAシンテターゼのホモログも同様に本明細書に記載の方法を使用して
失活させることができる。
一部の実施形態では、宿主細胞は、呼吸性条件下で(すなわち、宿主細胞を例えばエタ
ノール、グリセロール、またはアセテートの存在下で成長させた場合に)アセテートをア
セチルCoAに変換することができる細胞質ゾル内アセチルCoAシンテターゼ活性を含
む。一部のこのような実施形態では、宿主細胞はACS1活性を含む酵母細胞である。他
の実施形態では、親細胞と比較して、宿主細胞は、呼吸性条件下では内因性アセチルCo
Aシンテターゼ活性を含まない、またはそれが低下している。一部のこのような実施形態
では、宿主細胞は、親細胞と比較してACS1活性を含まない、またはそれが低下してい
る酵母細胞である。
一部の実施形態では、宿主細胞は、非呼吸性条件下で(すなわち、宿主細胞を発酵性炭
素源(例えば、スクロース、グルコース)の存在下で成長させた場合に)アセテートをア
セチルCoAに変換することができる細胞質ゾル内アセチルCoAシンテターゼ活性を含
む。一部のこのような実施形態では、宿主細胞はACS2活性を含む酵母細胞である。他
の実施形態では、親細胞と比較して、宿主細胞は、非呼吸性条件下で内因性アセチルCo
Aシンテターゼ活性を含まない、またはそれが低下している。一部のこのような実施形態
では、宿主細胞は、親細胞と比較して、ACS2活性を含まない、またはそれが低下して
いる酵母細胞である。
一部の実施形態では、宿主細胞は、異種PKおよび細胞質ゾル内アセチルCoAシンテ
ターゼ活性(例えば、ACS1および/またはACS2)を含む。このような実施形態で
は、宿主細胞においてPKによりアセチルホスフェートが産生される。インタクトな細胞
質ゾル内ACS活性により、RHR2および/またはHOR2により触媒されるアセチル
ホスフェートのアセチルCoAへの加水分解の結果として蓄積するアセテートが変換され
得る。
5.6 イソプレノイド産生のためのMEV経路
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、MEV経路の1種
または複数種の異種酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の
酵素は、アセチルCoAとマロニルCoAを縮合させてアセトアセチルCoAを形成する
酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、2分子のア
セチルCoAを縮合させてアセトアセチルCoAを形成する酵素を含む。一部の実施形態
では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、アセトアセチルCoAとアセチルCoA
を縮合させてHMG−CoAを形成する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の
1種または複数種の酵素は、HMG−CoAをメバロネートに変換する酵素を含む。一部
の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、メバロネートをメバロネート
5−ホスフェートにリン酸化する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種ま
たは複数種の酵素は、メバロネート5−ホスフェートをメバロネート5−ピロホスフェー
トに変換する酵素を含む。一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は
、メバロネート5−ピロホスフェートをイソペンテニルピロホスフェートに変換する酵素
を含む。
一部の実施形態では、MEV経路の1種または複数種の酵素は、アセチルCoAチオラ
ーゼ、アセトアセチルCoAシンテターゼ、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoA
レダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、ホスホメバロン酸キナーゼおよびメバロン酸ピロリ
ン酸デカルボキシラーゼからなる群から選択される。一部の実施形態では、アセトアセチ
ルCoAの形成を触媒することができるMEV経路の酵素に関しては、遺伝子改変宿主細
胞は、2分子のアセチルCoAを縮合させてアセトアセチルCoAを形成する酵素、例え
ばアセチルCoAチオラーゼ;またはアセチルCoAとマロニルCoAを縮合させてアセ
トアセチルCoAを形成する酵素、例えばアセトアセチルCoAシンターゼのいずれかを
含む。一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、2分子のアセチルCoAを縮合させ
てアセトアセチルCoAを形成する酵素、例えばアセチルCoAチオラーゼと、アセチル
CoAとマロニルCoAを縮合させてアセトアセチルCoAを形成する酵素、例えばアセ
トアセチルCoAシンターゼの両方を含む。
一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路の2種以上の酵素をコードする1種また
は複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路
の2種の酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施
形態では、宿主細胞は、HMG−CoAをメバロネートに変換することができる酵素およ
びメバロネートをメバロネート5−ホスフェートに変換することができる酵素をコードす
る1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、宿主細胞は、
MEV経路の3種の酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路の4種の酵素をコードする1種または複数
種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路の5種
の酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態で
は、宿主細胞は、MEV経路の6種の酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオ
チド配列を含む。一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路の7種の酵素をコードす
る1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、宿主細胞は、
MEV経路の酵素の全てをコードする複数の異種核酸を含む。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、イソペンテニルピロホスフェート(IP
P)をジメチルアリルピロホスフェート(DMAPP)に変換することができる酵素をコ
ードする異種核酸をさらに含む。一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、IPP分
子および/またはDMAPP分子を縮合させてポリプレニル化合物を形成することができ
る酵素をコードする異種核酸をさらに含む。一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は
、IPPまたはポリプレニルを修飾してイソプレノイド化合物を形成することができる酵
素をコードする異種核酸をさらに含む。
5.6.1 アセチルCoAからアセトアセチルCoAへの変換
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、2分子のアセチル補酵素Aを縮合させて
アセトアセチルCoAを形成することができる酵素、例えばアセチルCoAチオラーゼを
コードする異種ヌクレオチド配列を含む。このような酵素をコードするヌクレオチド配列
の実例としては、これだけに限定されないが、(NC_000913 REGION:2
324131.2325315;Escherichia coli)、(D49362
;Paracoccus denitrificans)、および(L20428;Sa
ccharomyces cerevisiae)が挙げられる。
アセチルCoAチオラーゼにより、2分子のアセチルCoAの可逆的な縮合が触媒され
てアセトアセチルCoAが生じるが、この反応は熱力学的に好ましくない;アセトアセチ
ルCoAチオリシスがアセトアセチルCoA合成よりも好まれる。アセトアセチルCoA
シンターゼ(AACS)(あるいはアセチルCoA:マロニルCoAアシルトランスフェ
ラーゼ;EC2.3.1.194と称される)により、アセチルCoAとマロニルCoA
が縮合してアセトアセチルCoAが形成される。アセチルCoAチオラーゼとは対照的に
、AACSにより触媒されるアセトアセチルCoA合成は、付随するマロニルCoAの脱
カルボキシル化に起因して、基本的にエネルギーが好まれる反応である。さらに、AAC
SはアセトアセチルCoAに対してチオリシス活性を示さず、したがって、反応は不可逆
的である。
アセチルCoAチオラーゼおよび異種ADAおよび/またはホスホトランスアセチラー
ゼ(PTA)を含む宿主細胞では、アセチルCoAチオラーゼにより触媒される可逆反応
では、アセトアセチルCoAチオリシスが好まれ、大きなアセチルCoAプールが生じ得
る。ADAの可逆的な活性を考えると、このアセチルCoAプールにより、今度はアセチ
ルCoAがアセトアルデヒドに変換される逆反応に向けてADAが駆動され、それにより
、アセチルCoA産生に向かうADAによってもたらされる利益が減少する可能性がある
。同様に、PTAの活性は可逆的であり、したがって、大きなアセチルCoAプールによ
り、アセチルCoAがアセチルホスフェートに変換される逆反応に向けてPTAが駆動さ
れる可能性がある。したがって、一部の実施形態では、アセチルCoAに対する強力な引
きをもたらしてADAおよびPTAの正反応を駆動するために、本明細書で提供される遺
伝子改変宿主細胞のMEV経路ではアセトアセチルCoAシンターゼを利用してアセチル
CoAおよびマロニルCoAからアセトアセチルCoAを形成する。
一部の実施形態では、AACSはStreptomyces sp.CL190株に由
来する(Okamuraら、Proc Natl Acad Sci USA 107巻
(25号):11265〜70頁(2010年)。代表的なStreptomyces
sp.CL190株のAACSヌクレオチド配列としては、受託番号AB540131.
1、および本明細書で提供される配列番号19が挙げられる。代表的なStreptom
yces sp.CL190株のAACSタンパク質配列としては、受託番号D7URV
0、BAJ10048、および本明細書で提供される配列番号20が挙げられる。本明細
書で提供される組成物および方法に有用な他のアセトアセチルCoAシンターゼとしては
、これだけに限定されないが、Streptomyces sp. (AB183750
;KO−3988 BAD86806);S. anulatus 9663株(FN1
78498;CAX48662);Streptomyces sp. KO−3988
(AB212624;BAE78983);Actinoplanes sp. A4
0644 (AB113568;BAD07381);Streptomyces sp
. C (NZ_ACEW010000640;ZP_05511702);Nocar
diopsis dassonvillei DSM 43111 (NZ_ABUI0
1000023;ZP_04335288);Mycobacterium ulcer
ans Agy99 (NC_008611;YP_907152);Mycobact
erium marinum M (NC_010612;YP_001851502)
;Streptomyces sp. Mg1 (NZ_DS570501;ZP_05
002626);Streptomyces sp. AA4 (NZ_ACEV010
00037;ZP_05478992);S. roseosporus NRRL 1
5998 (NZ_ABYB01000295;ZP_04696763);Strep
tomyces sp. ACTE (NZ_ADFD01000030;ZP_062
75834);S. viridochromogenes DSM 40736 (N
Z_ACEZ01000031;ZP_05529691);Frankia sp.
CcI3 (NC_007777;YP_480101);Nocardia bras
iliensis (NC_018681;YP_006812440.1);およびA
ustwickia chelonae (NZ_BAGZ01000005;ZP_1
0950493.1)が挙げられる。追加の適切なアセトアセチルCoAシンターゼとし
て、その内容全体が参照により組み込まれる米国特許出願公開第2010/028554
9号および同第2011/0281315号に記載されているものが挙げられる。
本明細書で提供される組成物および方法において同様に有用なアセトアセチルCoAシ
ンターゼとしては、本明細書に記載のアセトアセチルCoAシンターゼのいずれかの「誘
導体」といわれる分子が挙げられる。このような「誘導体」は以下の特性を有する:(1
)本明細書に記載のアセトアセチルCoAシンターゼのいずれかと実質的な相同性を共有
する、および(2)アセトアセチルCoAが形成されるアセチルCoAとマロニルCoA
の不可逆的な縮合を触媒することができる。アセトアセチルCoAシンターゼの誘導体は
、誘導体のアミノ酸配列がアセトアセチルCoAシンターゼのアミノ酸配列と少なくとも
80%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましくは少なくとも95%同じであれ
ば、アセトアセチルCoAシンターゼと「実質的な相同性」を共有するといえる。
5.6.2 アセトアセチルCoAからHMG−CoAへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、アセトアセチルCoAとアセチルCoAの別の分子
を縮合させて3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoA(HMG−CoA)を形成
することができる酵素、例えばHMG−CoAシンターゼをコードする異種ヌクレオチド
配列を含む。このような酵素をコードするヌクレオチド配列の実例としては、これだけに
限定されないが、(NC_001145.complement 19061.2053
6;Saccharomyces cerevisiae)、(X96617;Sacc
haromyces cerevisiae)、(X83882;Arabidopsi
s thaliana)、(AB037907;Kitasatospora gris
eola)、(BT007302;Homo sapiens)、および(NC_002
758、Locus tag SAV2546、GeneID 1122571;Sta
phylococcus aureus)が挙げられる。
5.6.3 HMG−CoAのメバロネートへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、HMG−CoAをメバロネートに変換することがで
きる酵素、例えばHMG−CoAレダクターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む
。一部の実施形態では、HMG−CoAレダクターゼは、NADH使用ヒドロキシメチル
グルタリル−CoAレダクターゼ−CoAレダクターゼである。HMG−CoAレダクタ
ーゼ(EC1.1.1.34;EC1.1.1.88)は、(S)−HMG−CoAから
(R)−メバロネートへの還元的脱アシル化を触媒するものであり、クラスI HMGr
およびクラスII HMGrの2つのクラスにカテゴリー化することができる。クラスI
は真核生物および大多数の古細菌由来の酵素を含み、クラスIIはある特定の原核生物お
よび古細菌のHMG−CoAレダクターゼを含む。配列の相違に加えて、この2つのクラ
スの酵素は、これらの補因子特異性に関しても異なる。NADPHを排他的に利用するク
ラスI酵素とは異なり、クラスII HMG−CoAレダクターゼは、NADPHとNA
DHを識別するその能力が変動する。例えば、Hedlら、Journal of Ba
cteriology 186巻(7号):1927〜1932頁(2004年)を参照
されたい。クラスII HMG−CoAレダクターゼを選択するための補因子特異性が以
下に提供される。
本明細書で提供される組成物および方法に有用なHMG−CoAレダクターゼとしては
、NADHを補因子として利用することができるHMG−CoAレダクターゼ、例えば、
P.mevalonii、A.fulgidusまたはS.aureus由来のHMG−
CoAレダクターゼが挙げられる。特定の実施形態では、HMG−CoAレダクターゼ、
例えば、P.mevalonii、S.pomeroyiまたはD.acidovora
ns由来のHMG−CoAレダクターゼは、NADHのみを補因子として利用することが
できる。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼはPseudomon
as mevaloniiに由来する。HMG−CoAレダクターゼ(EC1.1.1.
88)をコードするPseudomonas mevaloniiの野生型mva遺伝子
の配列は以前に記載されている。BeachおよびRodwell、J. Bacter
iol. 171巻:2994〜3001頁(1989年)を参照されたい。代表的なP
seudomonas mevaloniiのmvaAヌクレオチド配列としては、受託
番号M24015、および本明細書で提供される配列番号21が挙げられる。代表的なP
seudomonas mevaloniiのHMG−CoAレダクターゼタンパク質配
列としては、受託番号AAA25837、P13702、MVAA_PSEMV、および
本明細書で提供される配列番号22が挙げられる。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼはSilicibac
ter pomeroyiに由来する。代表的なSilicibacter pomer
oyiのHMG−CoAレダクターゼヌクレオチド配列としては、受託番号NC_006
569.1、および本明細書で提供される配列番号23が挙げられる。代表的なSili
cibacter pomeroyiのHMG−CoAレダクターゼタンパク質配列とし
ては、受託番号YP_164994、および本明細書で提供される配列番号24が挙げら
れる。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼはDelftia a
cidovoransに由来する。代表的なDelftia acidovoransの
HMG−CoAレダクターゼヌクレオチド配列としては、NC_010002 REGI
ON:complement(319980..321269)、および本明細書で提供
される配列番号25が挙げられる。代表的なDelftia acidovoransの
HMG−CoAレダクターゼタンパク質配列としては、受託番号YP_00156131
8、および本明細書で提供される配列番号26が挙げられる。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼはSolanum t
uberosumに由来する(Craneら、J. Plant Physiol. 1
59巻:1301〜1307頁(2002年))。
本明細書で提供される組成物および方法において同様に有用なNADH使用HMG−C
oAレダクターゼとしては、本明細書に記載のNADH使用HMG−CoAレダクターゼ
、例えば、P.mevalonii、S.pomeroyiおよびD.acidovor
ansに由来するものいずれかの「誘導体」といわれる分子が挙げられる。このような「
誘導体」は以下の特性を有する:(1)本明細書に記載のNADH使用HMG−CoAレ
ダクターゼのいずれかと実質的な相同性を共有する、および(2)補因子としてNADH
を優先的に使用しながら(S)−HMG−CoAから(R)−メバロネートへの還元的脱
アシル化を触媒することができる。NADH使用HMG−CoAレダクターゼの誘導体は
、誘導体のアミノ酸配列がNADH使用HMG−CoAレダクターゼのアミノ酸配列と少
なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましくは少なくとも95%同
じであれば、NADH使用HMG−CoAレダクターゼと「実質的な相同性」を共有する
といえる。
本明細書で使用される場合、「NADH使用」という句は、NADH使用HMG−Co
Aレダクターゼが、例えば、NADHに対する特異的活性がNADPHに対するものより
も高いことが実証されることにより、補因子としてNADPHよりもNADHに対して選
択的であることを意味する。一部の実施形態では、補因子としてのNADHに対する選択
性は、kcat (NADH)/kcat (NADPH)比で表される。一部の実施形態で
は、NADH使用HMG−CoAレダクターゼのkcat (NADH)/kcat (NA
DPH)比は少なくとも5、10、15、20、25または25超である。一部の実施形
態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼはNADHを排他的に使用する。例え
ば、NADHを排他的に使用するNADH使用HMG−CoAレダクターゼは、in v
itroにおいてNADHを唯一の補因子として供給するといくらかの活性を示し、NA
DPHを唯一の補因子として供給した場合には検出可能な活性を示さない。その内容全体
が本明細書に組み込まれるKimら、Protein Science 9巻:1226
〜1234頁(2000年)、およびWildingら、J. Bacteriol.
182巻(18号):5147〜52頁(2000年)に記載されているものを含めた、
補因子特異性を決定するための当技術分野で公知の任意の方法を利用して、補因子として
NADHを好むHMG−CoAレダクターゼを同定することができる。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼは、NAPDHよりも
NADHに対して選択的になるように、例えば、補因子結合ポケットの部位特異的変異誘
発によって工学的に操作されている。NADH選択性を工学的に操作するための方法はW
atanabeら、Microbiology 153巻:3044〜3054頁(20
07年)に記載されており、HMG−CoAレダクターゼの補因子特異性を決定するため
の方法は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれるKimら、Protein
Sci. 9巻:1226〜1234頁(2000年)に記載されている。
一部の実施形態では、NADH使用HMG−CoAレダクターゼは、メバロネート分解
経路をネイティブに含む宿主種、例えば、メバロネートをその唯一の炭素源として異化す
る宿主種に由来する。これらの実施形態の中では、通常そのネイティブな宿主細胞内の内
部移行した(R)−メバロネートの(S)−HMG−CoAへの酸化的アシル化を触媒す
るNADH使用HMG−CoAレダクターゼを利用して、メバロネート生合成経路を含む
遺伝子改変宿主細胞における逆反応、すなわち(S)−HMG−CoAから(R)−メバ
ロネートへの還元的脱アシル化を触媒する。メバロネートをそれらの唯一の炭素源として
成長することができる原核生物は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、
Andersonら、J. Bacteriol、171巻(12号):6468〜64
72頁(1989年);Beachら、J. Bacteriol. 171巻:299
4〜3001頁(1989年);Benschら、J. Biol. Chem. 24
5巻:3755〜3762頁;Fimongnariら、Biochemistry 4
巻:2086〜2090頁(1965年);Siddiqiら、Biochem. Bi
ophys. Res. Commun. 8巻:110〜113頁(1962年);S
iddiqiら、J. Bacteriol. 93巻:207〜214頁(1967年
)、およびTakatsujiら、Biochem. Biophys. Res. C
ommun.110巻:187〜193頁(1983年)に記載されている。
本明細書で提供される組成物および方法の一部の実施形態では、宿主細胞は、NADH
使用HMGrとNADPH使用HMG−CoAレダクターゼの両方を含む。NADPH使
用HMG−CoAレダクターゼをコードするヌクレオチド配列の実例としては、これだけ
に限定されないが、(NM_206548;Drosophila melanogas
ter)、(NC_002758、Locus tag SAV2545、GeneID
1122570;Staphylococcus aureus)、(AB01562
7;Streptomyces sp. KO 3988)、(AX128213、切断
型HMG−CoAレダクターゼをコードする配列をもたらす;Saccharomyce
s cerevisiae)、および(NC_001145:相補体(115734.1
18898;Saccharomyces cerevisiae)が挙げられる。
5.6.4 メバロネートからメバロネート−5−ホスフェートへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、メバロネートをメバロネート5−ホスフェートに変
換することができる酵素、例えば、メバロン酸キナーゼをコードする異種ヌクレオチド配
列を含む。このような酵素をコードするヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限
定されないが、(L77688;Arabidopsis thaliana)、および
(X55875;Saccharomyces cerevisiae)が挙げられる。
5.6.5 メバロネート−5−ホスフェートからメバロネート−5−ピロホスフェー
トへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、メバロネート5−ホスフェートをメバロネート5−
ピロホスフェートに変換することができる酵素、例えばホスホメバロン酸キナーゼをコー
ドする異種ヌクレオチド配列を含む。このような酵素をコードするヌクレオチド配列の実
例としては、これだけに限定されないが、(AF429385;Hevea brasi
liensis)、(NM_006556;Homo sapiens)、および(NC
_001145.相補体 712315.713670;Saccharomyces
cerevisiae)が挙げられる。
5.6.6 メバロネート−5−ピロホスフェートからIPPへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、メバロネート5−ピロホスフェートをイソペンテニ
ルジホスフェート(IPP)に変換することができる酵素、例えばメバロン酸ピロリン酸
デカルボキシラーゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。このような酵素をコード
するヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(X97557;S
accharomyces cerevisiae)、(AF290095;Enter
ococcus faecium)、および(U49260;Homo sapiens
)が挙げられる。
5.6.7 IPPからDMAPPへの変換
一部の実施形態では、宿主細胞は、MEV経路により生成したIPPをジメチルアリル
ピロホスフェート(DMAPP)に変換することができる酵素、例えばIPPイソメラー
ゼをコードする異種ヌクレオチド配列をさらに含む。このような酵素をコードするヌクレ
オチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(NC_000913、303
1087.3031635;Escherichia coli)、および(AF082
326;Haematococcus pluvialis)が挙げられる。
5.6.8 ポリプレニルシンターゼ
一部の実施形態では、宿主細胞は、IPP分子および/またはDMAPP分子を縮合さ
せて炭素を6つ以上含有するポリプレニル化合物を形成することができるポリプレニルシ
ンターゼをコードする異種ヌクレオチド配列をさらに含む。
一部の実施形態では、宿主細胞は、1分子のIPPと1分子のDMAPPを縮合させて
1分子のゲラニルピロホスフェート(「GPP」)を形成することができる酵素、例えば
GPPシンターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。このような酵素をコードす
るヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(AF513111;
Abies grandis)、(AF513112;Abies grandis)、
(AF513113;Abies grandis)、(AY534686;Antir
rhinum majus)、(AY534687;Antirrhinum maju
s)、(Y17376;Arabidopsis thaliana)、(AE0168
77、Locus AP11092;Bacillus cereus;ATCC 14
579)、(AJ243739;Citrus sinensis)、(AY53474
5;Clarkia breweri)、(AY953508;Ips pini)、(
DQ286930;Lycopersicon esculentum)、(AF182
828;Mentha x piperita)、(AF182827;Mentha
x piperita)、(MPI249453;Mentha x piperita
)、(PZE431697、Locus CAD24425;Paracoccus z
eaxanthinifaciens)、(AY866498;Picrorhiza
kurrooa)、(AY351862;Vitis vinifera)および(AF
203881、Locus AAF12843;Zymomonas mobilis)
が挙げられる。
一部の実施形態では、宿主細胞は、2分子のIPPと1分子のDMAPPを縮合させる
かIPPの分子をGPPの分子に付加してファルネシルピロホスフェート(「FPP」)
の分子を形成することができる酵素、例えばFPPシンターゼをコードする異種ヌクレオ
チド配列を含む。このような酵素をコードするヌクレオチド配列の実例としては、これだ
けに限定されないが、(ATU80605;Arabidopsis thaliana
)、(ATHFPS2R;Arabidopsis thaliana)、(AAU36
376;Artemisia annua)、(AF461050;Bos tauru
s)、(D00694;Escherichia coli K−12)、(AE009
951、Locus AAL95523;Fusobacterium nucleat
um subsp. nucleatum ATCC 25586)、(GFFPPSG
EN;Gibberella fujikuroi)、(CP000009、Locus
AAW60034;Gluconobacter oxydans 621H)、(A
F019892;Helianthus annuus)、(HUMFAPS;Homo
sapiens)、(KLPFPSQCR;Kluyveromyces lacti
s)、(LAU15777;Lupinus albus)、(LAU20771;Lu
pinus albus)、(AF309508;Mus musculus)、(NC
FPPSGEN;Neurospora crassa)、(PAFPS1;Parth
enium argentatum)、(PAFPS2;Parthenium arg
entatum)、(RATFAPS;Rattus norvegicus)、(YS
CFPP;Saccharomyces cerevisiae)、(D89104;S
chizosaccharomyces pombe)、(CP000003、Locu
s AAT87386;Streptococcus pyogenes)、(CP00
0017、Locus AAZ51849;Streptococcus pyogen
es)、(NC_008022、Locus YP_598856;Streptoco
ccus pyogenes MGAS10270)、(NC_008023、Locu
s YP_600845;Streptococcus pyogenes MGAS2
096)、(NC_008024、Locus YP_602832;Streptoc
occus pyogenes MGAS10750)、(MZEFPS;Zea ma
ys)、(AE000657、Locus AAC06913;Aquifex aeo
licus VF5)、(NM_202836;Arabidopsis thalia
na)、(D84432、Locus BAA12575;Bacillus subt
ilis)、(U12678、Locus AAC28894;Bradyrhizob
ium japonicum USDA 110)、(BACFDPS;Geobaci
llus stearothermophilus)、(NC_002940、Locu
s NP_873754;Haemophilus ducreyi 35000HP)
、(L42023、Locus AAC23087;Haemophilus infl
uenzae Rd KW20)、(J05262;Homo sapiens)、(Y
P_395294;Lactobacillus sakei subsp. sake
i 23K)、(NC_005823、Locus YP_000273;Leptos
pira interrogans serovar Copenhageni str
. Fiocruz L1−130)、(AB003187;Micrococcus
luteus)、(NC_002946、Locus YP_208768;Neiss
eria gonorrhoeae FA 1090)、(U00090、Locus
AAB91752;Rhizobium sp. NGR234)、(J05091;S
accharomyces cerevisae)、(CP000031、Locus
AAV93568;Silicibacter pomeroyi DSS−3)、(A
E008481、Locus AAK99890;Streptococcus pne
umoniae R6)、および(NC_004556、Locus NP 77970
6;Xylella fastidiosa Temecula1)が挙げられる。
一部の実施形態では、宿主細胞は、IPPとDMAPPまたはIPPとFPPを組み合
わせてゲラニルゲラニルピロホスフェート(「GGPP」)を形成することができる酵素
をコードする異種ヌクレオチド配列をさらに含む。このような酵素をコードするヌクレオ
チド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(ATHGERPYRS;Ara
bidopsis thaliana)、(BT005328;Arabidopsis
thaliana)、(NM_119845;Arabidopsis thalia
na)、(NZ_AAJM01000380、Locus ZP_00743052;B
acillus thuringiensis serovar israelensi
s、ATCC 35646 sq1563)、(CRGGPPS;Catharanth
us roseus)、(NZ_AABF02000074、Locus ZP_001
44509;Fusobacterium nucleatum subsp. vin
centii、ATCC 49256)、(GFGGPPSGN;Gibberella
fujikuroi)、(AY371321;Ginkgo biloba)、(AB
055496;Hevea brasiliensis)、(AB017971;Hom
o sapiens)、(MCI276129;Mucor circinelloid
es f. lusitanicus)、(AB016044;Mus musculu
s)、(AABX01000298、Locus NCU01427;Neurospo
ra crassa)、(NCU20940;Neurospora crassa)、
(NZ_AAKL01000008、Locus ZP_00943566;Ralst
onia solanacearum UW551)、(AB118238;Rattu
s norvegicus)、(SCU31632;Saccharomyces ce
revisiae)、(AB016095;Synechococcus elonga
tes)、(SAGGPS;Sinapis alba)、(SSOGDS;Sulfo
lobus acidocaldarius)、(NC_007759、Locus Y
P_461832;Syntrophus aciditrophicus SB)、(
NC_006840、Locus YP_204095;Vibrio fischer
i ES114)、(NM_112315;Arabidopsis thaliana
)、(ERWCRTE;Pantoea agglomerans)、(D90087、
Locus BAA14124;Pantoea ananatis)、(X52291
、Locus CAA36538;Rhodobacter capsulatus)、
(AF195122、Locus AAF24294;Rhodobacter sph
aeroides)、および(NC_004350、Locus NP_721015;
Streptococcus mutans UA159)が挙げられる。
5.6.9 テルペンシンターゼ
一部の実施形態では、宿主細胞は、ポリプレニルを修飾してヘミテルペン、モノテルペ
ン、セスキテルペン、ジテルペン、トリテルペン、テトラテルペン、ポリテルペン、ステ
ロイド化合物、カロテノイド、または修飾されたイソプレノイド化合物を形成することが
できる酵素をコードする異種ヌクレオチド配列をさらに含む。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、カレンシンターゼをコードする。適切なヌ
クレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(AF461460、RE
GION 43.1926;Picea abies)および(AF527416、RE
GION:78.1871;Salvia stenophylla)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、ゲラニオールシンターゼをコードする。適
切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、
(AJ457070;Cinnamomum tenuipilum)、(AY3625
53;Ocimum basilicum)、(DQ234300;Perilla f
rutescens 1864株)、(DQ234299;Perilla citri
odora 1861株)、(DQ234298;Perilla citriodor
a 4935株)、および(DQ088667;Perilla citriodora
)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドはリナロールシンターゼをコードする。適切な
ヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(AF497485;A
rabidopsis thaliana)、(AC002294、Locus AAB
71482;Arabidopsis thaliana)、(AY059757;Ar
abidopsis thaliana)、(NM_104793;Arabidops
is thaliana)、(AF154124;Artemisia annua)、
(AF067603;Clarkia breweri)、(AF067602;Cla
rkia concinna)、(AF067601;Clarkia breweri
)、(U58314;Clarkia breweri)、(AY840091;Lyc
opersicon esculentum)、(DQ263741;Lavandul
a angustifolia)、(AY083653;Mentha citrate
)、(AY693647;Ocimum basilicum)、(XM_463918
;Oryza sativa)、(AP004078、Locus BAD07605;
Oryza sativa)、(XM_463918、Locus XP_463918
;Oryza sativa)、(AY917193;Perilla citriod
ora)、(AF271259;Perilla frutescens)、(AY47
3623;Picea abies)、(DQ195274;Picea sitche
nsis)、および(AF444798;Perilla frutescens変種c
rispa栽培品種No. 79)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、リモネンシンターゼをコードする。適切な
ヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(+)−リモネンシンタ
ーゼ(AF514287、REGION:47.1867;Citrus limon)
および(AY055214、REGION:48.1889;Agastache ru
gosa)および(−)−リモネンシンターゼ(DQ195275、REGION:1.
1905;Picea sitchensis)、(AF006193、REGION:
73.1986;Abies grandis)、および(MHC4SLSP、REGI
ON:29.1828;Mentha spicata)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、ミルセンシンターゼをコードする。適切な
ヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(U87908;Abi
es grandis)、(AY195609;Antirrhinum majus)
、(AY195608;Antirrhinum majus)、(NM_127982
;Arabidopsis thaliana TPS10)、(NM_113485;
Arabidopsis thaliana ATTPS−CIN)、(NM_1134
83;Arabidopsis thaliana ATTPS−CIN)、(AF27
1259;Perilla frutescens)、(AY473626;Picea
abies)、(AF369919;Picea abies)、および(AJ304
839;Quercus ilex)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、オシメンシンターゼをコードする。適切な
ヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(AY195607;A
ntirrhinum majus)、(AY195609;Antirrhinum
majus)、(AY195608;Antirrhinum majus)、(AK2
21024;Arabidopsis thaliana)、(NM_113485;A
rabidopsis thaliana ATTPS−CIN)、(NM_11348
3;Arabidopsis thaliana ATTPS−CIN)、(NM_11
7775;Arabidopsis thaliana ATTPS03)、(NM_0
01036574;Arabidopsis thaliana ATTPS03)、(
NM_127982;Arabidopsis thaliana TPS10)、(A
B110642;Citrus unshiu CitMTSL4)、および(AY57
5970;Lotus corniculatus var. japonicus)が
挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、α−ピネンシンターゼをコードする。適切
なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(+)α−ピネンシン
ターゼ(AF543530、REGION:1.1887;Pinus taeda)、
(−)α−ピネンシンターゼ(AF543527、REGION:32.1921;Pi
nus taeda)、および(+)/(−)α−ピネンシンターゼ(AGU87909
、REGION:6111892;Abies grandis)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、β−ピネンシンターゼをコードする。適切
なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(−)β−ピネンシン
ターゼ(AF276072、REGION:1.1749;Artemisia ann
ua)および(AF514288、REGION:26.1834;Citrus li
mon)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、サビネンシンターゼをコードする。適切な
ヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Salvia offi
cinalis由来のAF051901、REGION:26.1798が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、γ−テルピネンシンターゼをコードする。
適切なヌクレオチド配列の実例としては、(Citrus limon由来のAF514
286、REGION:30.1832)および(Citrus unshiu由来のA
B110640、REGION 1.1803)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、テルピノレンシンターゼをコードする。適
切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(Oscimum
basilicum由来のAY693650)および(Pseudotsuga men
ziesii由来のAY906866、REGION:10.1887)が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、アモルファジエンシンターゼをコードする
。適切なヌクレオチド配列の実例は、米国特許出願公開第2004/0005678号の
配列番号37である。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、α−ファルネセンシンターゼをコードする
。適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Pyrus c
ommunis cultivar d’Anjou(セイヨウナシ;遺伝子名AFS1
)由来のDQ309034およびMalus domestica(リンゴ;遺伝子AF
S1)由来のAY182241が挙げられる。Pechouusら、Planta 21
9巻(1号):84〜94頁(2004年)。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、β−ファルネセンシンターゼをコードする
。適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Mentha
x piperita(ペパーミント;遺伝子Tspa11)由来の受託番号AF024
615、およびArtemisia annua由来のAY835398が挙げられる。
Picaudら、Phytochemistry 66巻(9号):961〜967頁(
2005年)。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、ファルネソールシンターゼをコードする。
適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Zea mays
由来の受託番号AF529266およびSaccharomyces cerevisi
ae由来のYDR481C(遺伝子Pho8)が挙げられる。Song, L.、App
lied Biochemistry and Biotechnology 128巻
:149〜158頁(2006年)。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、ネロリドールシンターゼをコードする。適
切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Zea mays由
来のAF529266が挙げられる(トウモロコシ;遺伝子tps1)。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、パチョロールシンターゼをコードする。適
切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Pogostemo
n cablin由来のAY508730 REGION:1.1659が挙げられる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、ノートカトンシンターゼをコードする。適
切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、Citrus si
nensis由来のAF441124 REGION:1.1647およびPerill
a frutescens由来のAY917195 REGION:1.1653が挙げ
られる。
一部の実施形態では、異種ヌクレオチドは、アビエタジエンシンターゼをコードする。
適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、(U50768;
Abies grandis)および(AY473621;Picea abies)が
挙げられる。
一部の実施形態では、宿主細胞はCイソプレノイドを産生する。これらの化合物は1
つのイソプレン単位に由来し、ヘミテルペンとも称される。ヘミテルペンの実例はイソプ
レンである。他の実施形態では、イソプレノイドはC10イソプレノイドである。これら
の化合物は、2つのイソプレン単位に由来し、モノテルペンとも称される。モノテルペン
の実例は、リモネン、シトロネロール(citranellol)、ゲラニオール、メン
トール、ペリリルアルコール、リナロール、ツジョン、およびミルセンである。他の実施
形態では、イソプレノイドは、C15イソプレノイドである。これらの化合物は、3つの
イソプレン単位に由来し、セスキテルペンとも称される。セスキテルペンの実例は、ペリ
プラノンB、ギンコライドB(gingkolide B)、アモルファジエン、アルテ
ミシニン、アルテミシン酸、バレンセン、ノートカトン、エピセドロール(epi−ce
drol)、エピアリストロケン(epi−aristolochene)、ファルネソ
ール、ゴシポール、サントニン(sanonin)、ペリプラノン、フォルスコリン、お
よびパチョロール(パチョリアルコールとしても公知である)である。他の実施形態では
、イソプレノイドは、C20イソプレノイドである。これらの化合物は、4つのイソプレ
ン単位に由来し、ジテルペンとも称される。ジテルペンの実例は、カスベン(casbe
ne)、エリュテロビン、パクリタキセル、プロストラチン、シュードプテロシン(ps
eudopterosin)、およびタキサジエンである。さらに他の例では、イソプレ
ノイドは、C20+イソプレノイドである。これらの化合物は、5つ以上のイソプレン単
位に由来し、トリテルペン(6つのイソプレン単位に由来するC30イソプレノイド化合
物)、例えば、アルブルシドE(arbrusideE)、ブルセアンチン(bruce
antin)、テストステロン、プロゲステロン、コルチゾン、ジギトキシン、およびス
クアレン;テトラテルペン(8つのイソプレノイドに由来するC40イソプレノイド化合
物)、例えばβ−カロテン;およびポリテルペン(9つ以上のイソプレン単位に由来する
40+イソプレノイド化合物)、例えばポリイソプレンを含む。一部の実施形態では、
イソプレノイドは、アビエタジエン、アモルファジエン、カレン、α−ファルネセン、β
−ファルネセン、ファルネソール、ゲラニオール、ゲラニルゲラニオール、イソプレン、
リナロール、リモネン、ミルセン、ネロリドール、オシメン、パチョロール、β−ピネン
、サビネン、γ−テルピネン、テルピノレンおよびバレンセンからなる群から選択される
。イソプレノイド化合物としては、これだけに限定されないが、カロテノイド(例えば、
リコピン、α−およびβ−カロテン、α−およびβ−クリプトキサンチン、ビキシン、ゼ
アキサンチン、アスタキサンチン、およびルテイン)、ステロイド化合物、ならびに他の
化学基により修飾されたイソプレノイドで構成される化合物、例えば混合テルペン−アル
カロイド、ならびに補酵素Q−10も挙げられる。
5.6.10 イソプレノイドを産生する方法
別の態様では、本明細書では、イソプレノイドを産生するための方法であって、(a)
イソプレノイドを産生することができる本明細書に記載の遺伝子改変宿主細胞のいずれか
の集団を、炭素源を含む培地中、イソプレノイド化合物を作製するのに適した条件下で培
養するステップ、および(b)前記イソプレノイド化合物を培地から回収するステップを
含む方法が提供される。
一部の実施形態では、遺伝子改変宿主細胞は、ホスホケトラーゼの異種発現、ホスホト
ランスアセチラーゼの異種発現、メバロン酸経路の1種または複数種の酵素の異種発現、
および任意選択で、ADAの異種発現、NADH使用HMG−CoAレダクターゼの異種
発現、およびAACSの異種発現からなる群から選択される1つまたは複数の改変を含み
、遺伝子改変宿主細胞は、1つまたは複数の改変を含まない親細胞または遺伝子改変宿主
細胞の1つまたは複数の改変のサブセットのみを含むが他の点では遺伝的に同一の親細胞
と比較して増大した量のイソプレノイド化合物を産生する。一部の実施形態では、増大し
た量は、例えば、収量、産生、生産性で、細胞培養物1リットル当たりのグラム数で、乾
燥細胞重量1グラム当たりのミリグラム数で、細胞培養物の単位体積当たりで、単位乾燥
細胞重量当たりで、単位時間当たりの細胞培養物の単位体積当たりで、または単位時間当
たりの単位乾燥細胞重量当たりで測定して、少なくとも1%、5%、10%、15%、2
0%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、7
0%、75%、80%、85%、90%、95%、100%または100%超である。
一部の実施形態では、宿主細胞は、発酵培地1リットル当たり約10グラムを超える高
レベルのイソプレノイドを産生する。一部のこのような実施形態では、イソプレノイドは
細胞培養物1リットル当たり約10〜約50グラム、約15グラム超、約20グラム超、
約25グラム超、または約30グラム超の量で産生される。
一部の実施形態では、宿主細胞は、乾燥細胞重量1グラム当たり約50ミリグラムを超
える高レベルのイソプレノイドを産生する。一部のこのような実施形態では、イソプレノ
イドは乾燥細胞重量1グラム当たり約50〜約1500ミリグラム、約100ミリグラム
超、約150ミリグラム超、約200ミリグラム超、約250ミリグラム超、約500ミ
リグラム超、約750ミリグラム超、または約1000ミリグラム超の量で産生される。
一部の実施形態では、宿主細胞は、親細胞によって産生されるイソプレノイドのレベル
よりも、細胞培養物の単位体積当たり、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少な
くとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少な
くとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少な
くとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約2倍、少なく
とも約2.5倍、少なくとも約5倍、少なくとも約10倍、少なくとも約20倍、少なく
とも約30倍、少なくとも約40倍、少なくとも約50倍、少なくとも約75倍、少なく
とも約100倍、少なくとも約200倍、少なくとも約300倍、少なくとも約400倍
、少なくとも約500倍、または少なくとも約1,000倍、またはそれ以上高いもので
ある高レベルのイソプレノイドを産生する。
一部の実施形態では、宿主細胞は、親細胞によって産生されるイソプレノイドのレベル
よりも、単位乾燥細胞重量当たり、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくと
も約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくと
も約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくと
も約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約2倍、少なくとも
約2. 5倍、少なくとも約5倍、少なくとも約10倍、少なくとも約20倍、少なくと
も約30倍、少なくとも約40倍、少なくとも約50倍、少なくとも約75倍、少なくと
も約100倍、少なくとも約200倍、少なくとも約300倍、少なくとも約400倍、
少なくとも約500倍、または少なくとも約1,000倍、またはそれより高いものであ
る高レベルのイソプレノイドを産生する。
一部の実施形態では、宿主細胞は、親細胞によって産生されるイソプレノイドのレベル
よりも、単位時間当たりの細胞培養物の単位体積当たり、少なくとも約10%、少なくと
も約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくと
も約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくと
も約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくと
も約2倍、少なくとも約2. 5倍、少なくとも約5倍、少なくとも約10倍、少なくと
も約20倍、少なくとも約30倍、少なくとも約40倍、少なくとも約50倍、少なくと
も約75倍、少なくとも約100倍、少なくとも約200倍、少なくとも約300倍、少
なくとも約400倍、少なくとも約500倍、または少なくとも約1,000倍、または
それより高いものである高レベルのイソプレノイドを産生する。
一部の実施形態では、宿主細胞は、親細胞によって産生されるイソプレノイドのレベル
よりも、単位時間当たりの単位乾燥細胞重量当たり、少なくとも約10%、少なくとも約
15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約
35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約
60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約
2倍、少なくとも約2.5倍、少なくとも約5倍、少なくとも約10倍、少なくとも約2
0倍、少なくとも約30倍、少なくとも約40倍、少なくとも約50倍、少なくとも約7
5倍、少なくとも約100倍、少なくとも約200倍、少なくとも約300倍、少なくと
も約400倍、少なくとも約500倍、または少なくとも約1,000倍、またはそれよ
り高いものである高イソプレノイドを産生する。
大多数の実施形態では、宿主細胞による高レベルのイソプレノイドの産生を誘導性化合
物によって誘導することができる。このような宿主細胞を誘導性化合物の不在下で容易に
操作することができる。次いで、誘導性化合物を添加して宿主細胞による高レベルのイソ
プレノイドの産生を誘導する。他の実施形態では、宿主細胞による高レベルのイソプレノ
イドの産生を、例えば成長温度、培地の構成物などの培養条件を変化させることによって
誘導することができる。
5.6.11 培養培地および培養条件
微生物培養物を維持し、成長させるための材料および方法は微生物学または発酵科学の
当業者に周知である(例えば、Baileyら、Biochemical Engine
ering Fundamentals、第2版、McGraw Hill、New Y
ork、1986年を参照されたい)。宿主細胞、発酵、およびプロセスの特定の必要条
件に応じて、好気性条件、微好気性条件、または嫌気性条件について適切な培養培地、p
H、温度、および必要条件を考察しなければならない。
本明細書で提供されるイソプレノイドを産生する方法は、これだけに限定されないが、
細胞培養プレート、フラスコ、または発酵槽を含めた適切な容器中の適切な培養培地(例
えば、パントテン酸を補充したまたは補充していない)で実施することができる。さらに
、当該方法は、微生物の産物の工業生産を支持するための当技術分野で公知の任意の発酵
の規模で実施することができる。撹拌層型発酵槽、エアリフト型発酵槽、気泡型発酵槽、
またはこれらの任意の組合せを含めた任意の適切な発酵槽を使用することができる。Sa
ccharomyces cerevisiaeを宿主細胞として利用する特定の実施形
態では、Kosaricら、Ullmann’s Encyclopedia of I
ndustrial Chemistry、第6版、12巻、398〜473頁、Wil
ey−VCH Verlag GmbH & Co. KDaA、Weinheim、G
ermanyに詳細に記載されている通り、発酵槽において株を成長させることができる
一部の実施形態では、培養培地は、イソプレノイドを産生することができる遺伝子改変
微生物が生存すること、すなわち、成長および生存能力を維持することができる任意の培
養培地である。一部の実施形態では、培養培地は、同化できる炭素、窒素源およびリン酸
源を含む水性培地である。このような培地は、適切な塩、無機物、金属および他の栄養分
も含んでよい。一部の実施形態では、炭素源および必須の細胞栄養分のそれぞれを増加的
または継続的に発酵培地に添加し、必要な栄養分のそれぞれを、例えば、炭素源をバイオ
マスに変換する細胞の代謝機能または呼吸機能に基づく所定の細胞の成長曲線に従って、
基本的に、成長している細胞による効率的な同化のために必要な最小限のレベルに維持す
る。
微生物を培養するための適切な条件および適切な培地は当技術分野で周知である。一部
の実施形態では、適切な培地は、例えば、誘導因子(例えば、遺伝子産物をコードする1
つまたは複数のヌクレオチド配列が誘導性プロモーターの制御下にある場合)、リプレッ
サー(例えば、遺伝子産物をコードする1つまたは複数のヌクレオチド配列が抑圧可能な
プロモーターの制御下にある場合)、または選択剤(例えば、遺伝子改変を含む微生物を
選択するための抗生物質)などの1種または複数種の追加の作用剤を補充したものである
一部の実施形態では、炭素源は、単糖(monosaccharide)(単糖(si
mple sugar))、二糖、多糖、非発酵性炭素源、またはこれらの1つまたは複
数の組合せである。適切な単糖の非限定的な例としては、グルコース、ガラクトース、マ
ンノース、フルクトース、キシロース、リボース、およびこれらの組合せが挙げられる。
適切な二糖の非限定的な例としては、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロー
ス、セロビオース、およびこれらの組合せが挙げられる。適切な多糖の非限定的な例とし
ては、デンプン、グリコーゲン、セルロース、キチン、およびこれらの組合せが挙げられ
る。適切な非発酵性炭素源の非限定的な例としては、アセテートおよびグリセロールが挙
げられる。
培養培地中のグルコースなどの炭素源の濃度は、細胞の成長を促進するが、使用される
微生物の成長を抑圧するほどには高くないものであるべきである。一般には、培養は、グ
ルコースなどの炭素源を、成長およびバイオマスの所望のレベルが実現されるレベルであ
るが、検出不可能なレベル(約0.1g/l未満の検出限界)で添加して行われる。他の
実施形態では、培養培地中のグルコースなどの炭素源の濃度は約1g/L超、好ましくは
約2g/L超、より好ましくは約5g/L超である。さらに、培養培地中のグルコースな
どの炭素源の濃度は、一般には、約100g/L未満、好ましくは約50g/L未満、よ
り好ましくは約20g/L未満である。培養物成分濃度への言及は、最初の成分濃度およ
び/または進行中の成分濃度のどちらを指す場合もあることに留意するべきである。いく
つかの場合には、培養中に培養培地から炭素源を枯渇させることが望ましい。
適切な培養培地に使用することができる同化できる窒素の供給源としては、これだけに
限定されないが、単純な窒素源、有機窒素源および複合窒素源が挙げられる。このような
窒素源としては、無水アンモニア、アンモニウム塩ならびに動物起源、植物起源および/
または微生物起源の物質が挙げられる。適切な窒素源としては、これだけに限定されない
が、タンパク質加水分解産物、微生物バイオマス加水分解産物、ペプトン、酵母抽出物、
硫酸アンモニウム、尿素、およびアミノ酸が挙げられる。一般には、培養培地中の窒素源
の濃度は、約0.1g/L超、好ましくは約0.25g/L超、より好ましくは約1.0
g/L超である。しかし、ある特定の濃度を超えると、窒素源を培養培地に添加すること
は微生物の成長のために有利ではない。結果として、培養培地中の窒素源の濃度は、約2
0g/L未満、好ましくは約10g/L未満、より好ましくは約5g/L未満である。さ
らに、いくつかの場合には、培養中に培養培地から窒素源を枯渇させることが望ましい。
有効な培養培地は、無機塩、ビタミン、微量金属または成長プロモーターなどの他の化
合物を含有してよい。このような他の化合物は、有効な培地中の炭素、窒素または無機物
供給源の中に存在してもよく、培地に特異的に添加することもできる。
培養培地は、適切なリン酸源も含有してよい。このようなリン酸源は、無機リン酸源お
よび有機リン酸源の両方を含む。好ましいリン酸源としては、これだけに限定されないが
、リン酸二水素ナトリウムまたはリン酸一水素ナトリウム、リン酸二水素カリウムまたは
リン酸一水素カリウム、リン酸アンモニウムならびにこれらの混合物などのリン酸塩が挙
げられる。一般には、培養培地中のリン酸の濃度は約1.0g/L超、好ましくは約2.
0g/L超、より好ましくは約5.0g/L超である。しかし、ある特定の濃度を超える
と、リン酸を培養培地に添加することは、微生物の成長のために有利ではない。したがっ
て、培養培地中のリン酸の濃度は、一般には約20g/L未満、好ましくは約15g/L
未満、より好ましくは約10g/L未満である。
適切な培養培地は、マグネシウムの供給源も、好ましくは硫酸マグネシウム七水和物な
どの生理的に許容される塩の形態で含んでよいが、同様の量のマグネシウムをもたらす濃
度の他のマグネシウム源を使用することができる。一般には、培養培地中のマグネシウム
の濃度は約0.5g/L超、好ましくは約1.0g/L超、より好ましくは約2.0g/
L超である。しかし、ある特定の濃度を超えると、マグネシウムを培養培地に添加するこ
とは微生物の成長のために有利ではない。したがって、培養培地中のマグネシウムの濃度
は、一般には、約10g/L未満、好ましくは約5g/L未満、より好ましくは約3g/
L未満である。さらに、いくつかの場合には、培養中に培養培地からマグネシウム源を枯
渇させることが望ましい。
一部の実施形態では、培養培地は、クエン酸三ナトリウムの二水和物などの生物学的に
許容されるキレート化剤も含んでよい。このような例では、培養培地中のキレート化剤の
濃度は約0.2g/L超、好ましくは約0.5g/L超、より好ましくは約1g/L超で
ある。しかし、ある特定の濃度を超えると、キレート化剤を培養培地に添加することは微
生物の成長のために有利ではない。したがって、培養培地中のキレート化剤の濃度は、一
般には、約10g/L未満、好ましくは約5g/L未満、より好ましくは約2g/L未満
である。
培養培地は、培養培地の所望のpHを維持するために生物学的に許容される酸または塩
基を最初に含んでもよい。生物学的に許容される酸としては、これだけに限定されないが
、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸およびこれらの混合物が挙げられる。生物学的に許容される
塩基としては、これだけに限定されないが、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウムおよびこれらの混合物が挙げられる。一部の実施形態では、使用される塩基
は水酸化アンモニウムである。
培養培地は、これだけに限定されないが塩化カルシウムを含めた生物学的に許容される
カルシウム源も含んでよい。一般には、培養培地中の塩化カルシウム二水和物などのカル
シウム源の濃度は、約5mg/Lから約2000mg/Lまでの範囲内、好ましくは約2
0mg/Lから約1000mg/Lまでの範囲内、より好ましくは約50mg/Lから約
500mg/Lまでの範囲内である。
培養培地は、塩化ナトリウムも含んでよい。一般には、培養培地中の塩化ナトリウムの
濃度は、約0.1g/Lから約5g/Lまでの範囲内、好ましくは約1g/Lから約4g
/Lまでの範囲、より好ましくは約2g/Lから約4g/Lまでの範囲内である。
一部の実施形態では、培養培地は、微量金属も含んでよい。このような微量金属は、便
宜上、培養培地の残りの部分とは別に調製することができるストック溶液として培養培地
に添加することができる。一般には、培養培地に添加されるこのような微量金属溶液の量
は、約1ml/L超、好ましくは約5mL/L超、より好ましくは約10mL/L超であ
る。しかし、ある特定の濃度を超えると、微量金属を培養培地に添加することは微生物の
成長のために有利ではない。したがって、培養培地に添加されるこのような微量金属溶液
の量は、一般には、約100mL/L未満、好ましくは約50mL/L未満、より好まし
くは約30mL/L未満である。微量金属をストック溶液に添加することに加えて、個々
の成分を、それぞれが上記の微量金属溶液の範囲により規定される成分の量に独立に対応
する範囲内で別々に添加してもよいことに留意するべきである。
培養培地は、パントテン酸、ビオチン、カルシウム、パントテン酸、イノシトール、ピ
リドキシン−HCl、およびチアミン−HClなどの他のビタミンも含んでよい。このよ
うなビタミンは、便宜上、培養培地の残りの部分とは別に調製することができるストック
溶液として培養培地に添加することができる。しかし、ある特定の濃度を超えると、ビタ
ミンを培養培地に添加することは微生物の成長のために有利ではない。
本明細書に記載の発酵方法は、これだけに限定されないが、回分、流加、細胞再利用、
連続および半連続を含めた従来の培養方式で実施することができる。一部の実施形態では
、発酵は流加方式で行われる。このような場合、発酵の産生段階の間のパントテン酸を含
めた培地の成分のいくつかは培養中に枯渇させる。一部の実施形態では、このような成分
を、例えば産生段階の最初に比較的高濃度で培養物に補充し、その結果、添加が必要にな
るまでの期間にわたって成長および/またはイソプレノイド産生を支持することができる
。これらの成分の好ましい範囲を、レベルが培養物から枯渇したら添加を行うことによっ
て培養全体を通して維持する。培養培地中の成分のレベルは、例えば、定期的に培養培地
から試料採取し、濃度についてアッセイすることによってモニターすることができる。あ
るいは、標準の培養手順を展開したら、培養全体を通して特定の時間における既知のレベ
ルに対応する時間設定した間隔で添加を行うことができる。当業者には理解される通り、
栄養分の消費の速度は、培養中に培地の細胞密度が上昇するにつれて上昇する。さらに、
外来微生物が培養培地中に導入されることを回避するために、当技術分野で公知の無菌添
加法を使用して添加を実施する。さらに、培養中に少量の消泡剤を添加することができる
培養培地の温度は、遺伝子改変細胞の成長および/またはイソプレノイドの産生に適し
た任意の温度であってよい。例えば、培養培地に種菌を接種する前に、培養培地を約20
℃から約45℃までの範囲内の温度、好ましくは約25℃から約40℃までの範囲内の温
度、より好ましくは約28℃から約32℃までの範囲内の温度にし、その温度で維持する
ことができる。
培養培地のpHは、酸または塩基を培養培地に添加することによって制御することがで
きる。pHを制御するためにアンモニアを使用する場合では、アンモニアは培養培地中の
窒素源としての機能も都合よく果たす。pHは約3.0から約8.0まで、より好ましく
は約3.5から約7.0まで、最も好ましくは約4.0から約6.5までで維持すること
が好ましい。
一部の実施形態では、培養培地のグルコース濃度などの炭素源濃度を培養中にモニター
する。培養培地のグルコース濃度は、例えば、上清、例えば培養培地の無細胞成分などの
グルコース濃度をモニターするために使用することができるグルコースオキシダーゼ酵素
試験または高圧液体クロマトグラフィーの使用などの公知の技法を使用してモニターする
ことができる。前記の通り、炭素源濃度は、細胞の成長阻害が起こるレベルよりも低く維
持するべきである。このような濃度は生物体によって変動し得るが、炭素源としてのグル
コースに関しては、約60g/Lを超えるグルコース濃度で細胞の成長阻害が起こり、こ
れは試験によって容易に決定することができる。したがって、グルコースを炭素源として
使用する場合、グルコースを発酵槽に送り込み、検出限界未満に維持することが好ましい
。あるいは、培養培地中のグルコース濃度を約1g/Lから約100g/Lまでの範囲内
、より好ましくは約2g/Lから約50g/Lまでの範囲内、およびさらにより好ましく
は約5g/Lから約20g/Lまでの範囲内で維持する。炭素源濃度は、例えば、実質的
に純粋なグルコース溶液を添加することによって所望のレベル内に維持することができる
が、元の培養培地の一定分量を添加することによって培養培地の炭素源濃度を維持するこ
とが許容され、それが好ましい場合がある。元の培養培地の一定分量の使用は、培地中の
他の栄養分 (例えば、窒素源およびリン酸源)の濃度を同時に維持することができるの
で、望ましい場合がある。同様に、培養培地中の微量金属濃度を、微量金属溶液の一定分
量を添加することによって維持することができる。
5.6.12 イソプレノイドの回収
イソプレノイドが宿主細胞によって産生されたら、それを、その後の使用のために、当
技術分野で公知の任意の適切な分離および精製方法を使用して回収または単離することが
できる。一部の実施形態では、イソプレノイドを含む有機相を発酵物から遠心分離によっ
て分離する。他の実施形態では、イソプレノイドを含む有機相を発酵物から自然に分離さ
せる。他の実施形態では、イソプレノイドを含む有機相を発酵物から解乳化剤および/ま
たは造核剤を発酵反応物に添加することによって分離する。解乳化剤の実例としては、凝
集剤および凝固薬が挙げられる。造核剤の実例としては、イソプレノイド自体の液滴なら
びにドデカン、ミリスチン酸イソプロピル(isopropyl myristrate
)、およびオレイン酸メチルなどの有機溶媒が挙げられる。
これらの細胞において産生されるイソプレノイドは、培養上清中に存在し、かつ/また
は宿主細胞に付随し得る。イソプレノイドが宿主細胞に付随する実施形態では、イソプレ
ノイドの回収は、細胞を透過処理または溶解する方法を含み得る。その代わりに、または
それと同時に、これだけに限定されないが、クロマトグラフィー、抽出、溶媒抽出、膜分
離、電気透析、逆浸透、蒸留、化学的な誘導体化および結晶化を含めた回収プロセスを使
用して培養培地中のイソプレノイドを回収することができる。
一部の実施形態では、イソプレノイドを有機相中に存在し得る他の産物から分離する。
一部の実施形態では、分離は、吸着、蒸留、ガス−液体抽出(ストリッピング)、液液抽
出(溶媒抽出)、限外濾過、および標準のクロマトグラフィー技法を使用して実現される
5.7 ポリケチド
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、アセチルCoAか
らポリケチドを産生することができる。ポリケチドは、協調した活性部位の群を含有する
大きな多酵素タンパク質複合体である、ポリケチドシンターゼ(PKS)と称される酵素
活性の集合により触媒される逐次的な反応によって合成される。ポリケチド生合成は、ア
セチルCoA、プロピオニルCoA、ブチリルCoAなどの単純な2炭素構成要素、3炭
素構成要素、4炭素構成要素およびそれらの活性化された誘導体であるマロニルCoA、
メチルマロニルCoAおよびエチルマロニルCoAから始まり、主にクライゼン縮合反応
によるマロニルCoA由来単位の脱炭酸縮合を通じて段階的に進行する。PKS遺伝子は
通常、細菌において、および真核生物における遺伝子クラスターにおいて1つのオペロン
内に組織化されている。3つの型のポリケチドシンターゼが特徴付けられている:I型ポ
リケチドシンターゼは、大きな、高度なモジュラータンパク質であり、2つのクラス:1
)ドメインを周期的に再使用する反復PKSおよび2)別々のモジュール配列を含有し、
ドメインを繰り返さないモジュラーPKSに細分される。II型ポリケチドシンターゼは
、単機能性タンパク質の凝集体であり、III型ポリケチドシンターゼはアシル担体タン
パク質ドメインを使用しない。
連続的な鎖伸長ステップのそれぞれに下記の通りケト還元、脱水およびエノイル、還元
の固定されたひと続きがある脂肪酸の生合成とは異なり、ポリケチド生合成の個々の鎖伸
長中間体は、官能基修飾の全てを受けるか、官能基修飾の一部を受けるか、官能基修飾を
受けないかであり、それにより、多数の化学的に多様な産物がもたらされる。異なる開始
単位および鎖伸長単位の使用ならびに新しい立体異性体の生成により、さらなる複雑さが
生じる。
ポリケチドシンターゼにより導かれる完全なポリケチド合成の順序は以下に従う(N末
端からC末端の順序で):アシル担体タンパク質への最初の炭素構成要素の開始またはロ
ーディング、成長しているマクロライド鎖の伸長を触媒する伸長モジュールおよび合成さ
れたマクロライドの放出を触媒する終結モジュール。この生合成において活性な成分ドメ
インまたは別々の酵素機能性としては、開始剤、伸長剤および中間アシル単位のローディ
ングのためのアシル−トランスフェラーゼ;成長しているマクロライドをチオールエステ
ルとして保持するアシル担体タンパク質;鎖伸長を触媒するβ−ケト−アシルシンターゼ
;アルコール官能性への最初の還元に関与するβ−ケトレダクターゼ;水を排除して不飽
和チオールエステルを生じさせるデヒドラターゼ;最終的な還元を触媒して完全に飽和さ
せるエノイルレダクターゼ、およびマクロライドの放出および環化を触媒するチオールエ
ステラーゼが挙げられる。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、アセチルCoAお
よびマロニルCoAの少なくとも1つをアシル担体タンパク質と縮合させることができる
酵素、例えばアシル−トランスフェラーゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、アセチルCoA
およびマロニルCoAからなる群から選択される第1の反応物とマロニルCoAまたはメ
チルマロニル−CoAからなる群から選択される第2の反応物を縮合させてポリケチド産
物を形成することができる酵素、例えばβ−ケト−アシルシンターゼをコードする異種ヌ
クレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、ポリケチド化合
物上のβ−ケト化学基をβ−ヒドロキシ基に還元することができる酵素、例えばβ−ケト
レダクターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、ポリケチド化合
物のアルカン化学基を脱水させてα−β−不飽和アルケンを産生することができる酵素、
例えばデヒドラターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、ポリケチド化合
物のα−β−二重結合を飽和アルカンに還元することができる酵素、例えばエノイル−レ
ダクターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、アシル担体タン
パク質からポリケチド化合物を加水分解することができる酵素、例えばチオエステラーゼ
をコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、KS触媒領域を含む酵素をコードする1
種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細
胞は、AT触媒領域を含む酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を
含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、AT触媒領域を含む酵素をコードす
る2種以上の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は
、CLF触媒領域を含む酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含
む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、ACP活性を含む酵素をコードする1
種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細
胞は、ACP活性を含む酵素をコードする2種以上の異種ヌクレオチド配列を含む。
特定の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、最小の芳香族PKS系、例えば、それぞ
れKS触媒領域を含む酵素、AT触媒領域を含む酵素、CLF触媒領域を含む酵素、およ
びACP活性を含む酵素をコードする異種ヌクレオチド配列を含む。特定の実施形態では
、ポリケチド産生細胞は、最小のモジュラーPKS系、例えば、それぞれKS触媒領域を
含む酵素、AT触媒領域を含む酵素、およびACP活性を含む酵素をコードする異種ヌク
レオチド配列を含む。さらに別の特定の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、新規のポ
リケチド合成のためのモジュラー芳香族PKS系、例えば、それぞれKS触媒領域を含む
酵素、AT触媒領域を含む1種または複数種の酵素、およびACP活性を含む1種または
複数種の酵素をコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、最小のPKS系、例えば、最小の芳香族PKS系または最小のモ
ジュラーPKS系を含むポリケチド産生細胞は、最終産物ポリケチドの産生に寄与し得る
追加の触媒活性をさらに含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、新生ポリケ
チド骨格の環化を容易にするシクラーゼ(CYC)触媒領域を含む酵素をコードする1種
または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞
は、ケトレダクターゼ(KR)触媒領域を含む酵素をコードする1種または複数種の異種
ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、アロマターゼ(
ARO)触媒領域を含む酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含
む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、エノイルレダクターゼ(ER)触媒領
域を含む酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施
形態では、ポリケチド産生細胞は、チオエステラーゼ(TE)触媒領域を含む酵素をコー
ドする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、ポリケチ
ド産生細胞は、ACPのパンテテイニル化をもたらすホロACPシンターゼ活性を含む酵
素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列をさらに含む。
一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、合成後ポリケチド修飾活性を付与する1
種または複数種の異種ヌクレオチド配列をさらに含む。一部の実施形態では、ポリケチド
産生細胞は、例えば、抗生物質活性を有するポリケチドが望まれる場合に、ポリケチドの
合成後修飾をもたらすグリコシラーゼ活性を含む酵素をコードする1種または複数種の異
種ヌクレオチド配列をさらに含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、ヒドロ
キシラーゼ活性を含む酵素をコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列をさら
に含む。一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、エポキシダーゼ活性を含む酵素を
コードする1種または複数種の異種ヌクレオチド配列をさらに含む。一部の実施形態では
、ポリケチド産生細胞は、メチラーゼ活性を含む酵素をコードする1種または複数種の異
種ヌクレオチド配列をさらに含む。
一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、これだけに限定されないが、ポリケチド
合成経路の酵素の少なくとも1種、および、アセチルCoA化合物を修飾して、マクロラ
イド、抗生物質、抗真菌薬、細胞増殖抑制化合物、抗コレステロール化合物、抗寄生虫化
合物、コクシジウム抑制化合物、動物成長プロモーターまたは殺虫剤などのポリケチド産
物形成することができる酵素を含めた生合成酵素をコードする1種または複数種の異種ヌ
クレオチド配列をさらに含む。一部の実施形態では、HACD化合物はポリエンである。
一部の実施形態では、HACD化合物は環状ラクトンである。一部の実施形態では、HA
CD化合物は、14員、15員、または16員のラクトン環を含む。一部の実施形態では
、HACD化合物は、ポリケチドマクロライド、抗生物質、抗真菌薬、細胞増殖抑制薬、
抗コレステロール薬、抗寄生虫薬、コクシジウム抑制薬、動物成長プロモーターおよび殺
虫剤からなる群から選択されるポリケチドである。
一部の実施形態では、ポリケチド産生細胞は、異種ヌクレオチド配列、例えば、これだ
けに限定されないが、以下のポリケチドから選択されるポリケチドを産生することができ
るPKS酵素およびポリケチド修飾酵素をコードする配列を含む:アベルメクチン(例え
ば、米国特許第5,252,474号;米国特許第4,703,009号;欧州特許公開
第118,367号;MacNeilら、1993年、「Industrial Mic
roorganisms: Basic and Applied Molecular
Genetics」;Baltz、Hegeman、& Skatrud編(ASM)
、245〜256頁、「A Comparison of the Genes Enc
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ectin, Erythromycin, and Nemadectin」;Mac
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およびOmura、1997年、Chem. Res. 97巻:2599〜2609頁
を参照されたい);カンジシジン(FR008)(例えば、Huら、1994年、Mol
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ン、クラマイシン(例えば、Berghら、Biotechnol Appl Bioc
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シン(例えば、J Bacteriol. 1994年10月;176巻(20号):6
270〜80頁を参照されたい);エポチロン(例えば、PCT公開第99/66028
号;およびPCT公開第00/031247号を参照されたい);エリスロマイシン(例
えば、PCT公開第93/13663号;米国特許第6,004,787号;米国特許第
5,824,513号;Donadioら、1991年、Science 252巻:6
75〜9頁;およびCortesら、1990年11月8日、Nature 348巻:
176〜8頁を参照されたい);FK−506(例えば、Motamediら、1998
年;Eur. J Biochem. 256巻:528〜534頁;およびMotam
ediら、1997年、Eur. J Biochem. 244巻:74〜80頁を参
照されたい);FK−520(例えば、PCT公開第00/020601号;およびNi
elsenら、1991年、Biochem. 30巻:5789〜96頁を参照された
い);グリセウシン(Griseusin)(例えば、Yuら、J Bacteriol
. 1994年5月;176巻(9号):2627〜34頁を参照されたい);ロバスタ
チン(例えば、米国特許第5,744,350号を参照されたい);フレノリシン(Fr
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月3日;142巻(1号):31〜9頁を参照されたい);グラナチシン(例えば、Sh
ermanら、EMBO J. 1989年9月;8巻(9号):2717〜25頁;お
よびBechtoldら、Mol Gen Genet. 1995年9月20日;24
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oseら、Microbiology 2003年7月;149巻(Pt7号):163
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、Kitaoら、J Antibiot(Tokyo)、1980年7月;33巻(7号
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Kimら、Gene. 1994年4月8日;141巻(1号):141〜2頁を参照さ
れたい);ピクロマイシン(例えば、PCT公開第99/61599号;PCT公開第0
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5巻(11号):661〜667頁;Xueら、1998年10月、Proc. Nat
l. Acad. Sci. USA 95巻:12111〜12116頁を参照された
い);プラテノリド(例えば、欧州特許公開第791,656号;および米国特許第5,
945,320号を参照されたい);ラパマイシン(例えば、Schweckeら、19
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6頁を参照されたい);リファマイシン(例えば、PCT公開第WO98/07868号
;およびAugustら、1998年2月13日、Chemistry & Biolo
gy、5巻(2号):69〜79頁を参照されたい);ソランギウム(Sorangiu
m)(例えば、米国特許第6,090,601号を参照されたい);ソラフェン(例えば
、米国特許第5,716,849号;Schuppら、1995年、J. Bacter
iology 177巻:3673〜3679頁を参照されたい);スピノシン(例えば
、PCT公開第99/46387号を参照されたい);スピラマイシン(例えば、米国特
許第5,098,837号を参照されたい);テトラセノマイシン(例えば、Summe
rsら、J Bacteriol. 1992年3月;174巻(6号):1810〜2
0頁;およびShenら、J Bacteriol. 1992年6月;174巻(11
号):3818〜21頁を参照されたい);テトラサイクリン(例えば、J Am Ch
em Soc. 2009年12月9日;131巻(48号):17677〜89頁を参
照されたい);タイロシン(例えば、米国特許第5,876,991号;米国特許第5,
672,497号;米国特許第5,149,638号;欧州特許公開第791,655号
;欧州特許公開第238,323号;Kuhstossら、1996年、Gene 18
3巻:231〜6頁;ならびにMerson−Davies およびCundliffe
、1994年、Mol. Microbiol. 13巻:349〜355頁を参照され
たい);および6−メチルサリチル酸(methylsalicyclic acid)
(例えば、Richardsonら、Metab Eng. 1999年4月;1巻(2
号):180〜7頁;およびShaoら、Biochem Biophys Res C
ommun. 2006年6月23日;345巻(1号):133〜9頁を参照されたい
)。
5.8 脂肪酸
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞は、アセチルCoAか
ら脂肪酸を産生することができる。脂肪酸は、脂肪酸シンターゼにより触媒されるアセチ
ルCoAおよびマロニルCoAからの一連の脱炭酸クライゼン縮合反応によって合成され
る。ポリケチドシンターゼと同様に、脂肪酸シンターゼは単一の酵素ではなく、272k
Daの多機能性ポリペプチドで構成され、基質が1つの機能性ドメインから次の機能性ド
メインに渡される酵素系である。2つの主要なクラスの脂肪酸シンターゼが特徴付けられ
ている:I型脂肪酸シンターゼは、哺乳動物および真菌(しかし真菌のシンターゼと哺乳
動物のシンターゼの構造的配置は異なる)および細菌のCMN群(コリネバクテリア、マ
イコバクテリア、およびノカルジア)に共通する単一の多機能性ポリペプチドである。古
細菌および真正細菌に見いだされるII型シンターゼは、脂肪酸の合成に関与する一連の
別個の単機能性酵素である。シンターゼの2つのクラスにおける脂肪酸の伸長および還元
の機構は、これらの触媒事象に関与する酵素ドメインの大部分が2つのクラスの間で相同
であるので、同じである。
脱炭酸クライゼン縮合反応における脂肪酸鎖の伸長の各ラウンド後に、ケトレダクター
ゼ、デヒドラターゼ、およびエノールレダクターゼの逐次的な作用によってβ−ケト基が
完全に飽和した炭素鎖に還元される。成長している脂肪酸鎖はアシル担体タンパク質に付
着したこれらの活性部位間を移動し、最終的には、炭素鎖の長さが16(パルミチン酸(
palmitidic acid))に達するとチオエステラーゼの作用によって放出さ
れる。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、これだけに限定
されないが、脂肪酸合成経路の酵素の少なくとも1種、およびアセチルCoA化合物を修
飾して、パルミチン酸、パルミトイルCoA、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン
酸、リノール酸、α−リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、エルカ酸、お
よびドコサヘキサエン酸などの脂肪酸産物を形成することができる酵素を含めた生合成酵
素をコードする異種ヌクレオチド配列を含む。一部の実施形態では、HACD化合物は、
パルミチン酸、パルミトイルCoA、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、リノ
ール酸、α−リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、エルカ酸、およびドコ
サヘキサエン酸からなる群から選択される脂肪酸である。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、アセチルCoA
およびマロニルCoAの少なくとも1つをアシル担体タンパク質と共有結合により連結す
ることができる酵素、例えばアシル−トランスフェラーゼをコードする異種ヌクレオチド
配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、それぞれアシル
担体タンパク質(ACP)に結合したアセチル化学的部分とマロニル化学的部分を縮合さ
せてアセトアセチル−ACPを形成することができる酵素、例えばβ−ケトアシル−AC
Pシンターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、NADPHを用
いてアセトアセチル−ACP内の二重結合を還元してD−3−ヒドロキシブチリルヒドロ
キシラーゼ−ACP内にヒドロキシル基を形成することができる酵素、例えば、β−ケト
アシル−ACPレダクターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、D−3−ヒドロ
キシブチリルヒドロキシラーゼ−ACPを脱水してベータ炭素とガンマ炭素の間に二重結
合を創出し、それによりクロトニル−ACPを形成することができる酵素、例えばβ−ヒ
ドロキシアシル−ACPデヒドラーゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、NADPHを用
いてクロトニルACPを還元してブチリル−ACPを形成することができる酵素、例えば
エノイルACPレダクターゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺伝子改変微生物は、アシル担体タン
パク質からC16アシル化合物を加水分解してパルミチン酸を形成することができる酵素
、例えばチオエステラーゼをコードする異種ヌクレオチド配列を含む。
一部の実施形態では、脂肪酸産生細胞は、遺伝子改変されていない親細胞と比較して1
種または複数種の脂肪酸の産生の増大をもたらすために、アセチルCoAシンターゼおよ
び/またはマロニルCoAシンターゼをコードする1種または複数種の異種ヌクレオチド
配列を含む。
例えば、アセチルCoA産生を増大させるために、以下の遺伝子のうちの1つまたは複
数を細胞において発現させることができる:pdh、panK、aceEF(ピルビン酸
および2−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体のEIpデヒドロゲナーゼ成分およ
びE2pジヒドロリポアミドアシルトランスフェラーゼ成分をコードする)、fabH、
fabD、fabG、acpP、およびfabF。このような酵素をコードするヌクレオ
チド配列の実例としては、これだけに限定されないが、pdh(BAB34380、AA
C73227、AAC73226)、panK(coaA、AAC76952としても公
知)、aceEF(AAC73227、AAC73226)、fabH(AAC7417
5)、fabD(AAC74176)、fabG(AAC74177)、acpP(AA
C74178)、fabF(AAC74179)が挙げられる。
一部の実施形態では、細胞において脂肪酸分解に関与するタンパク質をコードする遺伝
子を減弱させるまたはノックアウトすることにより、脂肪酸レベルの上昇をもたらすこと
ができる。例えば、fadE、gpsA、idhA、pflb、adhE、pta、po
xB、ackA、および/またはackBの発現レベルを、工学的に操作された宿主細胞
において、当技術分野で公知の技法を使用して減弱させるまたはノックアウトすることが
できる。このようなタンパク質をコードするヌクレオチド配列の実例としては、これだけ
に限定されないが、fadE(AAC73325)、gspA(AAC76632)、I
dhA(AAC74462)、pflb(AAC73989)、adhE(AAC743
23)、pta(AAC75357)、poxB(AAC73958)、ackA(AA
C75356)、およびackB(BAB81430)が挙げられる。生じた宿主細胞を
適切な環境で成長させると、アセチルCoA産生レベルが上昇する。
一部の実施形態では、脂肪酸産生細胞は、アセチルCoAをマロニルCoAに変換する
ことができる酵素、例えば、多サブユニットAccABCDタンパク質をコードする異種
ヌクレオチド配列を含む。AccABCDをコードする適切なヌクレオチド配列の実例と
しては、これだけに限定されないが、受託番号AAC73296、EC6.4.1.2が
挙げられる。
一部の実施形態では、脂肪酸産生細胞は、リパーゼをコードする異種ヌクレオチド配列
を含む。リパーゼをコードする適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定
されないが、受託番号CAA89087およびCAA98876が挙げられる。
一部の実施形態では、細胞において、脂肪酸生合成経路の初期のステップ(例えば、a
ccABCD、fabH、およびfabl)を阻害する長鎖アシルACPのレベルの上昇
を導く可能性があるPlsBを阻害することにより、脂肪酸レベルの上昇を実施すること
ができる。PlsBの発現レベルは、工学的に操作された宿主細胞において、当技術分野
で公知の技法を使用して減弱させるまたはノックアウトすることができる。PlsBをコ
ードする適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、受託番号
AAC77011が挙げられる。特定の実施形態では、plsB D31 IE変異を使
用して、細胞における利用可能なアシル−CoAの量を増大させることができる。
一部の実施形態では、細胞において、fabAの抑制をもたらすsfa遺伝子を過剰発
現させることにより、一価不飽和脂肪酸の産生の増大をもたらすことができる。sfaを
コードする適切なヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定されないが、受託番
号AAN79592が挙げられる。
一部の実施形態では、細胞において、脂肪酸基質の鎖長を制御する酵素、例えばチオエ
ステラーゼの発現を調節することにより、脂肪酸レベルの上昇をもたらすことができる。
一部の実施形態では、脂肪酸産生細胞は、tes遺伝子またはfat遺伝子を過剰発現す
るように改変されている。適切なtesヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限
定されないが、受託番号:(tesA:AAC73596、E.coli由来、C18:
脂肪酸を産生することができる)および(tesB:AAC73555、E.coli
由来)が挙げられる。適切なfatヌクレオチド配列の実例としては、これだけに限定さ
れないが、(fatB:Q41635およびAAA34215、Umbellulari
a california由来、C12:0脂肪酸を産生することができる)、(fat
B2:Q39513およびAAC49269、Cuphea hookeriana由来
、C8:0〜C10:0脂肪酸を産生することができる)、(fatB3:AAC492
69およびAAC72881、Cuphea hookeriana由来、C14:0
16:0脂肪酸を産生することができる)、(fatB:Q39473およびAAC4
9151、Cinnamonum camphorum由来、C14:0脂肪酸を産生す
ることができる)、(fatB[M141T]:CAA85388、Arabidops
is thaliana由来、C16:1脂肪酸を産生することができる)、(fatA
:NP 189147およびNP 193041、Arabidopsis thali
ana由来、C18:1脂肪酸を産生することができる)、(fatA:CAC3910
6、Bradvrhiizobium japonicum由来、C18:1脂肪酸を優
先的に産生することができる)、(fatA:AAC72883、Cuphea hoo
keriana由来、C18:1脂肪酸を産生することができる)、および(fatA1
、AAL79361、Helianthus annus由来)が挙げられる。
一部の実施形態では、細胞において、当技術分野で公知の技法を使用してチオエステラ
ーゼC18の発現または活性を減弱させることにより、C10脂肪酸のレベルの上昇をも
たらすことができる。チオエステラーゼC18をコードする適切なヌクレオチド配列の実
例としては、これだけに限定されないが、受託番号AAC73596およびP0ADA1
が挙げられる。他の実施形態では、細胞において、当技術分野で公知の技法を使用してチ
オエステラーゼC10の発現または活性を増大させることにより、C10脂肪酸のレベル
の上昇をもたらすことができる。チオエステラーゼC10をコードする適切なヌクレオチ
ド配列の実例としては、これだけに限定されないが、受託番号Q39513が挙げられる
一部の実施形態では、細胞において、当技術分野で公知の技法を使用して非C14脂肪
酸を産生する内因性チオエステラーゼの発現または活性を減弱させることにより、C14
脂肪酸のレベルの上昇をもたらすことができる。他の実施形態では、細胞において、当技
術分野で公知の技法を使用して基質C14−ACPを使用するチオエステラーゼの発現ま
たは活性を増大させることにより、C14脂肪酸のレベルの上昇をもたらすことができる
。このようなチオエステラーゼをコードする適切なヌクレオチド配列の実例としては、こ
れだけに限定されないが、受託番号Q39473が挙げられる。
一部の実施形態では、細胞において、当技術分野で公知の技法を使用して非C12脂肪
酸を産生する内因性チオエステラーゼの発現または活性を減弱させることにより、C12
脂肪酸のレベルの上昇をもたらすことができる。他の実施形態では、細胞において、当技
術分野で公知の技法を使用して基質C12−ACPを使用するチオエステラーゼの発現ま
たは活性を増大させることにより、C12脂肪酸のレベルの上昇をもたらすことができる
。このようなチオエステラーゼをコードする適切なヌクレオチド配列の実例としては、こ
れだけに限定されないが、受託番号Q41635が挙げられる。
5.9 他の化合物を産生するためのPK/PTA
一部の実施形態では、本明細書で提供される遺伝子改変宿主細胞(例えば、PK/PT
Aおよびアセチルホスファターゼ活性、例えば、RHR2、HOR2またはその相同体を
コードするポリペプチドの機能的破壊を含む宿主細胞)を、米国特許出願公開第2012
0156735号に記載の通り、細胞内ピルビン酸から開始されて、例えば、2,3−ブ
タンジオール、2−ブタノール、2−ブタノン、バリン、ロイシン、乳酸、リンゴ酸塩、
イソアミルアルコール、およびイソブタノールが産生される生合成経路が発現されるよう
に工学的に操作する。生合成経路による産物形成へのピルビン酸の利用可能性を増大させ
るために、ピルビン酸を利用する生合成経路を発現するように工学的に操作された組換え
宿主細胞における酵素ピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)の破壊が使用されている
。ピルビン酸を利用する生合成経路の産物を産生するためにPDC−KO組換え宿主細胞
を使用することができるが、PDC−KO組換え宿主細胞はそれらが成長するために、外
因性炭素基質の補充(例えば、エタノールまたはアセテート)を必要とする。特に、2種
の外因性炭素基質が必要であり、そのうちの一方が所望の産物に変換され、他方は成長す
るためにこのような補充を必要とする組換え宿主細胞によって完全にまたは部分的にアセ
チルCoAに変換される。しかし、異種ホスホケトラーゼ経路の発現により、異種PK/
PTAでないPDC−KO細胞と比較して、その成長のためにこれらの外因性炭素基質を
もたらす必要性が低下するまたは排除される。したがって、アセチルホスフェートのアセ
テートへの加水分解を触媒することができるRHR2、HOR2またはその相同体の追加
の機能的破壊により、これらの細胞において細胞の成長のために利用可能な基質としての
アセチルCoAの供給を増大させるPK/PTAの能力がさらに改善されることが予想さ
れる。
5.10 遺伝子改変細胞を作製する方法
本明細書では、上記の改変のうちの1つまたは複数、例えば、PK、PTA、および/
または、例えばアセチルCoA由来化合物の生合成経路の酵素をコードする1種または複
数種の異種核酸を含むように遺伝子操作された宿主細胞を作出するための方法も提供され
る。宿主細胞における異種酵素の発現は、酵素をコードするヌクレオチド配列を、宿主細
胞における発現を可能にする調節エレメントの制御下で含む核酸を宿主細胞に導入するこ
とによって実現することができる。一部の実施形態では、核酸は、染色体外プラスミドで
ある。他の実施形態では、核酸は、ヌクレオチド配列を宿主細胞の染色体に組み込むこと
ができる染色体内組み込みベクターである。
これらのタンパク質をコードする核酸は、それだけに限定することなく当業者に公知の
任意の方法によって宿主細胞に導入することができる(例えば、Hinnenら(197
8年)Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75巻:1292〜3
頁;Creggら(1985年)Mol. Cell. Biol. 5巻:3376〜
3385頁;Goeddelら編、1990年、Methods in Enzymol
ogy、185巻、Academic Press, Inc.、CA;Krieger
、1990年、Gene Transfer and Expression −− A
Laboratory Manual、Stockton Press、NY;Sam
brookら、1989年、Molecular Cloning −− A Labo
ratory Manual、Cold Spring Harbor Laborat
ory、NY;およびAusubelら編、現行版、Current Protocol
s in Molecular Biology、Greene Publishing
Associates and Wiley Interscience、NYを参照
されたい)。例示的な技法としては、これだけに限定されないが、スフェロプラスト法、
電気穿孔、PEG1000媒介性形質転換、および酢酸リチウムまたは塩化リチウム媒介
性形質転換が挙げられる。
宿主細胞における酵素のコピー数は、酵素をコードする遺伝子の転写を改変することに
よって変更することができる。これは、例えば、酵素をコードするヌクレオチド配列のコ
ピー数を改変することによって(例えば、ヌクレオチド配列を含む発現ベクターのより多
くのもしくはより少ないコピー数を使用することによって、またはヌクレオチド配列の追
加のコピーを宿主細胞のゲノムに導入することによって、または宿主細胞のゲノム内のヌ
クレオチド配列を欠失させるもしくは破壊することによって)、オペロンのポリシストロ
ニックmRNA上のコード配列の順序を変化させること、もしくはオペロンを分割して、
それぞれがそれ自体制御エレメントを有する個々の遺伝子にすることによって、またはヌ
クレオチド配列が作動可能に連結したプロモーターもしくはオペレーターの強度を増大さ
せることによって実現することができる。その代わりに、またはそれに加えて、宿主細胞
における酵素のコピー数を、酵素をコードするmRNAの翻訳のレベルを改変することに
よって変更することができる。これは、例えば、mRNAの安定性を改変すること、リボ
ソーム結合部位の配列を改変すること、酵素コード配列のリボソーム結合部位と開始コド
ンの間の距離または配列を改変すること、酵素コード領域の開始コドンの5’側の「上流
」に位置するもしくはそれと近接するシストロン間領域全体を改変すること、ヘアピンお
よび特殊化された配列を使用してmRNA転写物の3’末端を安定化すること、酵素のコ
ドン使用を改変すること、酵素の生合成において使用される稀なコドンtRNAの発現を
変更すること、ならびに/または酵素の安定性を、例えば、そのコード配列の変異によっ
て増大させることによって実現することができる。
宿主細胞における酵素の活性は、これだけに限定されないが、宿主細胞において溶解性
の増大または減少を示す改変された形態の酵素を発現させること、酵素の活性の阻害をも
たらすドメインを欠く変更された形態の酵素を発現させること、基質に対するKcatが
高いもしくは低いまたはKmが低いもしくは高い改変された形態の酵素を発現させること
、または経路内の別の分子によるフィードバック調節もしくはフィードフォワード調節の
影響を多かれ少なかれ受ける変更された形態の酵素を発現させることを含めたいくつもの
やり方で変更することができる。
一部の実施形態では、宿主細胞を遺伝子改変するために使用される核酸は、形質転換さ
れた宿主細胞を選択するためおよび宿主細胞に選択圧力をかけて外来DNAを維持させる
ために有用な1種または複数種の選択マーカーを含む。
一部の実施形態では、選択マーカーは、抗生物質耐性マーカーである。抗生物質耐性マ
ーカーの実例としては、これだけに限定されないが、BLA、NAT1、PAT、AUR
1−C、PDR4、SMR1、CAT、マウスdhfr、HPH、DSDA、KAN
およびSH BLE遺伝子産物が挙げられる。E.coli由来のBLA遺伝子産物によ
り、ベータ−ラクタム系抗生物質(例えば、狭域セファロスポリン、セファマイシン、お
よびカルバペネム(エルタペネム)、セファマンドール、およびセフォペラゾン)ならび
にテモシリン以外の全ての抗グラム陰性細菌ペニシリンに対する耐性が付与される;S.
noursei由来のNAT1遺伝子産物により、ノーセオトリシン(nourseot
hricin)に対する耐性が付与される;S.viridochromogenes
Tu94由来のPAT遺伝子産物により、ビアラホス(bialophos)に対する耐
性が付与される;Saccharomyces cerevisiae由来のAUR1−
C遺伝子産物により、オーレオバシジンA(AbA)に対する耐性が付与される;PDR
4遺伝子産物により、セルレニンに対する耐性が付与される;SMR1遺伝子産物により
、スルホメツロンメチルに対する耐性が付与される;Tn9トランスポゾン由来のCAT
遺伝子産物により、クロラムフェニコールに対する耐性が付与される;マウスdhfr遺
伝子産物により、メトトレキセートに対する耐性が付与される;Klebsiella
pneumoniaのHPH遺伝子産物により、ハイグロマイシンBに対する耐性が付与
される;E.coliのDSDA遺伝子産物により、細胞がD−セリンを唯一の窒素源と
して伴うプレートで成長することが可能になる;Tn903トランスポゾンのKAN
伝子により、G418に対する耐性が付与される;Streptoalloteichu
s hindustanus由来のSH BLE遺伝子産物により、ゼオシン(ブレオマ
イシン)に対する耐性が付与される。一部の実施形態では、本明細書に開示されている遺
伝子改変宿主細胞を単離した後、抗生物質耐性マーカーを欠失させる。
一部の実施形態では、選択マーカーにより、遺伝子改変微生物における栄養要求性(a
uxotrophy)(例えば、栄養要求性(nutritional auxotro
phy))がレスキューされる。このような実施形態では、親微生物は、アミノ酸または
ヌクレオチド生合成経路において機能し、それが非機能的になると親細胞が1種または複
数種の栄養分の補充を伴わない培地では成長することができなくなるような1種または複
数種の遺伝子産物の機能的破壊を含む。このような遺伝子産物としては、これだけに限定
されないが、酵母におけるHIS3、LEU2、LYS1、LYS2、MET15、TR
P1、ADE2、およびURA3遺伝子産物が挙げられる。次いで、親細胞を破壊された
遺伝子産物の機能的コピーをコードする発現ベクターまたは染色体組み込み構築物で形質
転換することによって栄養要求性表現型をレスキューすることができ、生成した遺伝子改
変宿主細胞を、親細胞の栄養要求性表現型の喪失に基づいて選択することができる。UR
A3遺伝子、TRP1遺伝子、およびLYS2遺伝子を選択マーカーとして利用すること
には、正の選択と負の選択の両方が可能であるので、顕著な利点がある。正の選択はUR
A3変異、TRP1変異、およびLYS2変異の栄養要求性の補完によって行い、負の選
択は特異的な阻害剤、すなわち、それぞれ原栄養株の成長は妨げるが、それぞれURA3
変異体、TRP1変異体、およびLYS2変異体の成長は可能にする5−フルオロ−オロ
ト酸(FOA)、5−フルオロアントラニル酸、およびアミノアジピン酸(aAA)に基
づく。他の実施形態では、選択マーカーにより、公知の選択方法によって同定することが
できる他の非致死的欠損または表現型がレスキューされる。
本開示の方法、組成物および生物体において有用な具体的な遺伝子およびタンパク質が
本明細書に記載されているが、このような遺伝子に対する絶対的な同一性は必要ないこと
が理解される。例えば、ポリペプチドまたは酵素をコードする配列を含む特定の遺伝子ま
たはポリヌクレオチドを変化させ、活性についてスクリーニングすることができる。一般
には、このような変化は、保存的変異およびサイレント変異を含む。このような改変され
たまたは変異したポリヌクレオチドおよびポリペプチドを、機能的酵素の発現について当
技術分野で公知の方法を使用してスクリーニングすることができる。
遺伝暗号の固有の縮重に起因して、実質的に同じまたは機能的に同等のポリペプチドを
コードする他のポリヌクレオチドも、このような酵素をコードするポリヌクレオチドをク
ローニングし、それを発現させるために使用することができる。
当業者には理解される通り、コード配列を、特定の宿主におけるその発現が増強される
ように改変することが有利であり得る。遺伝暗号は64種の可能性のあるコドンを伴い重
複するものであるが、大多数の生物体では、一般には、これらのコドンのサブセットが使
用される。ある種においてほとんどの場合に利用されるコドンは最適なコドンと称され、
それほど利用されないコドンは稀なまたは低使用コドンに分類される。コドンは、時には
「コドン最適化」または「種コドンバイアスの制御」と称されるプロセスで宿主の好まし
いコドン使用が反映されるように置換することができる。
特定の原核生物宿主または真核生物宿主に好まれるコドンを含有する最適化されたコー
ド配列(Murrayら、1989年、Nucl Acids Res. 17巻:47
7〜508頁)を、例えば、翻訳の速度を増大させるため、または、最適化されていない
配列から産生される転写物と比較して半減期が長いことなどの望ましい特性を有する組換
えRNA転写物を産生するために調製することができる。翻訳終止コドンを宿主の嗜好が
反映されるように改変することができる。例えば、S.cerevisiaeおよび哺乳
動物の典型的な終止コドンは、それぞれUAAおよびUGAである。単子葉植物の典型的
な終止コドンはUGAであり、昆虫およびE.coliでは、一般にUAAが終止コドン
として使用される(Dalphinら、1996年、Nucl Acids Res.
24巻:216〜8頁)。
遺伝暗号の縮重性に起因して、ヌクレオチド配列が異なる種々のDNA分子を、本開示
の所与の酵素をコードするために使用することができることが当業者には理解される。上
記の生合成酵素をコードするネイティブなDNA配列は、本明細書では、ただ単に本開示
のある実施形態を例示するために参照されており、本開示は、本開示の方法において利用
される酵素のポリペプチドおよびタンパク質のアミノ酸配列をコードする任意の配列のD
NA分子を包含する。同様に、ポリペプチドは、一般には、所望の活性の喪失または著し
い喪失を伴うことなくそのアミノ酸配列に1つまたは複数のアミノ酸置換、欠失、および
挿入を許容し得る。本開示は、本明細書に記載の具体的なタンパク質とは異なるアミノ酸
配列を有するこのようなポリペプチドを、当該改変ポリペプチドまたはバリアントポリペ
プチドが参照ポリペプチドの酵素的同化活性または異化活性を有する限りは包含する。さ
らに、本明細書に示されているDNA配列によりコードされるアミノ酸配列は、ただ単に
本開示の複数の実施形態を例示する。
さらに、本明細書で提供される組成物および方法に有用な酵素のホモログは本開示に包
含される。一部の実施形態では、2つのタンパク質(またはタンパク質の領域)は、アミ
ノ酸配列が少なくとも約30%、40%、50%、60%、65%、70%、75%、8
0%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、9
8%、または99%の同一性を有する場合、実質的に相同である。2つのアミノ酸配列、
または2つの核酸配列のパーセント同一性を決定するために、最適に比較するために配列
をアラインメントする(例えば、最適なアラインメントのために第1のアミノ酸配列また
は核酸配列と第2のアミノ酸配列または核酸配列の一方または両方にギャップを導入する
ことができ、また、比較する目的で非相同配列を無視することができる)。一実施形態で
は、比較する目的でアラインメントする参照配列の長さは、参照配列の長さの少なくとも
30%、一般には少なくとも40%、より一般には少なくとも50%、さらに一般には少
なくとも60%、さらにより一般には少なくとも70%、80%、90%、100%であ
る。次いで、対応するアミノ酸位またはヌクレオチド位のアミノ酸残基またはヌクレオチ
ドを比較する。第1の配列内のある位置が、第2の配列内の対応する位置と同じアミノ酸
残基またはヌクレオチドによって占有されている場合、それらの分子はその位置において
同一である(本明細書で使用される場合、アミノ酸または核酸「同一性」は、アミノ酸ま
たは核酸「相同性」と等しい)。2つの配列間のパーセント同一性は、2つの配列を最適
にアラインメントするために導入する必要があるギャップの数、および各ギャップの長さ
を考慮に入れた、それらの配列が共有する同一の位置の数の関数である。
タンパク質またはペプチドに関して「相同」が使用される場合、同一ではない残基の位
置は、多くの場合、保存的アミノ酸置換によって異なることが理解される。「保存的アミ
ノ酸置換」とは、アミノ酸残基が同様の化学的性質(例えば、電荷または疎水性)を有す
る側鎖(R基)を有する別のアミノ酸残基で置換されたものである。一般に、保存的アミ
ノ酸置換によりタンパク質の機能的性質は実質的に変化しない。2つまたはそれより多い
アミノ酸配列が保存的置換によって互いと異なる場合では、パーセント配列同一性または
相同性の程度を上向きに調整して置換の保存的性質を補正することができる。この調整を
行うための手段は当業者には周知である(例えば、Pearson W. R.、199
4年、Methods in Mol Biol 25巻:365〜89頁を参照された
い)。
以下の6群はそれぞれ、互いに保存的置換になるアミノ酸を含有する:1)セリン(S
)、トレオニン(T);2)アスパラギン酸(D)、グルタミン酸(E);3)アスパラ
ギン(N)、グルタミン(Q);4)アルギニン(R)、リシン(K);5)イソロイシ
ン(I)、ロイシン(L)、アラニン(A)、バリン(V)、および6)フェニルアラニ
ン(F)、チロシン(Y)、トリプトファン(W)。
ポリペプチドの配列相同性は、パーセント配列同一性とも称され、一般には、配列解析
ソフトウェアを使用して測定される。分子配列と異なる生物体由来の多数の配列を含有す
るデータベースの比較に使用される典型的なアルゴリズムは、コンピュータプログラムB
LASTである。多数の異なる生物体由来の配列を含有するデータベースを検索する場合
、アミノ酸配列を比較することが典型的である。
さらに、前述の酵素をコードする任意の遺伝子(または本明細書で言及されている任意
の他の遺伝子(またはその発現を制御もしくは調節する任意の調節エレメント))を、当
業者に公知の定向進化または合理的変異誘発などの遺伝子工学/タンパク質工学技法によ
って最適化することができる。このような措置により、当業者が酵素を酵母における発現
および活性のために最適化することが可能になる。
さらに、これらの酵素をコードする遺伝子を他の真菌種および細菌種から同定すること
ができ、この経路を調節するために発現させることができる。これだけに限定されないが
、S.cerevisiaeおよびS.uvarumを含めたSaccharomyce
s spp.、K.thermotolerans、K.lactis、およびK.ma
rxianusを含めたKluyveromyces spp.、Pichia spp
.、H.polymorphaを含めたHansenula spp.、Candida
spp.、Trichosporon spp.、Y.spp.stipitisを含
めたYamadazyma spp.、Torulaspora pretoriens
is、Issatchenkia orientalis、S.pombeを含めたSc
hizosaccharomyces spp.、Cryptococcus spp.
、Aspergillus spp.、Neurospora spp.、またはUst
ilago spp.を含めた種々の生物体がこれらの酵素の供給源として機能し得る。
嫌気性真菌由来の遺伝子の供給源としては、これだけに限定されないが、Piromyc
es spp.、Orpinomyces spp.、またはNeocallimast
ix spp.が挙げられる。有用な原核生物酵素の供給源としては、これだけに限定さ
れないが、Escherichia.coli、Zymomonas mobilis、
Staphylococcus aureus、Bacillus spp.、Clos
tridium spp.、Corynebacterium spp.、Pseudo
monas spp.、Lactococcus spp.、Enterobacter
spp.、およびSalmonella spp.が挙げられる。
追加の相同な遺伝子および相同な酵素を同定するために、当業者に公知の技法が適し得
る。一般に、類似の遺伝子および/または類似の酵素は機能分析によって同定することが
でき、機能的な類似性を有する。類似の遺伝子および類似の酵素を同定するために、当業
者に公知の技法が適し得る。例えば、相同なまたは類似のPK、PTA、RHR2または
HOR2遺伝子、タンパク質、または酵素を同定するための技法としては、これだけに限
定されないが、目的の遺伝子/酵素公開された配列に基づくプライマーを使用したPCR
による遺伝子のクローニング、または目的の遺伝子の間で保存された領域を増幅するため
に設計された変性プライマーを使用した変性PCRによる遺伝子のクローニングを挙げる
ことができる。さらに、当業者は、機能的な相同性または類似性を有する相同なまたは類
似の遺伝子、タンパク質、または酵素を同定するための技法を使用することができる。そ
れらの技法は、細胞または細胞培養を触媒酵素の活性に関して、前記活性についてのin
vitro酵素アッセイによって検査すること(例えば、本明細書またはKirita
ni, K.、Branched−Chain Amino Acids Method
s Enzymology、1970年に記載の通り)、次いで、前記活性を有する酵素
を精製することによって単離すること、酵素のタンパク質配列をエドマン分解などのなど
の技法によって決定すること、可能性のある核酸配列に対してPCRプライマーを設計す
ること、前記DNA配列をPCRによって増幅すること、および前記核酸配列をクローニ
ングすることを含む。相同なまたは同様の遺伝子および/または相同なまたは同様の酵素
、類似の遺伝子および/または類似の酵素またはタンパク質を同定するための技法は、候
補遺伝子または酵素に関するデータをBRENDA、KEGG、またはMetaCYCな
どのデータベースと比較することも包含する。本明細書における教示に従って上記のデー
タベース内で候補遺伝子または酵素を同定することができる。
6.実施例
6.1 実施例1:
PKおよびPTAを発現する宿主細胞におけるアセテート産生
この実施例では、ホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼを異種発現する
酵母株におけるアセテートの産生を記載している。
6.1.1 材料および方法
6.1.1.1 株の工学的操作
6.1.1.1.1 Y967およびY968
Y967およびY968は野生型原栄養Saccharomyces cerevis
iae CEN.PK2であり、Y967はMatAであり、Y968はMatalph
aである。Y12869、Y12746、およびこれらの誘導体の全ての出発株はSac
charomyces cerevisiae Y003株(CEN.PK2、Matア
ルファ、ura3−52、trp1−289、leu2−3,122、his3^1)で
あった。S.cerevisiaeのDNA媒介性形質転換は全て、Gietz RWお
よびWoods RA、Guide to Yeast Genetics and M
olecular and Cell Biology. Part B. San D
iego、CA: Academic Press Inc.87〜96頁(2002年
)に記載されている通り標準の酢酸リチウム手順を使用して行い、全ての場合において、
構築物の組み込みをゲノムDNAのPCR増幅によって確認した。
6.1.1.1.2 Y12869
Y12869を、Y003への3回の連続的な組み込みによって生成した。まず、導入
することによりACS2遺伝子座の上流のヌクレオチドの配列からなる配列と下流のヌク
レオチドの配列からなる配列に挟まれたネイティブなS.cerevisiae LEU
2遺伝子からなる組み込み構築物(i2235;配列番号27)を導入することによって
遺伝子ACS2を欠失させた。この構築物は、S.cerevisiae宿主細胞に導入
されると、相同組換えによってゲノムのACS2遺伝子座に組み込まれ、その組み込み配
列でACS2コード配列が置き換えられることによってACS2が機能的に破壊され得る
。形質転換体を、2%EtOHを唯一の炭素源として含有するCSM−leuプレートに
プレーティングし、PCR増幅によって確認した。生じた株はY4940であった。
次に、ALD6を欠失させ、Dickeya zeae eutEを、以下に示されて
いる組み込み構築物(i74804;配列番号28)を用いてY4940に導入した。
この組み込み構築物は、選択マーカー(TRP1)、ならびにTDH3プロモーター(
ネイティブなS.cerevisiae TDH3コード領域の840塩基対上流)およ
びTEF2ターミネーター(ネイティブなS.cerevisiae TEF2コード領
域の508塩基対下流)の制御下にあるDickeya zeae由来のeutE(NC
BI参照配列:YP_003003316.1)をコードする酵母コドン最適化配列遺伝
子の2つのコピーを含む。これらの成分は、ALD6遺伝子座の上流のヌクレオチド配列
と下流のヌクレオチド配列に挟まれている。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相
同組換えによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でALD6コード配
列が置き換えられることによってALD6が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8
,221,982号に記載の方法を使用して組み立てた。構築物をY4940に導入して
それを形質転換し、2%グルコースを伴うCSM−TRPプレート上で形質転換体を選択
し、PCR増幅によって確認した。生じた株はy12602であった。
次に、Y12602において、それ自体のプロモーターおよびターミネーターの下にあ
る、ACS1の上流のヌクレオチド配列と下流のヌクレオチド配列に挟まれたネイティブ
なS.cerevisiae HIS3遺伝子からなる組み込み構築物(i76220;
配列番号29)を導入することによってACS1を欠失させた。形質転換体を、2%グル
コースを唯一の炭素源として含有するCSM−hisプレートにプレーティングし、PC
R増幅によって確認した。生じた株はY12747であった。
次に、Y12747を、ネイティブなURA3配列から増幅されたPCR産物で形質転
換した。この配列により、ura3−52変異が修復される。RoseおよびWinst
on、Mol Gen Genet 193巻:557〜560頁(1984年)を参照
されたい。形質転換体を、2%グルコースを唯一の炭素源として含有するCSM−ura
プレートにプレーティングし、PCR増幅によって確認した。生じた株はY12869で
あった。
6.1.1.1.3 Y12745
Y12745を、Y4940への3回の連続的な組み込みによって生成した。まず、Y
4940を以下に示されている組み込み構築物(i73830;配列番号30)で形質転
換した。
この組み込み構築物は、S.cerevisiae BUD9遺伝子座の上流のヌクレ
オチド配列からなる相同配列と下流のヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選
択マーカー(URA3);TDH3プロモーター(TDH3コード配列の870bp上流
)およびTDH3ターミネーター(TDH3コード配列の259bp下流)の下にあるL
euconostoc mesenteroides由来のホスホケトラーゼの酵母コド
ン最適化バージョン(NCBI参照配列YP_819405.1);TDH3プロモータ
ー(TDH3コード配列の870bp上流)およびPGK1ターミネーター(PGK1コ
ード配列の259bp下流)の制御下にあるClostridium kluyveri
ホスホトランスアセチラーゼの酵母コドン最適化バージョン(NCBI参照配列:YP
_001394780.1)を含む。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相同組換
えによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でBUD9コード配列が置
き換えられることによってBUD9が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8,22
1,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−URA
プレート上で形質転換体を選択した。生じた株を以下に示されている構築物(i7481
0;配列番号31)で形質転換した。
この構築物は、ALD6遺伝子座の上流のヌクレオチド配列からなる相同配列と下流の
ヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選択マーカー(TRP1);TDH3プ
ロモーター(TDH3コード配列の870bp上流)およびTDH3ターミネーター(T
DH3コード配列の259bp下流)の下にあるLeuconostoc mesent
eroides由来のホスホケトラーゼの2つのコピーを含む。この構築物は、宿主細胞
に導入されると、相同組換えによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列
でALD6コード配列が置き換えられることによってALD6が機能的に破壊される。構
築物は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコ
ースを伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択し、PCR増幅によって確認し
た。
次に、それ自体のプロモーターおよびターミネーターの下にある、ACS1の上流のヌ
クレオチド配列と下流のヌクレオチド配列に挟まれたネイティブなS.cerevisi
ae HIS3遺伝子からなる組み込み構築物(i76220;配列番号29)を導入す
ることによってACS1を欠失させた。形質転換体を、2%グルコースを唯一の炭素源と
して含有するCSM−hisプレートにプレーティングし、PCR増幅によって確認した
6.1.1.1.4 Y12746
Y12746を、Y4940への3回の連続的な組み込みによって生成した。まず、Y
4940を以下に示されている組み込み構築物(i73830;配列番号30)で形質転
換した。
この組み込み構築物は、S.cerevisiae BUD9遺伝子座の上流のヌクレ
オチド配列からなる相同配列と下流のヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選
択マーカー(URA3);TDH3プロモーター(TDH3コード配列の870bp上流
)およびTDH3ターミネーター(TDH3コード配列の259bp下流)の下にあるL
euconostoc mesenteroides由来のホスホケトラーゼの酵母コド
ン最適化バージョン(NCBI参照配列YP_819405.1);TDH3プロモータ
ー(TDH3コード配列の870bp上流)およびPGK1ターミネーター(PGK1コ
ード配列の259bp下流)の制御下にあるClostridium kluyveri
ホスホトランスアセチラーゼの酵母コドン最適化バージョン(NCBI参照配列:YP
_001394780.1)を含む。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相同組換
えによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でBUD9コード配列が置
き換えられることによってBUD9が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8,22
1,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−URA
プレート上で形質転換体を選択した。
生じた株を以下に示されている構築物(i74810;配列番号31)で形質転換した
この構築物は、ALD6遺伝子座の上流のヌクレオチド配列からなる相同配列と下流の
ヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選択マーカー(TRP1);TDH3プ
ロモーター(TDH3コード配列の870bp上流)およびTDH3ターミネーター(T
DH3コード配列の259bp下流)の下にあるLeuconostoc mesent
eroides由来のホスホケトラーゼの2つのコピーを含む。この構築物は、宿主細胞
に導入されると、相同組換えによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列
でALD6コード配列が置き換えられることによってALD6が機能的に破壊される。構
築物は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコ
ースを伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択し、PCR増幅によって確認し
た。
最後に、生じた株を以下に示されている構築物(i76221;配列番号32)で形質
転換した。
この構築物は、選択マーカー(HIS3);ならびにTDH3プロモーター(ネイティ
ブなS.cerevisiae TDH3コード領域の840塩基対上流)およびTEF
2ターミネーター(ネイティブなS.cerevisiae TEF2コード領域の50
8塩基対下流)の制御下にあるDickeya zeae由来のeutE(NCBI参照
配列:YP_003003316.1)をコードする酵母コドン最適化配列遺伝子の2つ
のコピーを含む。これらの成分は、ACS1遺伝子座の上流のヌクレオチド配列と下流の
ヌクレオチド配列に挟まれている。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相同組換え
によって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でACS1コード配列が置き
換えられることによってACS1が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8,221
,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−HISプ
レート上で形質転換体を選択し、PCR増幅によって確認した。生じた株はY12746
であった。
6.1.1.1.5 Y19390
Y19390は、Y12869の直接の派生物である。Y12869のウラシル要求性
誘導体を以下に示されている組み込み構築物MS49253(配列番号36)で形質転換
した:
この組み込み構築物は、S.cerevisiae BUD9遺伝子座の上流のヌクレ
オチド配列からなる相同配列と下流のヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選
択マーカー(URA3);TDH3プロモーター(TDH3コード配列の870bp上流
)およびTDH3ターミネーター(TDH3コード配列の259bp下流)の下にあるL
euconostoc mesenteroides由来のホスホケトラーゼの酵母コド
ン最適化バージョン(NCBI参照配列YP_819405.1)の2つのコピーを含む
。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相同組換えによって宿主細胞のゲノムに組み
込まれ、その組み込み配列でBUD9コード配列が置き換えられることによってBUD9
が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用し
て組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択した
6.1.1.1.6 Y19391
Y19391は、Y12869の直接の派生物である。Y12869のウラシル要求性
誘導体を以下に示されている組み込み構築物MS49298(配列番号37)で形質転換
した:
この組み込み構築物は、S.cerevisiae BUD9遺伝子座の上流のヌクレ
オチド配列からなる相同配列と下流のヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれた、選
択マーカー(URA3);TDH3プロモーター(TDH3コード配列の870bp上流
)およびPGK1ターミネーター(PGK1コード配列の259bp下流)の制御下にあ
るClostridium kluyveri由来のホスホトランスアセチラーゼの酵母
コドン最適化バージョン(NCBI参照配列:YP_001394780.1)の2つの
コピーを含む。この構築物は、宿主細胞に導入されると、相同組換えによって宿主細胞の
ゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でBUD9コード配列が置き換えられることによ
ってBUD9が機能的に破壊される。構築物は米国特許第8,221,982号に記載の
方法を使用して組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−URAプレート上で形質転換
体を選択した。
6.1.1.2 培養条件
Y967、Y12869、Y12745、Y12746、Y19390およびY193
91の種菌培養物を、単一のコロニーから、50mMのコハク酸、pH5.0、および2
0g/Lのスクロースを伴うシード培地5ml中、30℃、200rpmで一晩成長させ
た(15g/Lの硫酸アンモニウム、8g/Lのリン酸カリウム、6.1g/Lの硫酸マ
グネシウム、150mg/LのEDTA、57.5mg/Lの硫酸亜鉛、4.8mg/L
の塩化コバルト、3.24mg/Lの塩化マンガン、5mg/Lの硫酸銅、29.4mg
/Lの塩化カルシウム、27.8mg/Lの硫酸鉄、4.8mg/L モリブデン酸ナト
リウム、0.6mg/Lのビオチン、12mg/Lのパントテン酸カルシウム、12mg
/Lのニコチン酸、30mg/Lのイノシトール、12mg/Lの塩酸チアミン、12m
g/Lの塩酸ピリドキシン、0.24mg/Lのパラアミノ安息香酸)。次いで、前培養
物を、50mMのコハク酸pH5.0、および40g/Lのスクロースを伴うシード培地
25mlを含む125mlのフラスコに接種し、最初のOD600を0.1にし、30℃
、200rpmで成長させた。
6.1.1.3. アセテート、フルクトース、グルコース、およびスクロースの定量

全細胞ブロス1mlを1.5mlのエッペンドルフチューブに移し、卓上遠心分離機を
使用して13,000RPMで1分回転させて上清を清澄化することによってアセテート
および糖(フルクトース、グルコース、スクロース)を定量化した。次いで、上清を8m
Mの硫酸で希釈し(1:1v/v)、ボルテックスし、再度遠心分離した後に、1.8m
lのバイアルに移した。BioRad Aminex HPX−87H 300mm×7
.8mmカラムを使用して、可変性の波長および屈折率検出を伴うAgilent 12
00 HPLCを用いて試料を分析した。移動相は4mMの硫酸であり、カラム温度は4
0℃であり、流速は毎分0.5mlであった。
6.1.1.4. 結果
図3Bには、野生型Cen.PK2、Y967がバッチ確定スクロース振とうフラスコ
培養物中での成長中にアセテートを産生することが示されている。PDH−バイパスの欠
失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ
アシル化(Dz.eutE)を異種発現するY12869により産生されるアセテートは
、PDH−バイパスを使用する野生型対照よりもはるかに少なく、これはアセトアルデヒ
ドをアセテートに変換する細胞質ゾル内アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼであるALD
6の欠失に起因する可能性がある。PDH−バイパスの欠失を含み(acs1Δ acs
2Δ ald6Δ)、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアシル化(Dz.eutE)な
らびにホスホケトラーゼ(Lm.PK)およびホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PT
A)を異種発現するY12746株では、アセテートの大きな増大が観察され、野生型Y
967によって産生される量に勝る。Y12869での結果により、acs1Δ acs
2Δ ald6Δであり、細胞質ゾル内アセチルCoAにフラックスを持っていくために
ADAを使用する株ではアセテートのベースラインレベルが非常に低いことが示される。
全ての場合において、糖消費の速度は同等であり(本明細書では、糖とは、培地中のスク
ロース、グルコース、およびフルクトースの合計と定義される)、これにより、アセテー
トレベルの差異がフィードストックの示差的な消費に起因するものではないことが例証さ
れる(図3A)。これらの結果により、Y12746におけるアセテートの増大は、ホス
ホケトラーゼおよび/またはホスホトランスアセチラーゼの存在に起因することが示唆さ
れる。ホスホケトラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼの両方の触媒活性によりアセ
チルホスフェートが産生される。したがって、Y12746における自発的なまたは触媒
されるアセチルホスフェートの加水分解からアセテート蓄積が生じ得る。
ADA、PKおよびPTAを発現する株(Y12746)におけるアセテートの供給源
を決定するために、細胞質ゾル内AcCoAをもたらすためにADAのみを使用する株(
Y12869、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み
、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアシル化(Dz.eutE)を異種発現する)を、
(1)Y19390をもたらす、強力なプロモーターPTDH3によって駆動されるPK
の2つの過剰発現したコピーをコードする組込み構築物、または(2)Y19391をも
たらす、強力なプロモーターPTDH3によって駆動されるPTAの2つの過剰発現した
コピーをコードする組込み構築物のいずれかで形質転換した。図3Dに示されている通り
、PKまたはPTAのいずれかを発現する株では親株と比較してアセテート蓄積の増大が
観察された。アセテートレベルが示差的な糖消費に起因するものではないことを例証する
ために糖消費が図3Cに示されている。PKはX5PをアセチルホスフェートおよびG3
Pに変換するものであり、PTAは、アセチルCoA+Piとアセチルホスフェート+C
oAを相互変換する。これらの知見により、図1に示されるように、PKによりX5Pか
ら引き出されたものであれ、PTAによりAcCoAから引き出されたものであれ、アセ
チルホスフェートがアセテートに加水分解され得ることが示唆される。
6.2 実施例2:
Saccharomyces cerevisiaeにおける主要なアセチルホスファ
ターゼの同定
この実施例では、酵母においてアセチルホスフェートを加水分解することができる酵素
の同定を記載している。
6.2.1 材料および方法
6.2.1.1 細胞培養
所与の酵母株の単一のコロニーを、2%デキストロースを伴う酵母抽出物ペプトン培地
(YPD)5mL中で一晩発端培養として培養した。翌日、YPD50mlをこの発端培
養物に接種し、OD600を0.2にした。別段の指定がない限り、フラスコを30℃、
200RPMで振とうしながら24時間インキュベートした。
6.2.1.2 無細胞抽出物の調製
細胞培養物を15mLのファルコンチューブ3つに分け、4000×gで5分遠心分離
することによって収集した。次いで、上清を廃棄し、氷冷した緩衝液W(100mMのT
ris−HCl、pH8.0、150mMのNaCl、10%グリセロール)10mLに
再懸濁させ、その後、4000xgで5分遠心分離することによって細胞を洗浄した。上
清を廃棄し、細胞を溶解緩衝液(100mMのTris−HCl、pH8.0、150m
MのNaCl、10%グリセロール、1mMのDTT、10mL当たり1つのEDTAフ
リープロテアーゼインヒビター錠(Roche))1mLに再懸濁させた。次いで、細胞
を、Oリングキャップを伴う2mLのプラスチックスクリューキャップ微量遠心チューブ
(Fisher Brand 520−GRD)に移し、破壊ビーズ(Disrupti
on beads、0.5Mm、Fisher)およびビーズビーターを使用して、6M
/Sで1分間にわたって細胞を溶解させた。チューブをすぐに氷水浴に入れ、少なくとも
5分置いた。次いで、チューブを再度ビージビーターに戻し、6M/Sで1分置き、氷浴
に戻して5分置いた。チューブを最低でも16000×gで20分回転させて細胞片をペ
レット化した。次いで、上清を新しい低温チューブに移した。タンパク質の濃度を、タン
パク質についての典型的なBradfordアッセイを使用して測定した(Bradfo
rd MM A rapid and sensitive method for q
uantitation of microgram quantities of p
rotein utilizing the principle of protei
n−dye binding. Anal. Biochem 72巻、248〜254
頁(1976年))。
6.2.1.3 アセチルホスファターゼ反応およびアセチルホスフェートの定量化
アセチルホスファターゼ活性アッセイを、30℃、100mMのTris−HCl、p
H7.5、150mMのNaCl、および1mMのMgCl2+からなる反応緩衝液中で
行った。アセチルホスフェートを、示されている通り5mMまたは10mMのいずれかの
出発濃度になるまで添加した。無細胞抽出物を示されている量で添加することによって反
応を開始させた。ホスファターゼ阻害について試験するために、選択のためにフッ化ナト
リウムをウェルに30mMの濃度で添加した。密閉した96ウェルプレートで反応を行い
、反応生成物の総体積は250μlであった。アセチルホスフェート濃度を、Lipma
nnおよびTuttle(Lipmann F、Tuttle LC、J. Biol.
Chem. 159巻、21〜28頁(1945年))により開発された方法によって
測定した。反応混合物50μlを2Mのヒドロキシルアミン、pH6.8、50μlに添
加し、十分に混合し、室温で少なくとも10分インキュベートした。次いで、15%トリ
クロロ酢酸34μlを添加し、混合し、その後、4NのHCl、34μl、および5%F
eCl3、34μlをそれぞれ添加した後に十分に混合した。次いで、プレートを、スイ
ングバケットローターJS−5.3を伴うBeckman遠心分離機J−Eにおいて、3
000rpmで5分遠心分離して沈殿したタンパク質をペレット化した。次いで、次いで
、上清150μlを新鮮な96ウェル透明平底プレート(Greiner Bio−On
e Cat.−No.:655161)に移した。プレートを、Molecular D
evices SpectraMax M5プレートリーダーによって505nmの波長
において読み取った。
6.2.1.4 活性なホスファターゼ画分の精製
所与の酵母株の単一のコロニーを、2%デキストロースを伴う酵母抽出物ペプトン培地
(YPD)5mL中で一晩発端培養として培養した。翌日、500mlのYPDを伴う2
.8Lのフェルンバッハフラスコ2つにこの発端培養物を接種し、OD600を0.2に
した。フラスコを、30℃、160RPMで振とうしながら24時間インキュベートした
。培養物を、4000xgで5分遠心分離することによって収集した。細胞ペレットを滅
菌水500mLで洗浄し、4000xgで5分遠心分離した。次いで、細胞ペレットを、
氷冷した溶解緩衝液(100mMのTris−HCl、pH8.0、150mMのNaC
l、10%グリセロール、1mMのDTT、10mL当たり1つのEDTAフリープロテ
アーゼインヒビター錠(Roche))50mLに再懸濁させた。細胞浮遊液を、破砕ビ
ーズ(Disruption beads、0.5Mm、Fisher)5mLを満たし
た15mLのファルコンチューブ6つに分割した。次いで、チューブをビーズビーターに
入れ、6M/Sで45秒置いた。チューブをすぐに氷水浴に入れ、少なくとも5分置いた
。ビーズビーティングをさらに3回繰り返し、各破砕セグメントの間に氷水浴に少なくと
も5分入れた。チューブを、4℃に冷却したJA−20ローター内のBeckman遠心
分離機J−Eで16,000rpm(30,966×g)で30分回転させて、細胞片を
ペレット化した。細胞溶解物を、Saltら(Selective flocculat
ion of cellular contaminants from solubl
e proteins using polyethyleneimine: A st
udy of several organisms and polymer mol
ecular weights. Enzyme and Microbial Tec
hnology 17巻、107〜113頁(1995年))に記載されている選択的フ
ロキュレーション法によって以下の通りさらに清澄化した:無細胞溶解物を、5mMのN
aOHストック溶液を添加することによってpH7.4に調整した。次いで、等体積のP
EI/Borax溶液(0.5MのNaCl、0.25%PEI、100mMのBora
x)を細胞溶解物に添加し、十分に混合した。次いで、混合物を、4℃、2,500×g
で30分遠心分離した。次いで、硫酸アンモニウムを80%の飽和濃度に達するまで絶え
ず撹拌しながらゆっくりと添加することによってタンパク質沈殿させた。撹拌をさらに1
0分継続し、次いで、Beckman JA−20ローターにおいて4℃、15,000
rpmで10分遠心分離することによって沈殿したタンパク質を収集した。上清を除去し
、タンパク質を緩衝液A(20mMのTris−Cl、pH7、10%グリセロール)に
穏やかに再懸濁させた。次いで、タンパク質を、3,500Da分子量カットオフ透析カ
セット(Pierce#66300)0.5〜3mLに添加し、1.5Lの緩衝液A中、
4℃で一晩透析した。透析した試料を16000×gで10分遠心分離して、沈殿したタ
ンパク質をペレット化した。タンパク質の濃度を、タンパク質についての典型的なBra
dfordアッセイを使用して測定した(Bradford MM、A rapid a
nd sensitive method for quantitation of
microgram quantities of protein utilizin
g the principle of protein−dye binding.
Anal. Biochem 72巻、248〜254頁(1976年))。タンパク質
20mgをGE AKTAexplorer FPLCのSource 15Q 4.6
/100 PE陰イオン交換カラムにローディングした。緩衝液B(20mMのTris
−Cl、pH7、1MのNaCl、10%グリセロール)の0〜100%勾配を30カラ
ム体積にわたって毎分0.5mLの流速で用いてタンパク質を溶出し、試料1mLを採取
した。各画分の活性をアッセイするために、各画分75μLを、100mMのTris−
Cl、pH7、150mMのNaCl、1mMのMgCl2を含有する反応物250μL
中8mMのACPに添加し、上記の通りアッセイした。この分離からの活性な画分を緩衝
液Aに対して一晩、再度透析した。次いで、試料全体を同じSource 15Q 4.
6/100 PE陰イオン交換カラムにローディングし、0〜45%緩衝液Bの勾配を3
0カラム体積にわたって毎分0.5mLの流速で用いて溶出し、試料1mLを採取した。
試料を活性について上記の通りアッセイした。
6.2.1.5 タンパク質ゲル電気泳動
タンパク質画分を、基準ゲル電気泳動系を使用して分析した。画分10μLを、5%v
/v2−メルカプトエタノールを伴う2×Laemmli試料緩衝液(BioRad C
at番号161−0737)10μLに添加し、10分煮沸した。次いで、試料を短時間
遠心分離し、15μlを26ウェル4〜15%Criterion(商標)TGX(商標
)Precast Gelにローディングし、1×Tris−グリシン−SDS緩衝液(
BioRadにより調製されたもの、10×Tris/Glycine/SDS#161
−0732)に130ボルトで50分流した。ゲルを脱イオン水200mLで3回、それ
ぞれ5分すすいだ。次いで、SimplyBlue(商標)SafeStain(Lif
e Technologies Cat番号LC6060)をゲルに添加してゲルを完全
に覆い、次いで、室温で1時間、穏やかにゆすりながらインキュベートした。次いで、S
afeStainを廃棄し、ゲルを、脱イオン水200mLを用いて1時間ゆすりながら
洗浄した。
6.2.1.6 活性なホスファターゼ画分中のタンパク質の同定
タンパク質消化およびペプチドの分離
総タンパク質100μgを、その後にLC−MS/MSによって同定するためにトリプ
シンによるタンパク質分解に供した。総タンパク質100μgを、Tris−カルボキシ
エチルホスフィン(4mM)を用いて37℃で30分還元し、次いで、ヨードアセトアミ
ド(15mM)を用いて暗闇中、RTで30分アルキル化した。トリプシン5μgを消化
混合物に添加し、37℃で12時間にわたって完全に消化した。0.1%ギ酸を用いて反
応をクエンチし、Ascentis Peptide express column(
5cmx2.1mm ID、粒子サイズ2.1um)に注射し、0.1%ギ酸を修飾因子
として使用し、低アセトニトリルから高アセトニトリルまでの90分の勾配にわたって分
離した。LCポンプは、Shimadzu CBM20A LC Controller
により作動する2台のShimadzu LC20ADであった。
質量分析パラメータ:
QTRAP 4000ハイブリッドトリプル四重極リニアイオントラップ質量分析計を
使用して、カラムから溶出するペプチドを同定した。IDAパラメータは以下の通りであ
った:選択イオン、350〜1300da;電荷の状態を決定するために使用するERス
キャン;1+イオン拒絶、未知許容;回転衝突エネルギー:あり(qtrap4000の
AB SCIEX標準);各MS/MSの最大充填時間:950ms。
Mascotによるペプチド同定
Matrix ScienceによるMascotを使用し以下のパラメータを用いて
CENPK2配列データベースからペプチドを同定した。固定修飾(Fixed mod
ifications):カルバミドメチル。可変修飾(Variable modif
ications):脱アミド(NQ)、酸化(MW)。前駆体質量許容差(Precu
rsor mass tolerance):0.5da。生成物質量許容差(Prod
uct mass tolerance):1.0da。切断ミス最大数(Missed
cleavages allowed):1。
6.2.1.7 株の工学的操作
機能的URA3遺伝子を欠くY968のバージョンを、RHR2をノックアウトするた
めにms59858を用いて、またはHOR2をノックアウトするためにms59971
を用いて形質転換した。構築物は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用し
て組み立てた。2%グルコースを伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択し、
PCR増幅によって確認した。この構築物中のURA3マーカーは直接反復配列に挟まれ
ており、それにより、当該マーカーの再利用が容易になる。URA3マーカーを再利用す
るために、細胞をYPD中で一晩成長させ、次いで、5’FOAにプレーティングした。
URA3のループアウトをPCR増幅、およびCSM−URAプレートで成長できないこ
とによって確認した。次いで、Y968.ms59858のura−バージョンをms5
9971で形質転換して、2重RHR2およびHOR2ノックアウトY968.ms59
858.ms59971株を生成した。
6.2.2 結果
6.2.2.1 アセチルホスフェートの加水分解は酵素により触媒され、熱および広
範なスペクトルのホスファターゼ阻害剤により阻害される
図4に示されている通り、野生型S.cerevisiae Y967株由来の無細胞
抽出物の添加により、アセチルホスフェートの加水分解が触媒され、加水分解の速度は、
添加する無細胞抽出物の量に左右される。無細胞抽出物の量を増大することにより、加水
分解の速度が上昇する。無細胞抽出物を煮沸すると、漸増量の無細胞抽出物を添加するこ
とによりもはやアセチルホスフェートの加水分解速度は影響を受けず、これにより、反応
性成分が熱により失活したことが示される。同様に、30mMの、広範なスペクトルのホ
スファターゼ阻害剤であるフッ化ナトリウムを添加することにより、アセチルホスフェー
トの加水分解時の無細胞抽出物の効力がなくなる。これらの結果により、ホスファターゼ
がアセチルホスフェート加水分解の触媒作用に関与する可能性があることが示唆される。
6.2.2.2 タンパク質分画により、単一の富化された活性な画分が単離される
陰イオン交換クロマトグラフィーを使用して無細胞抽出物中の可溶性タンパク質を分離
した。図5Aには、ホスファターゼ活性のほぼ全てが1つの画分に濃縮され、残りの活性
がその画分の付近にあったことが示されている。これにより、無細胞抽出物中のこの活性
に関与する酵素が、単一のタンパク質、または陰イオン交換クロマトグラフィーによって
分離した際に一緒に溶出する、同様のイオン性相互作用を有するタンパク質のいずれかで
あることが示される。
FPLC陰イオン交換精製からの活性な画分#10について、より浅い0〜45%緩衝
液Bの勾配を使用して2回目の精製を行った。図6Aに示されている通りこの精製による
最も活性な画分であった#14を質量分析によって分析して、画分中のタンパク質の同一
性を決定した。活性な画分において同定されたタンパク質のうち(図6B)、Rhr2と
、著しい配列類似性に起因し質量分析によって区別することができないそのホモログであ
るHor2のみが、SGDデータベースによってホスファターゼと同定された一覧にある
タンパク質であった。Rhr2は、高レベルで構成的に発現されるグリセロール−1−ホ
スファターゼである。Hor2は、同一の反応を触媒するが、正常状態下では低レベルで
のみ発現され、浸透ストレスによって誘導される(Norbeckら、Purifica
tion and Characterization of Two Isoenzy
mes of DL−Glycerol−3−phosphatase from Sa
ccharomyces cerevisiae、J. Biol. Chem.、27
1巻、13875〜13881頁(1996年))。アセチルホスフェートは酵母のネイ
ティブな代謝産物ではなく、したがって、加水分解は同様の基質を標的とする酵素の無差
別な反応によって引き起こされることが予想される。Rhr2/Hor2は、以下に示さ
れている通りそれらのネイティブな基質であるグリセロール−1−ホスフェートもアセチ
ルホスフェートと同様の低分子量のリン酸化化合物であるので、この反応の最上位の候補
である。
6.2.2.3 RHR2および/またはHOR2の欠失によりホスファターゼ活性が
低下する
Rhr2および/またはHor2がS.cerevisiaeにおいて観察されるホス
ファターゼ活性に関与するかどうかを決定するために、RHR2またはHOR2のいずれ
かを欠く新しい株、およびRHR2とHOR2を両方とも欠く1つの株を創出した。これ
らの株を以前に記載されている通り培養し、無細胞抽出物を調製し、アセチルホスファタ
ーゼ活性について試験した。図7に示されている通り、RHR2の欠失によりホスファタ
ーゼ活性が劇的に低下するが、HOR2の欠失にはアセチルホスフェートの加水分解の速
度に対する効果はない。しかし、すでにRHR2が欠失している株ではHOR2の欠失に
よりアセチルホスフェートの加水分解が低下する。これは、RHR2の欠失後にHor2
の発現が上方制御されることが示されている公開された研究と一致する(DeLunaら
、Need−Based Up−Regulation of Protein Lev
els in Response to Deletion of Their Dup
licate Genes、PLOS Biol.、8巻、e10000347頁(20
10年))。図7に示されている通り、これらのホスファターゼを両方とも排除すること
により、ほぼバックグラウンドレベルのアセチルホスフェート加水分解がもたらされる。
これらの結果により、グリセロール−1−ホスファターゼであるRhr2およびHor2
がS.cerevisiaeにおける大多数のアセチルホスファターゼ活性に関与するこ
とが確認される。
6.3 実施例3:
アセチルホスフェートホスファターゼの欠失により、アセテート分泌が低下し、アセチ
ルCoAに由来する化合物の産生が改善される
6.3.1 材料および方法
6.3.1.1 株の構築
Y968、Y12869、およびY12746、機能的URA3遺伝子を欠くバージョ
ンを、ファルネセン産生体に変換するために、ms63907またはms63909のい
ずれかを用いて、およびms64472を用いて形質転換した。
ms63907組み込み構築物(i84022;配列番号33)が下に示されている。
この構築物は、S.cerevisiae HOエンドヌクレアーゼ遺伝子座の上流の
ヌクレオチド配列からなる相同配列と下流のヌクレオチド配列からなる相同配列で挟まれ
た、全てガラクトース−誘導性プロモーター(S.cerevisiae遺伝子GAL1
およびGAL10のプロモーター)の下にある、選択マーカー(URA3);それ自体の
プロモーターの下にあるネイティブな酵母GAL4転写因子のコピー;2つのネイティブ
な酵母のメバロン酸経路の酵素(アセトアセチルCoAチオラーゼをコードするERG1
0、およびHMG−CoAシンターゼをコードするERG13)、ならびにSilici
bacter pomeroyi HMG−CoAレダクターゼの酵母コドン最適化バー
ジョンの2つのコピーをコードするヌクレオチド配列を含む。宿主細胞に導入されると、
ms63907構築物は相同組込みによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込
み配列でHOコード配列が置き換えられることによってHOが機能的に破壊される。構築
物は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコー
スを伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択し、PCR増幅によって確認した
。この構築物中のURA3マーカーは直接反復配列に挟まれており、それにより、当該マ
ーカーの再利用が容易になる。URA3マーカーを再利用するために、細胞をYPD中で
一晩成長させ、次いで、5’FOAにプレーティングした。URA3のループアウトをP
CR増幅、およびCSM−URAプレートで成長できないことによって確認した。ms6
3909組み込み構築物(i84026;配列番号34)は、S.pomeroyi H
MG−CoAレダクターゼをコードする配列が、ネイティブなS.cerevisiae
HMG−CoAレダクターゼをコードする切断型HMG1コード配列であるtHMGr
で置き換えられていることを1つの例外として、ms63907と同一である。
ms64472組み込み構築物(i85207;配列番号35)が下に示されている。
この構築物は、全てガラクトース−誘導性プロモーター(S.cerevisiae遺
伝子GAL1、GAL10、およびGAL7のプロモーター)の下にある、選択マーカー
(URA3);5つのネイティブな酵母のエルゴステロール経路の酵素(メバロン酸キナ
ーゼをコードするERG12、ホスホメバロン酸キナーゼをコードするERG8、メバロ
ン酸ピロリン酸デカルボキシラーゼをコードするERG19、ジメチルアリル二リン酸イ
ソメラーゼをコードするIDI1、およびファルネシルピロホスフェートシンテターゼを
コードするERG20)、ならびに進化した、Artemisia annua ファル
ネセンシンターゼの酵母コドン最適化バージョンをコードするヌクレオチド配列を含む。
これらの配列は、GAL80の上流のヌクレオチド配列からなる相同配列と下流のヌクレ
オチド配列からなる相同配列で挟まれている。宿主細胞に導入されると、ms64472
構築物は相同組込みによって宿主細胞のゲノムに組み込まれ、その組み込み配列でGAL
80コード配列が置き換えられることによってGAL80が機能的に破壊される。構築物
は米国特許第8,221,982号に記載の方法を使用して組み立てた。2%グルコース
を伴うCSM−URAプレート上で形質転換体を選択し、PCR増幅によって確認した。
この構築物中のURA3マーカーは直接反復配列に挟まれており、それにより、当該マー
カーの再利用が容易になる。URA3マーカーを再利用するために、細胞をYPD中で一
晩成長させ、次いで、5’FOAにプレーティングした。URA3のループアウトをPC
R増幅、およびCSM−URAプレートで成長できないことによって確認した。
次に、Y968.ms63907.ms64472、Y12869.ms63907.
ms64472、およびY12747.ms63907.ms64472のura−バー
ジョンを、RHR2 ORFをノックアウトするためにms59858で形質転換した。
この組み込み構築物は、それ自体のプロモーターおよびターミネーターの下にある、RH
R2の上流のヌクレオチド配列と下流のヌクレオチド配列に挟まれたネイティブなS.c
erevisiae URA3遺伝子からなる。形質転換体を、2%グルコースを唯一の
炭素源として含有するCSM−hisプレートにプレーティングし、PCR増幅によって
確認した。
6.3.1.2 培養条件
単一のコロニーを96ウェルプレートのウェル中のシード培地(実施例1に記載されて
いる)360μlに接種し、34℃で3日間、1000rpmで振とうすることにより成
長させた。次いで、培養物14.4μlを50mMのコハク酸pH5.0および40g/
Lガラクトースを伴うシード培地360μl中に継代培養し、34℃で2日間、1000
rpmで振とうすることによって成長させた。
6.3.1.3 アセテートおよびグリセロールの定量化
アセテートおよびグリセロールを定量化した 全細胞ブロス1mlを1.5mlのエッ
ペンドルフチューブに移し、卓上遠心分離機を使用して13,000RPMで1分回転さ
せて上清を清澄化することによって。次いで、上清を8mMの硫酸で希釈し(1:1v/
v)、ボルテックスし、再度遠心分離した後に、1.8mlのバイアルに移した。Bio
Rad Aminex HPX−87H 300mm×7.8mmカラムを使用して、可
変性の波長および屈折率検出を伴うAgilent 1200 HPLCを用いて試料を
分析した。移動相移動相は4mMの硫酸であり、カラム温度は40℃であり、流速は毎分
0.5mlであった。
6.3.1.4 ファルネセンの定量化
34℃で2日間のインキュベーションの最後に、全細胞ブロス98μlをナイルレッド
溶液(DMSO中100μg/ml)2μlと混合して平底96ウェルアッセイプレート
(Costar 3916)に入れ、96ウェルプレート振とう機で30秒混合した。次
いでプレートをBeckman M5プレートリーダーにおいて500nmにおける励起
および550nmにおける放出を用いて読み取った。
6.3.1.5 光学濃度の定量化
96ウェルアッセイプレートにおいて、培養物8μlと希釈剤(20%PEG200、
20%エタノール、2%トリトンX−114)92μlを混合し、室温で30分インキュ
ベートした。アッセイプレートをボルテックスした後、Beckman M5プレートリ
ーダーでOD600を測定した。
6.3.2 結果
図8Aには、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ acs2Δ ald6Δ)を含み
、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.eutE)ならびにホスホケト
ラーゼ(Lm.PK)およびホスホトランスアセチラーゼ(Ck.PTA)を異種発現し
、かつファルネセン産生経路内の遺伝子を過剰発現するY12746.ms63909.
ms64472株により、RHR2遺伝子が欠失したY12746.ms63909.m
s64472バージョンよりも多くのアセテートが分泌されることが示されている。図8
Bに示されている通り、Y12746.ms63909.ms64472 rhr2^の
グリセロールレベルはY12746.ms63909.ms64472と比較して大きく
変化しないので、RHR2の欠失によるグリセロール産生に対する影響はない。図8Cに
示されている通り、Y12746.ms63909.ms64472 rhr2^におけ
るアセテートの実質的なレベルの低下は、細胞密度はRHR2+集団とrhr2^集団の
どちらについても同様であるので、細胞の成長の低下に起因するものではない。これらの
結果により、無細胞抽出物におけるアセチルホスフェートホスファターゼ活性に関与する
Rhr2が、in vivoにおけるアセチルホスフェートのアセテートへの加水分解の
主な原因でもあることが実証される。
RHR2が欠失すると観察されるアセテートの減少がファルネセン産生とは独立して起
こるかものかどうかを決定するために、12746株のRHR2遺伝子がインタクトであ
るまたは欠失しているがファルネセン産生経路内の遺伝子を発現しないバージョンにおけ
るアセテート産生を測定した。図8Dには、PDH−バイパスの欠失(acs1Δ ac
s2Δ ald6Δ)を含み、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼアセチル化(Dz.e
utE)ならびにホスホケトラーゼ(Lm.PK)およびホスホトランスアセチラーゼ(
Ck.PTA)を異種発現するY12746株により、Y12746のRHR2遺伝子が
欠失したバージョンよりも多くのアセテート分泌されることが示されている。図8Eに示
されている通り、Y12746.ms63909.ms64472 rhr2^における
アセテートの実質的なレベルの低下は、細胞密度はRHR2+集団およびrhr2^集団
のどちらについても同様であるので、細胞の成長の低下に起因するものではない。これら
のデータにより、アセテートの減少が過剰発現したファルネセン産生経路の存在にかかわ
らず起こることが例証される。
図9には、rhr2の欠失により、ファルネセン産生がY12746.ms63907
.ms64472では2.1倍改善され、Y12745.ms63907.ms6447
2では1.4倍改善されることが示されている(各株バックグラウンドにおいて、RHR
2+親を1に正規化)。さらに、rhr2の欠失により、Y12746.ms63907
.ms64472の炭素消耗時の最終的な光学濃度が改善される。Y12745.ms6
3907.64472とY12746.ms63907.ms64472はどちらも、フ
ァルネセンの合成に使用される細胞質ゾル内アセチルCoAを産生するためにホスホケト
ラーゼおよびホスホトランスアセチラーゼを使用し、したがって経路の中間体としてアセ
チルホスフェートを使用する。Y968.ms63907.ms64472株およびY1
2869.ms63907.ms64472株はホスホケトラーゼまたはホスホトランス
アセチラーゼを発現せず、経路の中間体としてアセチルホスフェートを使用しない。これ
らの株バックグラウンドにおけるrhr2の欠失には、いずれの株バックグラウンドにお
いてもファルネセン産生または光学濃度に対する効果はない。これにより、rhr2を特
異的にノックアウトすることの利益は、中間代謝産物よしてアセチルホスフェートを使用
する株、例えば、異種PKおよび/またはPTAを株に当てはまることが示される。
本明細書において引用されている刊行物、特許および特許出願は全て、個々の刊行物ま
たは特許出願が具体的にかつ個別に参照により組み込まれることが示されたと同じく参照
により本明細書に組み込まれる。前述の発明は、明瞭な理解のために図解および実施例に
より一部の詳細について記載されているが、本発明の教示に照らして、添付の特許請求の
範囲の主旨または範囲から逸脱することなくそれらに対してある特定の変化および改変を
成すことができることが当業者には容易に明らかになる。

Claims (47)

  1. (a)ホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)をコードする異種核酸、および
    (b)アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の機能的破壊
    を含む遺伝子改変宿主細胞。
  2. ホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3.1.8)をコードする異種核酸を
    さらに含む、請求項1に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  3. (a)ホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3.1.8)をコードする異種
    核酸、および
    (b)アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の機能的破壊
    を含む遺伝子改変宿主細胞。
  4. ホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)をコードする異種核酸をさらに含む、
    請求項3に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  5. アセチルホスフェートをアセテートに変換する前記酵素がグリセロール−1−ホスファ
    ターゼ(EC3.1.3.21)である、請求項1から4までのいずれか一項に記載の遺
    伝子改変宿主細胞。
  6. 前記グリセロール−1−ホスファターゼが、GPP1/RHR2、GPP2/HOR2
    、ならびにその相同体およびバリアントから選択される、請求項5に記載の遺伝子改変宿
    主細胞。
  7. GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリアントが機能的に破壊されている、
    請求項6に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  8. GPP2/HOR2またはその相同体もしくはバリアントが機能的に破壊されている、
    請求項6に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  9. GPP1/RHR2とGPP2/HOR2の両方、またはGPP1/RHR2の相同体
    もしくはバリアントとGPP2/HOR2の相同体もしくはバリアントの両方が機能的に
    破壊されている、請求項6に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  10. イソプレノイドを産生することができる、請求項1から9までのいずれか一項に記載の
    遺伝子改変宿主細胞。
  11. イソペンテニルピロホスフェートを作製するためのメバロン酸(MEV)経路の1種ま
    たは複数種の酵素をコードする1種または複数種の異種核酸を含む、請求項10に記載の
    遺伝子改変宿主細胞。
  12. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、NADH使用HMG−CoAレダクター
    ゼを含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  13. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、2分子のアセチルCoAを縮合させてア
    セトアセチルCoAを形成する酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  14. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、アセトアセチルCoAとアセチルCoA
    を縮合させてHMG−CoAを形成する酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主
    細胞。
  15. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、HMG−CoAをメバロネートに変換す
    る酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  16. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、メバロネートをメバロネート5−ホスフ
    ェートにリン酸化する酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  17. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、メバロネート5−ホスフェートをメバロ
    ネート5−ピロホスフェートに変換する酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主
    細胞。
  18. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、メバロネート5−ピロホスフェートをイ
    ソペンテニルピロホスフェートに変換する酵素を含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿
    主細胞。
  19. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素が、HMG−CoAシンターゼ、メバロン酸
    キナーゼ、ホスホメバロン酸キナーゼおよびメバロン酸ピロリン酸デカルボキシラーゼか
    ら選択される、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  20. 前記MEV経路の酵素の全てをコードする複数の異種核酸を含む、請求項11に記載の
    遺伝子改変宿主細胞。
  21. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素をコードする前記1種または複数種の異種核
    酸が単一の転写調節因子の制御下にある、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  22. 前記MEV経路の1種または複数種の酵素をコードする前記1種または複数種の異種核
    酸が複数の異種性転写調節因子の制御下にある、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞
  23. イソペンテニルピロホスフェート(IPP)をジメチルアリルピロホスフェート(DM
    APP)に変換することができる酵素をコードする異種核酸をさらに含む、請求項11に
    記載の遺伝子改変宿主細胞。
  24. IPP分子および/またはDMAPP分子を縮合させてポリプレニル化合物を形成する
    ことができる酵素をコードする異種核酸をさらに含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿
    主細胞。
  25. IPPまたはポリプレニルを修飾してイソプレノイド化合物を形成することができる酵
    素をコードする異種核酸をさらに含む、請求項11に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  26. IPPまたはポリプレニルを修飾してイソプレノイド化合物を形成することができる前
    記酵素が、カレンシンターゼ、ゲラニオールシンターゼ、リナロールシンターゼ、リモネ
    ンシンターゼ、ミルセンシンターゼ、オシメンシンターゼ、α−ピネンシンターゼ、β−
    ピネンシンターゼ、γ−テルピネンシンターゼ、テルピノレンシンターゼ、アモルファジ
    エンシンターゼ、α−ファルネセンシンターゼ、β−ファルネセンシンターゼ、ファルネ
    ソールシンターゼ、ネロリドールシンターゼ、パチョロールシンターゼ、ノートカトンシ
    ンターゼ、およびアビエタジエンシンターゼからなる群から選択される、請求項25に記
    載の遺伝子改変宿主細胞。
  27. 前記イソプレノイドが、ヘミテルペン、モノテルペン、ジテルペン、トリテルペン、テ
    トラテルペン、セスキテルペン、およびポリテルペンからなる群から選択される、請求項
    10に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  28. 前記イソプレノイドがC〜C20イソプレノイドである、請求項10に記載の遺伝子
    改変宿主細胞。
  29. 前記イソプレノイドが、アビエタジエン、アモルファジエン、カレン、α−ファルネセ
    ン、β−ファルネセン、ファルネソール、ゲラニオール、ゲラニルゲラニオール、イソプ
    レン、リナロール、リモネン、ミルセン、ネロリドール、オシメン、パチョロール、β−
    ピネン、サビネン、γ−テルピネン、テルピノレン、およびバレンセンからなる群から選
    択される、請求項10に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  30. 細菌細胞、真菌細胞、藻類細胞、昆虫細胞、および植物細胞からなる群から選択される
    、請求項1から29までのいずれか一項に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  31. 酵母細胞である、請求項1から29までのいずれか一項に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  32. 前記酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、請求項31に
    記載の遺伝子改変宿主細胞。
  33. アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の機能的破壊を含まない酵母
    細胞と比較して増大した量のアセチルCoA由来化合物を産生する、請求項1から32ま
    でのいずれか一項に記載の遺伝子改変宿主細胞。
  34. イソプレノイドを産生するための方法であって、
    (a)請求項10から33までのいずれか一項に記載の遺伝子改変宿主細胞の集団を、
    炭素源を含む培地中、前記イソプレノイド化合物を作製するのに適した条件下で培養する
    ステップ、および
    (b)前記イソプレノイド化合物を前記培地から回収するステップ
    を含む、方法。
  35. 宿主細胞におけるアセチルCoAまたはアセチルCoA由来化合物の産生を増大させる
    ための方法であって、
    (a)前記宿主細胞においてホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)をコード
    する異種核酸を発現させるステップ、および
    (b)アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素を機能的に破壊するス
    テップ
    を含む、方法。
  36. 前記宿主細胞においてホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3.1.8)を
    コードする異種核酸を発現させるステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
  37. 宿主細胞におけるアセチルCoAの産生を増大させるための方法であって、
    (a)前記宿主細胞においてホスホトランスアセチラーゼ(PTA;EC2.3.1.
    8)をコードする異種核酸を発現させるステップ、および
    (b)アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素を機能的に破壊するス
    テップ
    を含む、方法。
  38. 前記宿主細胞においてホスホケトラーゼ(PK;EC4.1.2.9)をコードする異
    種核酸を発現させるステップをさらに含む、請求項37に記載の方法。
  39. アセチルホスフェートをアセテートに変換する前記酵素がグリセロール−1−ホスファ
    ターゼ(EC3.1.3.21)である、請求項35から38までのいずれか一項に記載
    の方法。
  40. 前記グリセロール−1−ホスファターゼがGPP1/RHR2、GPP2/HOR2、
    ならびにその相同体およびバリアントから選択される、請求項39に記載の方法。
  41. GPP1/RHR2またはその相同体もしくはバリアントが機能的に破壊されている、
    請求項40に記載の方法。
  42. GPP2/HOR2またはその相同体もしくはバリアントが機能的に破壊されている、
    請求項40に記載の方法。
  43. GPP1/RHR2とGPP2/HOR2の両方、またはGPP1/RHR2の相同体
    もしくはバリアントとGPP2/HOR2の相同体もしくはバリアントの両方が機能的に
    破壊されている、請求項40に記載の方法。
  44. 前記宿主細胞が、細菌細胞、真菌細胞、藻類細胞、昆虫細胞、および植物細胞からなる
    群から選択される、請求項35から43までのいずれか一項に記載の方法。
  45. 前記宿主細胞が酵母細胞である、請求項35から43までのいずれか一項に記載の方法
  46. 前記酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、請求項45に
    記載の方法。
  47. 前記宿主細胞が、アセチルホスフェートをアセテートに変換する内因性酵素の機能的破
    壊を含まない酵母細胞と比較して増大した量のアセチルCoAまたはアセチルCoA由来
    化合物を産生する、請求項35から46までのいずれか一項に記載の方法。
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