WO2015110518A1 - Fermentative process involving cell cultivation at a low dissolved-oxygen concentration - Google Patents

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WO2015110518A1
WO2015110518A1 PCT/EP2015/051226 EP2015051226W WO2015110518A1 WO 2015110518 A1 WO2015110518 A1 WO 2015110518A1 EP 2015051226 W EP2015051226 W EP 2015051226W WO 2015110518 A1 WO2015110518 A1 WO 2015110518A1
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coenzyme
enzyme
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Thomas Haas
Markus PÖTTER
Eva-Maria Eckl
Simon Beck
Anja Thiessenhusen
Martin DEMLER
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Evonik Degussa Gmbh
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    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
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Definitions

  • the dissolved oxygen concentration can be monitored in real time by using, for example, the above-mentioned probes.
  • Ribosome binding sites flanking the gene encoding the target enzyme.
  • foreign DNA is meant in this context any DNA sequence which is “foreign” to the gene (and not to the organism), i.e. endogenous DNA sequences may also function as “foreign DNA” in this context.
  • the carbon contained in the synthesis gas at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of the carbon of all carbon sources, the

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Abstract

The invention relates to a process involving the cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria at a low dissolved-oxygen concentration of 0.001 mg/l to 0.5 mg/l. Said process can also involve synthesis of target products selected among substances which are formed via the intermediate product acetyl coenzyme A or metabolites of the citric acid cycle, e.g. fatty acids, fatty acid esters, fatty alcohols, fatty aldehydes, butanol, butene, propene, acetone, 2-hydroxy-methylpropanoic acid, or 2-propanol.

Description

FERMENTATIVES VERFAHREN UMFASSEND EINE KULTIVIERUNG VON ZELLEN UNTER  FERMENTATIVE METHOD COMPRISING A CULTURE OF CELLS UNDER
NIEDRIGER GELÖSTSAUERSTOFFKONZENTRATION LOW SOLVENT OXYGEN CONCENTRATION
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren umfassend eine Kultivierung von Zellen unter niedriger Gelöstsauerstoffkonzentration. Stand der Technik The invention relates to a method comprising culturing cells under low dissolved oxygen concentration. State of the art
Bei der fermentativen Herstellung von Produkten ist man stets bemüht, die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten möglichst zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren. In der Regel kann man so die Produktausbeute erhöhen und auch die Aufreinigung des Endproduktes erleichtern. In the fermentative production of products, efforts are always made to avoid or minimize the formation of undesirable by-products. In general, one can thus increase the product yield and also facilitate the purification of the final product.
Zellen, die als Kohlenstoffquelle anorganischen Kohlenstoff verwenden, um organische Moleküle zu synthetisieren sind insbesondere in Form von Knallgasbakterien bekannt. Organismen, die Polyhydroxyalkanoat produzieren, benutzen als Vorstufe 3- Hydroxyalkanyl-CoA. Dieses Stoffwechselprodukt kann als hervorragende Cells that use inorganic carbon as a carbon source to synthesize organic molecules are known in particular in the form of oxyhydrogen bacteria. Organisms that produce polyhydroxyalkanoate use as precursor 3-hydroxyalkanyl-CoA. This metabolite can be considered excellent
Ausgangssubstanz dienen, um insbesondere auch durch künstlich eingefügte Original substance serve, in particular by artificially inserted
Stoffwechselwege zu weiteren, hochwertigen organischen Substanzen verstoffwechselt zu werden. Metabolic pathways to other high-quality organic substances to be metabolized.
Insbesondere das Polyhydroxybutyrat produzierende Knallgasbakterium Cupriavidus necator wurde in den letzten Jahren ausführlich charakterisiert und untersucht.  In particular, the polyhydroxybutyrate-producing oxyhydrogen bacterium Cupriavidus necator has been extensively characterized and studied in recent years.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die The object of the invention was to provide a method which the
Nebenproduktbildung in Fermentationsverfahren reduziert und somit die Ausbeute an Monomereinheiten der in der Biosynthese verminderten Polyhydroxyalkanoats erhöht. Beschreibung der Erfindung By-product formation is reduced in fermentation and thus increases the yield of monomer units of the polyhydroxyalkanoate reduced in the biosynthesis. Description of the invention
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das im Folgenden beschriebene Verfahren die der Erfindung gestellte Aufgabe zu lösen vermag. Surprisingly, it has been found that the method described below is capable of solving the problem posed by the invention.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren umfassend eine The subject of the present invention is therefore a method comprising a
Kultivierung von Knallgasbakterien unter niedriger Gelöstsauerstoffkonzentration. Cultivation of oxyhydrogen bacteria under low dissolved oxygen concentration.
Alle angegebenen Prozent (%) sind, wenn nicht anders angegeben, Massenprozent. Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch das limitierte Angebot an Sauerstoff ein Überschussmetabolismus des Mikroorganismus unterbunden wird, bei dem es zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukten kommt. Somit für die vorliegenden All percentages (%) are by mass unless otherwise specified. The advantage of the present invention is that the limited supply of oxygen prevents an excess metabolism of the microorganism, which leads to the formation of undesired by-products. Thus for the present
Erfindung zu einer Erhöhung der Kohlenstoffselektivität. Invention to increase the carbon selectivity.
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch die verringerte Another advantage of the present invention is that reduced by the
Nebenproduktbildung die Aufreinigung in Verfahrensschritt C vereinfacht und somit kostengünstiger wird. By-product formation simplifies the purification in process step C and thus becomes more cost-effective.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass hierfür nur ein geringer Anteil an Sauerstoff im H2-haltigen Substratgas notwendig ist. Somit wird das Risiko der Bildung einer explosionsförmigen Atmosphäre im Inneren des Fermenters minimiert. Somit muss die Apparatur für das vorliegende Verfahren nicht für EX-geschützt ausgelegt sein, wodurch sich beim Bau einer Produktionsanlage deutlich Kosten einsparen lassen. Another advantage of the present invention is that only a small proportion of oxygen in the H 2 -containing substrate gas is necessary for this purpose. Thus, the risk of the formation of an explosive atmosphere inside the fermenter is minimized. Thus, the apparatus for the present method need not be designed for EX-protected, which can save significant costs in the construction of a production plant.
Gegenstand ist somit ein Verfahren zur Kultivierung von Knallgasbakterien in einem Medium umfassend einen Verfahrensschritt, in dem das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht wird, und das Medium eine Subject matter is a process for the cultivation of methanogenic bacteria in a medium comprising a step, in which the medium is contacted with a gas containing H 2, C0 2 and 0 2, and the medium is a
Gelöstsauerstoffkonzentration von 0,001 mg/L bis 0,5 mg/L, bevorzugt von 0,005 mg/L bis 0,3 mg/L, besonders bevorzugt von 0,01 mg/L bis 0,2 mg/L aufweist.  Dissolved oxygen concentration of 0.001 mg / L to 0.5 mg / L, preferably from 0.005 mg / L to 0.3 mg / L, more preferably from 0.01 mg / L to 0.2 mg / L.
Unter dem Begriff„Knallgasbakterium" ist ein Bakterium zu verstehen, das in der Lage ist chemolithoautotroph zu wachsen und aus H2 und C02 in Gegenwart von Sauerstoff Kohlenstoffgerüste mit mehr als einem C-Atom aufzubauen, wobei der Wasserstoff oxidiert und der Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor benutzt wird. Es können erfindungsgemäß sowohl solche Bakterien eingesetzt werden, die von Natur aus The term "oxyhydrogen bacterium" is a bacterium to be understood which is capable of chemolithoautotrophically to grow and build up from H 2 and C0 2 in the presence of oxygen carbon frameworks with more than one carbon atom, wherein the hydrogen oxidation and oxygen as a terminal According to the invention, it is possible to use both those bacteria which are inherent in nature
Knallgasbakterien darstellen, oder aber auch Bakterien, welche durch gentechnische Modifikation zu Knallgasbakterien wurden, wie beispielsweise eine E. coli Zelle, die durch rekombinantes Einfügen der notwendigen Enzyme in die Lage versetzt wurde, aus H2 und C02 in Gegenwart von Sauerstoff Kohlenstoffgerüste mit mehr als einem C-Atom aufzubauen, wobei der Wasserstoff oxidiert und der Sauerstoff als terminaler Bacteriophilic bacteria, or even bacteria which have been by genetic modification to Oxy-gas bacteria, such as an E. coli cell, which has been made by recombinant insertion of the necessary enzymes in a position capable of H 2 and C0 2 in the presence of oxygen to build carbon skeletons with more than one carbon atom, the hydrogen oxidized and the oxygen as the terminal
Elektronenakzeptor benutzt wird. Bevorzugt handelt es sich bei den im Electron acceptor is used. Preferably, the im
erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Knallgasbakterien um solche, welche bereits als Wildtyp Knallgasbakterien darstellen. According to the invention used explosive gas bacteria to those which already represent as wild-type explosive gas bacteria.
Erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Knallgasbakterien sind ausgewählt aus den Gattungen Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena,  Bacteriostatic bacteria preferably used according to the invention are selected from the genera Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena,
Ancyclobacter, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Ancyclobacter, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum,
Hydrogenophaga,, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera, Mycobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Seliberia, Streptomyces, Thiocapsa, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, wobei Cupriavidus besonders bevorzugt ist, Hydrogenophaga, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera, Mycobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Seliberia, Streptomyces, Thiocapsa, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, with Cupriavidus being particularly preferred.
besonders aus den Spezies Cupriavidus necator (alias Ralstonia eutropha, Wautersia eutropha, Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas eutropha), Achromobacter ruhlandii, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidovorax facilis, Alcaligenes hydrogenophilus, especially from the species Cupriavidus necator (also known as Ralstonia eutropha, Wautersia eutropha, Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas eutropha), Achromobacter ruhlandii, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidovorax facilis, Alcaligenes hydrogenophilus,
Alcaligenes latus, Anabena cylindrica, Anabena oscillaroides, Anabena sp., Anabena spiroides, Ancyclobacter vacuolatus, Aquifex aeolicus, Aquifex pyrophilus, Arthrobacter strain 11X, Bacillus schlegelii, Bradyrhizobium japonicum, Derxia gummosa, Escherichia coli, Heliobacter pylori, Herbaspirillum autotrophicum, Hydrogenobacter hydrogenophilus. , Hydrogenobacter thermophilus, Hydrogenobaculum acidophilum, Hydrogenophaga flava, Hydrogenophaga palleronii, Hydrogenophaga pseudoflava, Hydrogenophaga Alcaligenes latus, Anabena cylindrica, Anabena oscillaroides, Anabena sp., Anabena spiroides, Ancyclobacter vacuolatus, Aquifex aeolicus, Aquifex pyrophilus, Arthrobacter strain 11X, Bacillus schlegelii, Bradyrhizobium japonicum, Derxia gummosa, Escherichia coli, Heliobacter pylori, Herbaspirillum autotrophicum, Hydrogenobacter hydrogenophilus. , Hydrogenobacter thermophilus, Hydrogenobaculum acidophilum, Hydrogenophaga flava, Hydrogenophaga palleronii, Hydrogenophaga pseudoflav, Hydrogenophaga
taeniospirales, Hydrogeneophilus thermoluteolus, Hydrogenothermus marinus, taeniospirales, Hydrogeneophilus thermoluteolus, Hydrogenothermus marinus,
Hydrogenovibrio marinus, Ideonella sp. 0-1, Kyrpidia tusciae, Metallosphaera sedula, Myobacterium gordonae, Nocardia autotrophica, Oligotropha carboxidivorans, Hydrogenovibrio marinus, Ideonella sp. 0-1, Kyrpidia tusciae, Metallosphaera sedula, Myobacterium gordonae, Nocardia autotrophica, Oligotropha carboxidivorans,
Paracoccus denitrificans, Pelomonas saccharophila, Polaromonas hydrogenivorans, Pseudomonas hydrogenovora, Pseudomonas thermophila, Rhizobium japonicum, Rhodococcus opacus, Rhodopseudomonas palustris, Seliberia carboxydohydrogena, Thiocapsa roseopersicina, Variovorax paradoxus, Xanthobacter autrophicus, Paracoccus denitrificans, Pelomonas saccharophila, Polaromonas hydrogenivorans, Pseudomonas hydrogenovora, Pseudomonas thermophila, Rhizobium japonicum, Rhodococcus opacus, Rhodopseudomonas palustris, Seliberia carboxydohydrogena, Thiocapsa roseopersicina, Variovorax paradoxus, Xanthobacter autrophicus,
Xanthobacter flavus, wobei Cupriavidus necator besonders bevorzugt ist, insbesondere aus den Stämmen Cupriavidus necator H16, Cupriavidus necator H1 oder Cupriavidus necator Z-1.  Xanthobacter flavus, Cupriavidus necator being particularly preferred, in particular from the strains Cupriavidus necator H16, Cupriavidus necator H1 or Cupriavidus necator Z-1.
Besonders bevorzugt wird der Stamm Cupriavidus necator H 16 PHB-4, DSM 541 eingesetzt. Geeignete Verfahren zur Messung der Gelöstsauerstoffkonzentration sind beispielsweise in Suresh et al. (2009) Techniques for oxygen transfer measurement in bioreactors: a review, J Chem Technol Biotechnol, 84, S. 1091 -1103 beschrieben. Particular preference is given to using the strain Cupriavidus necator H 16 PHB-4, DSM 541. Suitable methods for measuring the dissolved oxygen concentration are described, for example, in Suresh et al. (2009) Techniques for oxygen transfer measurement in bioreactors: a review, J Chem Technol Biotechnol, 84, pp. 1091-1103.
Insbesondere wird die Gelöstsauerstoffkonzentration durch Messung mit einer amperometrischen Gelöstsauerstoffsonde nach dem Clark-Prinzip eingesetzt. Diese Sonde wird unter Prozessbedingungen bei der eingesetzten Sauerstoffkonzentration im Gas auf 100% p02 und unter Stickstoff auf 0% 02 kalibriert. Die gemessenen p02-Werte sind direkt proportional zur jeweiligen Gelöstsauerstoffkonzentration im Medium. Die gemessenen p02-Werte werden über die entsprechende Henry-Konstante in die jeweilige Gelöstsauerstoffkonzentration umgerechnet. Henry-Konstanten für Gelöstgase finden sich in Wilhelm et al. (1977) Low-pressure solubility of gases in liquid water (77), S. 219-262. In particular, the dissolved oxygen concentration is used by measurement with an amperometric dissolved oxygen probe according to the Clark principle. This probe is calibrated under process conditions at the oxygen concentration used in the gas to 100% p0 2 and under nitrogen to 0% 0 2 . The measured pO 2 values are directly proportional to the respective dissolved oxygen concentration in the medium. The measured pO 2 values are converted into the respective dissolved oxygen concentration via the corresponding Henry constant. Henry's constants for dissolved gases can be found in Wilhelm et al. (1977) Low-pressure solubility of gases in liquid water (77), pp. 219-262.
Die Menge an gelöstem Sauerstoff in einem wässrigen Medium ist abhängig von vielen Faktoren, wie beispielsweise Druck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration des an das Medium angrenzenden Gases. The amount of dissolved oxygen in an aqueous medium is dependent on many factors, such as pressure, temperature, and oxygen concentration of the gas adjacent to the medium.
Der Fachmann kann somit durch gezielte Veränderung dieser Parameter direkten Einfluss auf die Gelöstsauerstoffkonzentration nehmen.  The skilled person can thus take direct influence on the dissolved oxygen concentration by targeted modification of these parameters.
In einem Fermenter lässt sich die Gelöstsauerstoffkonzentration beispielsweise durch die Fermentergeometrie, die Art des Rührwerkes, die Rührerdrehzahl und die Art des Sauerstoffeintrages regulieren.  In a fermenter, the dissolved oxygen concentration can be regulated, for example, by the fermenter geometry, the type of stirrer, the stirrer speed and the type of oxygen input.
Die Gelöstsauerstoffkonzentration lässt sich durch den Einsatz beispielsweise oben genannter Sonden in Echtzeit verfolgen.  The dissolved oxygen concentration can be monitored in real time by using, for example, the above-mentioned probes.
Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Knallgasbakterium, derart gentechnisch verändert wurde, dass es verglichen zu seinemA method preferred according to the invention is characterized in that the oxyhydrogen bacterium has been genetically engineered such that it has a content comparable to its
Wildtyp eine verminderte Polyhydroxyalkanoat-Synthese aufweist. Wild type has a reduced polyhydroxyalkanoate synthesis.
Unter einem„Wldtyp" einer Zelle wird vorzugsweise eine Zelle bezeichnet, deren Genom in einem Zustand vorliegt, wie er natürlicherweise durch die Evolution entstanden ist. Der A "cell type" of a cell is preferably referred to as a cell whose genome is in a state naturally formed by evolution
Begriff wird sowohl für die gesamte Zelle als auch für einzelne Gene verwendet. Unter den Begriff„Wldtyp" fallen daher insbesondere nicht solche Zellen bzw. solche Gene, deren Gensequenzen zumindest teilweise durch den Menschen mittels rekombinanterTerm is used for both the entire cell and for individual genes. The term "wild type" therefore does not include in particular cells or genes whose gene sequences are at least partially recombinant by humans
Verfahren verändert worden sind. Procedures have been changed.
Unter dem Begriff„verglichen zum Wildtyp verminderte Polyhydroxyalkanoat-Synthese" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist zu verstehen, dass die betrachteten Zellen, wenn unter gleichen Bedingungen kultiviert wie der Wildtyp, weniger  By the term "reduced polyhydroxyalkanoate synthesis compared to wild-type" in the context of the present invention is meant that the cells under consideration, when cultured under the same conditions as the wild type, less
Polyhdroxyalkanoat pro Zellen bilden als der Wildtyp. Die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Knallgasbakterien weisen aufgrund von mindestens einer gentechnischen Veränderung eine verglichen zu ihrem Wildtyp verminderte Polyhydroxyalkanoat-Synthese auf. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Knallgasbakterien keine nachweisbaren Mengen an Polyhydroxyalkanoat synthetisieren. Bevorzugt ist das Polyhydroxyalkanoat, dessen Synthese vermindert ist, Polyhydroxybutyrat. Polyhydroxyalkanoate per cell form as the wild-type. The oxyhydrogen bacteria preferably used according to the invention have, due to at least one genetic modification, a polyhydroxyalkanoate synthesis reduced compared to their wild-type. In this connection, it is particularly preferred that the oxyhydrogen bacteria used according to the invention do not synthesize detectable amounts of polyhydroxyalkanoate. Preferably, the polyhydroxyalkanoate whose synthesis is reduced, polyhydroxybutyrate.
Die verglichen zum Wldtyp verminderte Polyhydroxyalkanoat-Synthese lässt sich bevorzugt durch eine gentechnische Veränderung erreichen, so dass die verglichen zum Wldtyp der Zelle verminderte Aktivität mindestens eines Enzyms, welches die Umsetzung von 3-Hydroxyalkanyl-Coenzym A zu Polyhydroxyalkanoat, bevorzugt von 3- Hydroxybutyryl-Coenzym A zu Polyhydroxybutyrat katalysiert. The polyhydroxyalkanoate synthesis, which is reduced compared to the Wld type, can preferably be achieved by a genetic modification, such that the activity of at least one enzyme which is reduced compared to the cell type of the enzyme which converts 3-hydroxyalkanyl-coenzyme A to polyhydroxyalkanoate, preferably 3-hydroxybutyryl Coenzyme A catalyses to polyhydroxybutyrate.
Unter der verwendeten Formulierung„verminderte Aktivität eines Enzyms" wird dementsprechend vorzugsweise eine um einen Faktor von mindestens 0,5, besonders bevorzugt von mindestens 0, 1 , darüber hinaus bevorzugt von mindestens 0,01 , darüber hinaus noch mehr bevorzugt von mindestens 0,001 und am meisten bevorzugt von mindestens 0,0001 verminderte Aktivität verstanden. Die Formulierung„verminderte Aktivität" beinhaltet auch keine detektierbare Aktivität („Aktivität von null"). Die Accordingly, by the term "reduced activity of an enzyme" used, it is preferred to use a factor of at least 0.5, more preferably at least 0, 1, more preferably at least 0.01, even more preferably at least 0.001, and Most preferably, the term "decreased activity" does not include any detectable activity ("zero activity")
Verminderung der Aktivität eines bestimmten Enzyms kann beispielsweise durch gezielte Mutation oder durch andere, dem Fachmann bekannte Maßnahmen zur Verminderung der Aktivität eines bestimmten Enzyms erfolgen. Reduction of the activity of a particular enzyme can be carried out, for example, by targeted mutation or by other measures known to those skilled in the art for reducing the activity of a particular enzyme.
Verfahren zur Verminderung von enzymatischen Aktivitäten in Mikroorganismen sind dem Fachmann bekannt, diese umfassen Insertion von Fremd-DNA in das Gen kodierend für das Zielenzym, Deletion mindestens von Teilen des Gens kodierend für das Zielenzym, Punktmutationen in der Gensequenz kodierend für das Zielenzym, RNA-Interferenz (siRNA), antisense-R A oder Modifikation (Insertion, Deletion oder Punktmutationen) von regulatorischen Sequenzen, wie etwa Promotoren und Terminatoren oder von  Methods for reducing enzymatic activities in microorganisms are known to the person skilled in the art, these include insertion of foreign DNA into the gene coding for the target enzyme, deletion of at least parts of the gene coding for the target enzyme, point mutations in the gene sequence coding for the target enzyme, RNA Interference (siRNA), antisense R A or modification (insertion, deletion or point mutations) of regulatory sequences such as promoters and terminators or of
Ribosomenbindestellen, welche das Gen kodierend für das Zielenzym flankieren. Unter Fremd-DNA ist in diesem Zusammenhang jegliche DNA-Sequenz zu verstehen, die dem Gen (und nicht dem Organismus)„fremd" ist, d.h. auch endogene DNA-Sequenzen können in diesem Zusammenhang als„Fremd-DNA" fungieren. Ribosome binding sites flanking the gene encoding the target enzyme. By foreign DNA is meant in this context any DNA sequence which is "foreign" to the gene (and not to the organism), i.e. endogenous DNA sequences may also function as "foreign DNA" in this context.
Bei dem Enzym, welches die Umsetzung von 3-Hydroxyalkanyl-Coenzym A zu  In the enzyme, which involves the reaction of 3-hydroxyalkanyl-coenzyme A too
Polyhydroxyalkanoat handelt es sich vorzugsweise um eine Polyhydroxyalkanoat Synthase, besonders bevorzugt um eine Polyhydroxybutyrat Synthase. Dieses Enzym wird insbesondere vorzugsweise von den Genen phbC oder phaC kodiert, wobei phaC besonders bevorzugt ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht. Polyhydroxyalkanoate is preferably a polyhydroxyalkanoate synthase, more preferably a polyhydroxybutyrate synthase. In particular, this enzyme is preferably encoded by the genes phbC or phaC, with phaC being particularly preferred. In the inventive process, the medium is brought into contact with a gas containing H 2, C0 2 and 0. 2
Hierdurch wird dem Knallgasbakterium das H2, C02 und 02 enthaltende Gas als As a result, the explosive gas bacterium H 2 , C0 2 and 0 2 containing gas as
Kohlenstoffquelle bereitgestellt. Das Knallgasbakterium synthetisiert mindestens teilweise aus dieser Kohlenstoffquelle Acetoacetyl-CoA, welches zu weiteren organischen Carbon source provided. The oxyhydrogen bacterium synthesized at least partially from this carbon source acetoacetyl-CoA, which to other organic
Verbindungen verstoffwechselt werden kann. Anders als in einem acetogenen Compounds can be metabolized. Unlike in an acetogenic
Verfahrensprozess, der unter streng anaeroben Bedingungen stattfindet, wird der hier beschriebene Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens unter aeroben Bedingungen durchgeführt. Process, which takes place under strictly anaerobic conditions, the process step described here of the method according to the invention is carried out under aerobic conditions.
Bevorzugt beträgt der Partialdruck des Wasserstoffes in dem H2, C02 und 02 Preferably, the partial pressure of the hydrogen in the H 2 , C0 2 and 0 2
enthaltenden Gas 0, 1 bis 100 bar, bevorzugt 0,2 bis 10 bar, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 bar. containing gas 0, 1 to 100 bar, preferably 0.2 to 10 bar, more preferably 0.5 to 4 bar.
Der Partialdruck des Kohlendioxids in dem H2, C02 und 02 enthaltenden Gas beträgt bevorzugt 0,03 bis 100 bar, besonders bevorzugt 0,05 bis 1 bar, insbesondere 0,05 bis 0,3 bar The partial pressure of carbon dioxide in the H 2, C0 2 and 0 2 -containing gas is preferably 0.03 to 100 bar, particularly preferably 0.05 to 1 bar, in particular 0.05 to 0.3 bar
Der Partialdruck des Sauerstoffs in dem H2, C02 und 02 enthaltenden Gas beträgt bevorzugt 0,04 bis 100 bar, besonders bevorzugt 0,04 bis 1 bar, insbesondere 0,04 bis 0,5 bar Als Quelle für das H2 und C02 ist insbesondere Synthesegas geeignet, welches mit Sauerstoff versetzt eingesetzt wird; daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Gas enthaltend H2, C02 und 02 Synthesegas enthält. The partial pressure of oxygen in the H 2, C0 2 and 0 2 -containing gas is preferably 0.04 to 100 bar, particularly preferably 0.04 to 1 bar, in particular 0.04 to 0.5 bar as the source of H 2, and C0 2 is particularly suitable synthesis gas, which is used mixed with oxygen; Therefore, it is preferred according to the invention that the gas containing H 2 , C0 2 and 0 2 contains synthesis gas.
Synthesegas kann z. B. aus dem Nebenprodukt der Kohlevergasung bereitgestellt werden. Das Knallgasbakterium wandelt folglich eine Substanz, die ein Abfallprodukt ist, in einen wertvollen Rohstoff um.  Syngas can, for. B. be provided from the by-product of the coal gasification. The oxyhydrogen bacterium thus converts a substance that is a waste product into a valuable raw material.
Alternativ kann Synthesegas durch die Vergasung von weit verfügbaren, preiswerten landwirtschaftlichen Rohstoffen für das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt werden. Es gibt zahlreiche Beispiele an Rohstoffen, die in Synthesegas umgewandelt werden können, da fast alle Vegetationsformen zu diesem Zwecke genutzt werden können. Bevorzugte Rohstoffe sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend  Alternatively, synthesis gas may be provided by the gasification of widely available, inexpensive agricultural raw materials for the process of the present invention. There are many examples of raw materials that can be converted into synthesis gas, since almost all forms of vegetation can be used for this purpose. Preferred raw materials are selected from the group comprising
perennierende Gräser wie Chinaschilf, Getreiderückstände, Verarbeitungsabfälle wie Sägemehl. Im Allgemeinen wird Synthesegas in einer Vergasungsapparatur aus getrockneter Biomasse gewonnen, hauptsächlich durch Pyrolyse, partielle Oxidation und Dampfreformierung, wobei die Primärprodukte CO, H2 und C02 sind. perennial grasses such as miscanthus, grain residues, processing waste such as sawdust. In general, synthesis gas is recovered in a gasification apparatus from dried biomass, mainly by pyrolysis, partial oxidation and steam reforming, the primary products being CO, H 2 and CO 2 .
Normalerweise wird ein Teil des Produktgases aufbereitet, um Produkterträge zu optimieren und Teerbildung zu vermeiden. Das Cracken des unerwünschten Teers in Synthesegas und CO kann unter Einsatz von Kalk und/oder Dolomit durchgeführt werden. Diese Prozesse werden im Detail in z. B. Reed, 1981 beschrieben (Reed, T.B., 1981 , Biomass gasification: principles and technology, Noves Data Corporation, Park Ridge, NJ.) Es können auch Mischungen verschiedener Quellen zur Generierung von Normally, some of the product gas is treated to optimize product yields and prevent tar formation. Cracking the unwanted tar in Synthesis gas and CO can be carried out using lime and / or dolomite. These processes are described in detail in z. B. Reed, 1981 (Reed, TB, 1981, Biomass gasification: principles and technology, Noves Data Corporation, Park Ridge, NJ.) Mixtures of different sources for the generation of
Synthesegas eingesetzt werden. Synthesis gas can be used.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass der im Synthesegas enthaltene Kohlenstoff mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% des Kohlenstoffs aller Kohlenstoffquellen, die dem  In particular, it is preferred that the carbon contained in the synthesis gas at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of the carbon of all carbon sources, the
Knallgasbakterium durch das Gas enthaltend H2, C02 und 02 zur Verfügung stehen, ausmacht, wobei sich die Gewichtsprozente des Kohlestoffs auf die Kohlenstoffatome beziehen. Die restlichen Kohlenstoffquellen können beispielsweise in Form von Oxygen gas bacterium by the gas containing H 2 , C0 2 and 0 2 are available makes up, wherein the weight percent of carbon refer to the carbon atoms. The remaining carbon sources, for example in the form of
Kohlenhydraten im wässrigen Medium enthalten sein oder aber auch C02 aus einer anderen Quelle als Synthesegas darstellen. Carbohydrates be contained in the aqueous medium or else represent C0 2 from a source other than synthesis gas.
Weitere C02-Quellen stellen Abgase wie beispielsweise Rauchgas, Erdölraffinerieabgase, durch Hefegärung oder clostridielle Gärung entstandene Gase, Abgase aus der Other C0 2 sources include exhaust gases such as flue gas, petroleum refinery emissions, gases produced by yeast fermentation or clostridial fermentation, exhaust gases from the
Vergasung zellulosehaltige Materialien oder der Kohlevergasung dar. Gasification cellulosic materials or coal gasification.
Diese Abgase müssen nicht notwendigerweise als Nebenerscheinungen anderer These exhaust gases do not necessarily have as byproducts of others
Prozesse entstanden sein, sondern können extra für den Einsatz in dem Processes may have arisen, but may be extra for use in the
erfindungsgemäßen Verfahren produziert werden. inventive method are produced.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch insbesondere Generatorgas eingesetzt werden, so dass das Gas enthaltend H2, C02 und 02 Generatorgas enthält In the inventive method also can be used in particular gas generator, so that the gas of H 2 containing containing C0 2 and 0 2 gas generator
Zum Erreichen einer hohen Zelldichte in einem kurzen Zeitraum kann es To achieve a high cell density in a short period of time it can
erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn man zunächst eine größere Menge an be advantageous according to the invention, if you first a larger amount of
Knallgasbakterien mit Hilfe einer Vorkultur anzieht. Somit ist eine bevorzugte Attracts oxyhydrogen bacteria with the help of a preculture. Thus, a preferred
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass es die Verfahrensschritte umfasst Embodiment of the method characterized in that it comprises the method steps
A) Vermehren von Knallgasbakterien in einem Medium bis zu einer Zelldichte X Zellen/Liter und  A) Increase pop-up gas bacteria in a medium up to a cell density X cells / liter and
B) Kultivierung der Knallgasbakterien in einem Medium, wobei das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht wird, und das Medium eine B) culturing the methanogenic bacteria in a medium, wherein the medium is contacted with a gas containing H 2, C0 2 and 0 2, and the medium is a
Gelöstsauerstoffkonzentration von 0,001 mg/L bis 0,5 mg/L, bevorzugt von 0,005 mg/L bis 0,3 mg/L, besonders bevorzugt von 0,01 mg/L bis 0,2 mg/L aufweist. Dissolved oxygen concentration of 0.001 mg / L to 0.5 mg / L, preferably from 0.005 mg / L to 0.3 mg / L, more preferably from 0.01 mg / L to 0.2 mg / L.
In diesem Fall entspricht Verfahrensschritt B) dem eingangs erläuterten Verfahrensschritt, in dem das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht wird, und das Medium eine Gelöstsauerstoffkonzentration von 0,001 mg/L bis 0,5 mg/L, bevorzugt von 0,005 mg/L bis 0,3 mg/L, besonders bevorzugt von 0,01 mg/L bis 0,2 mg/L aufweist. In this case, process step B) corresponds to the method step explained in the introduction, in which the medium is contacted with a gas containing H 2, C0 2 and 0 2, and the medium has a dissolved oxygen concentration of from 0.001 mg / L to 0.5 mg / L, preferably from 0.005 mg / L to 0.3 mg / L, more preferably from 0.01 mg / L to 0.2 mg / L.
In Verfahrensschritt A) kann erfindungsgemäß jegliche Form von Kohlenstoffquelle eingesetzt werden, also auch beispielweise Zucker. Auch die niedrige  In method step A), any form of carbon source can be used according to the invention, including, for example, sugar. Even the low
Gelöstsauerstoffkonzentration ist in Verfahrensschritt A) nicht zwingend vorgeschrieben, erfindungsgemäß bevorzugt ist es gar, die Zellen bezüglich jeglichen Nährstoffes nicht zu limitieren.  Dissolved oxygen concentration is not mandatory in process step A). According to the invention, it is even preferable not to limit the cells with respect to any nutrient.
Die Zelldichte X in Verfahrensschritt A beträgt bevorzugt mindestens 1x105, besonders bevorzugt mindestens 1x107, insbesondere mindestens 1x108 Zellen/ml Gesamtkultur. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in The cell density X in method step A is preferably at least 1 × 10 5 , more preferably at least 1 × 10 7 , in particular at least 1 × 10 8 cells / ml of total culture. An inventively preferred method is characterized in that in
Verfahrensschritt B) die Zelldichte 2 X Zellen/ml, insbesondere 1 ,5 X Zellen/ml, besonders bevorzugt 1 ,2 X Zellen/ml nicht übersteigt. Verfahrensschritt B) wird vorteilhaft und somit bevorzugt mindestens über einen Process step B) the cell density does not exceed 2 × cells / ml, in particular 1.5 × cells / ml, particularly preferably 1.2 × cells / ml. Process step B) is advantageous and thus preferably at least one
Teilzeitbereich hinweg zur Produktproduktion genutzt. Part-time area used for product production.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Zielprodukt ist bevorzugt ausgewählt aus Substanzen umfassend drei oder vier Kohlenstoffatome, insbesondere Butanol, Buten, Propen, Aceton, 2-Hydroxyisobuttersäure und 2-Propanol.  The target product to be produced by the process according to the invention is preferably selected from substances comprising three or four carbon atoms, in particular butanol, butene, propene, acetone, 2-hydroxyisobutyric acid and 2-propanol.
Alternativ bevorzugte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Zielprodukte sind ausgewählt aus Substanzen, dessen Bildung über das Zwischenprodukt Acetyl- Coenzym A erfolgt; solche Zielprodukte sind beispielsweise Fettsäuren, Fettsäureester, Fettalkohole, Fettaldehyde sowie substituierte Derivate der vorgenannten Verbindungen, wobei als Substitutionsreste insbesondere Amino-, Hydroxyl- und Keto-Gruppen in Frage kommen, bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine omega-Substitution, insbesondere einer Aminogruppe. Alternatively preferred target products to be prepared by the method according to the invention are selected from substances whose formation takes place via the intermediate acetyl coenzyme A; such target products are, for example, fatty acids, fatty acid esters, fatty alcohols, fatty aldehydes and substituted derivatives of the abovementioned compounds, substitution radicals being especially amino, hydroxyl and keto groups, preference being given in this connection to an omega substitution, in particular an amino group.
Weitere alternativ bevorzugte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Zielprodukte sind ausgewählt aus Substanzen, dessen Bildung über Metabolite des Zitronensäurezyklus, wie z. B. Succinat erfolgt.  Further alternatively preferred to be produced by the process according to the invention target products are selected from substances whose formation on metabolites of the citric acid cycle such. B. succinate occurs.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Verfahrensschritt B) durch die Knallgasbakterien Zielprodukte synthetisiert, dessen Bildung über das Zwischenprodukt 3-Hydroxyalkanyl-CoA, insbesondere In a preferred embodiment of the process according to the invention, target products are synthesized in process step B) by the oxyhydrogen gas bacteria, whose formation via the intermediate 3-hydroxyalkanyl-CoA, in particular
3-Hydroxybutyryl-Coenzym A, erfolgt. 3-hydroxybutyryl-coenzyme A, takes place.
Der Begriff„Zwischenprodukt" definiert in diesem Zusammenhang eine chemische Verbindung, die durch den Einsatz mindestens eines Enzymes auf enzymatischem Weg zu dem gewünschten Produkt umgesetzt werden kann, wobei als„chemische Verbindung" solche mit oder ohne Coenzym A-Thioester-Funktionalisierung als gleichwertig betrachtet werden sollen und somit die Thioester bildenden bzw. -spaltenden Enzyme nicht mitgezählt werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Knallgasbakterien entsprechend des gewünschten Zielproduktes durch genetische Modifikation derart verändert wurden, dass das The term "intermediate" in this context defines a chemical compound which can be converted to the desired product by the use of at least one enzyme enzymatically, using as a "chemical compound" those with or without coenzyme A thioester functionalization should be considered equivalent and thus the thioester forming or cleaving enzymes should not be counted. It may be advantageous if the oxyhydrogen bacteria were modified in accordance with the desired target product by genetic modification such that the
Zielprodukt verstärkt durch die Knallgasbakterien gebildet wird. Target product reinforced by the oxyhydrogen bacteria is formed.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist ein bevorzugtes Zielprodukt 2- Hydroxyisobuttersäure. Für dieses Zielprodukt ist es bevorzugt, wenn die im In the context of the present invention, a preferred target product is 2-hydroxyisobutyric acid. For this target product, it is preferable if the im
erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Knallgasbakterien derart gentechnisch verändert wurden, dass sie eine im Vergleich zu ihrem Wildtyp erhöhte Aktivität des Enzyms Ei aufweisen, welches die Umsetzung von 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A zu 2-Hydroxyisobutyryl-Coenzym A katalysiert. Bei dem Enzym Ei handelt es sich Oxy-gas bacteria used according to the invention were engineered such that they have an increased activity of the enzyme Ei compared to their wild-type, which catalyzes the conversion of 3-hydroxybutyryl-coenzyme A to 2-hydroxyisobutyryl-coenzyme A. The enzyme egg is
vorzugsweise um eine Hydroxyl-lsobutyryl-CoA Mutase, um eine Isobutyryl-CoA Mutase (EC 5.4.99.13) oder um eine Methylmalonyl-CoA Mutase (EC 5.4.99.2), jeweils bevorzugt um eine Coenzym B12-abhängige Mutase. preferably a hydroxyl isobutyryl-CoA mutase, an isobutyryl-CoA mutase (EC 5.4.99.13) or a methylmalonyl-CoA mutase (EC 5.4.99.2), in each case preferably a coenzyme B12-dependent mutase.
Bei dem Enzym Ei handelt es sich bevorzugt um solche Enzyme, die sich aus den Mikroorganismen Aquincola tertiaricarbonis L108, DSM 18028, DSM18512, Methylibium petroleiphilum PM 1 , Methylibium sp. R8, Xanthobacter autotrophicus Py2, Rhodobacter sphaeroides (ATCC 17029), Nocardioides sp. JS614, Marinobacter algicola DG893, The enzyme Ei is preferably those enzymes which consist of the microorganisms Aquincola tertiaricarbonis L108, DSM 18028, DSM18512, Methylibium petroleiphilum PM1, Methylibium sp. R8, Xanthobacter autotrophicus Py2, Rhodobacter sphaeroides (ATCC 17029), Nocardioides sp. JS614, Marinobacter algicola DG893,
Sinorhizobium medicae WSM419, Roseovarius sp. 217, Pyrococcus furiosus DSM 3638 isolieren lassen, besonders bevorzugt um die in PCT/EP2007/052830 beschriebenen Coenzym B12-abhängigen Mutase, sowie Enzyme, die in mindestens einer ihrer Sinorhizobium medicae WSM419, Roseovarius sp. 217, Pyrococcus furiosus DSM 3638, particularly preferably the coenzyme B12-dependent mutase described in PCT / EP2007 / 052830, as well as enzymes which are present in at least one of their
Teilsequenz eine Sequenzidentität zu der Aminosäuresequenz der kleinen bzw. großen Untereinheit der in PCT/EP2007/052830 beschriebenen Mutase (accession numberPartial sequence a sequence identity to the amino acid sequence of the small or large subunit of the mutase described in PCT / EP2007 / 052830 (accession number
DQ436457.1 und DQ436456.1 ) von mindestens 60%, vorzugsweise von mindestens 80%, besonders bevorzugt von mindestens 95%, ganz besonders bevorzugt mindestens 99% auf Aminosäureebene aufweisen, bestimmt nach dem blastp Algorithmus mit einem expect threshold von 10, einer word size von 3, einer blosum62 Matrix mit gap costs von existence: 1 1 und extension: 1 und einem conditional compositional score matrix adjustment. DQ436457.1 and DQ436456.1) of at least 60%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 95%, most preferably at least 99% at the amino acid level, determined according to the blastp algorithm with an expect threshold of 10, a word size of 3, a blosum62 matrix with gap costs of existence: 1 1 and extension: 1 and a conditional compositional score matrix adjustment.
Der Begriff„gesteigerte Aktivität eines Enzyms", wie er vorstehend im Zusammenhang mit dem Enzym Ei und in den nachfolgenden Ausführungen im Zusammenhang mit den Enzymen E2 usw. verwendet wird, ist vorzugsweise als gesteigerte intrazelluläre Aktivität zu verstehen. Die nun folgenden Ausführungen zur Erhöhung der Enzymaktivität in Zellen gelten sowohl für die Erhöhung der Aktivität des Enzyms Ei als auch für alle nachfolgend genannten Enzyme, deren Aktivität gegebenenfalls erhöht werden kann. The term "increased activity of an enzyme" as used above in connection with the enzyme Ei and in the following statements in connection with the enzymes E 2 , etc., is preferably to be understood as an increased intracellular activity. The following statements on increasing the enzyme activity in cells apply both to the increase in the activity of the enzyme Ei and to all the enzymes mentioned below, the activity of which may optionally be increased.
Grundsätzlich lässt sich eine Steigerung der enzymatischen Aktivität dadurch erzielen, dass man die Kopienzahl der Gensequenz bzw. der Gensequenzen erhöht, welche für das Enzym kodieren, einen starken Promotor verwendet, die Kodonnutzung des Gens verändert, auf verschiedene Art und Weise die Halbwertszeit der mRNA oder des Enzyms erhöht, die Regulation der Expression des Gens modifiziert oder ein Gen oder Allel nutzt, das für ein entsprechendes Enzym mit einer gesteigerten Aktivität kodiert und  In principle, an increase in enzymatic activity can be achieved by increasing the copy number of the gene sequence or gene sequences which code for the enzyme, using a strong promoter, changing the codon usage of the gene, in various ways the half-life of the mRNA or the enzyme is increased, the regulation of the expression of the gene modified or uses a gene or allele coding for a corresponding enzyme with an increased activity and
gegebenenfalls diese Maßnahmen kombiniert. Insbesondere wird somit das für das Enzym Ex kodierende Gen überexpremiert, was zu einer gesteigerten Aktivität durch Überexpresssion führt. Erfindungsgemäß gentechnisch veränderte Zellen werden beispielsweise durch Transformation, Transduktion, Konjugation oder eine Kombination dieser Methoden mit einem Vektor erzeugt, der das gewünschte Gen, ein Allel dieses Gens oder Teile davon und einen die Expression des Gens ermöglichenden Promotor enthält. Die heterologe Expression wird insbesondere durch Integration des Gens oder der Allele in das Chromosom der Zelle oder einem extrachromosomal replizierenden Vektor erzielt. if necessary, combine these measures. In particular, thus, the gene coding for the enzyme E x is overexpressed, which leads to an increased activity by overexpression. Genetically modified cells according to the invention are produced, for example, by transformation, transduction, conjugation or a combination of these methods with a vector which contains the desired gene, an allele of this gene or parts thereof and a promoter which enables the expression of the gene. In particular, heterologous expression is achieved by integration of the gene or alleles into the chromosome of the cell or an extrachromosomally replicating vector.
Einen Überblick über die Möglichkeiten zur Erhöhung der Enzym-Aktivität in Zellen am Beispiel der Pyruvat-Carboxylase gibt DE-A-100 31 999, die hiermit als Referenz eingeführt wird und deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Möglichkeiten zur  An overview of the possibilities for increasing the enzyme activity in cells using the example of pyruvate carboxylase is given in DE-A-100 31 999, which is hereby incorporated by reference and the disclosure of which relates to the possibilities for
Erhöhung der Enzym-Aktivität in Zellen einen Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung bildet. Increasing enzyme activity in cells forms part of the disclosure of the present invention.
Die Expression der vorstehend und aller nachfolgend genannten Enzyme bzw. Gene ist mit Hilfe von 1 - und 2-dimensionaler Proteingelauftrennung und anschließender optischer Identifizierung der Proteinkonzentration mit entsprechender Auswertesoftware im Gel nachweisbar. Wenn die Erhöhung einer Enzymaktivität ausschließlich auf einer Erhöhung der Expression des entsprechenden Gens basiert, so kann die Quantifizierung der Erhöhung der Enzymaktivität in einfacher Weise durch einen Vergleich der 1 - oder 2- dimensionalen Proteinauftrennungen zwischen Wldtyp und gentechnisch veränderter Zelle bestimmt werden. Eine gebräuchliche Methode zur Präparation der Proteingele bei coryneformen Bakterien und zur Identifizierung der Proteine ist die von Hermann et al. (Electrophoresis, 22: 1712.23 (2001 ) beschriebene Vorgehensweise. Die  The expression of the above and all of the enzymes and genes mentioned below can be detected in the gel with the aid of 1- and 2-dimensional protein gel separation and subsequent optical identification of the protein concentration with appropriate evaluation software. If the increase in enzyme activity is based solely on an increase in the expression of the corresponding gene, then the quantification of the increase in enzyme activity can be readily determined by comparing the 1- or 2-dimensional protein separations between Wld type and genetically engineered cell. A common method for preparing the protein gels in coryneform bacteria and for identifying the proteins is that described by Hermann et al. (Electrophoresis, 22: 1712.23 (2001)
Proteinkonzentration kann ebenfalls durch Western-Blot-Hybridisierung mit einem für das nachzuweisende Protein spezifischen Antikörper (Sambrook et al. , Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989) und anschließender optische Auswertung mit entsprechender Software zur Konzentrationsbestimmung (Lohaus und Meyer (1989) Biospektrum, 5: 32-39; Protein concentration may also be assessed by Western blot hybridization with an antibody specific for the protein to be detected (Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY USA, 1989) and subsequent optical evaluation with appropriate software for concentration determination (Lohaus and Meyer (1989) Biospektrum, 5: 32-39;
Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 1 11 : 2630-2647) analysiert werden. Die Aktivität von DNA-bindenden Proteinen kann mittels DNA-Band-Shift-Assays (auch als Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 1 11: 2630-2647). The activity of DNA-binding proteins can be assessed by DNA band-shift assays (also known as
Gelretardation bezeichnet) gemessen werden (Wilson et al. (2001) Journal of Gel retardation) (Wilson et al., (2001) Journal of
Bacteriology, 183: 2151-2155). Die Wirkung von DNA-bindenden Proteinen auf die Expression anderer Gene kann durch verschiedene gut beschriebene Methoden des Reportergen-Assays nachgewiesen werden (Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989). Die intrazellulären enzymatischen Aktivitäten können nach Bacteriology, 183: 2151-2155). The effect of DNA-binding proteins on the expression of other genes can be demonstrated by various well-described methods of the reporter gene assay (Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd ed Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY USA, 1989). The intracellular enzymatic activities can after
verschiedenen beschriebenen Methoden (Donahue et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (19): 5624-5627; Ray et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (8): 2277-2284; various methods described (Donahue et al., (2000) Journal of Bacteriology 182 (19): 5624-5627; Ray et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (8): 2277-2284;
Freedberg et al. (1973) Journal of Bacteriology 115 (3): 816-823) bestimmt werden. Sofern in den nachfolgenden Ausführungen keine konkreten Methoden zur Bestimmung der Aktivität eines bestimmten Enzyms angegeben werden, erfolgt die Bestimmung der Steigerung der Enzymaktivität und auch die Bestimmung der Verminderung einer Enzymaktivität vorzugsweise mittels der in Hermann et al., Electophoresis, 22: 1712-23 (2001), Lohaus et al., Biospektrum 5 32-39 (1998), Lottspeich, Angewandte Chemie 1 11 : 2630-2647 (1999) und Wlson et al., Journal of Bacteriology 183: 2151 -2155 (2001) beschriebenen Methoden. Freedberg et al. (1973) Journal of Bacteriology 115 (3): 816-823). Unless specific methods for determining the activity of a particular enzyme are specified in the following, the determination of the increase in the enzyme activity and also the determination of the reduction of an enzyme activity are preferably carried out by means of the methods described in Hermann et al., Electophoresis, 22: 1712-23 ( 2001), Lohaus et al., Biospektrum 5 32-39 (1998), Lottspeich, Angewandte Chemie 1 11: 2630-2647 (1999) and Wlson et al., Journal of Bacteriology 183: 2151-2155 (2001).
Wrd die Erhöhung der Enzymaktivität durch Mutation des endogenen Gens  Wrd the increase of enzyme activity by mutation of the endogenous gene
bewerkstelligt, so können derartige Mutationen entweder nach klassischen Methoden ungerichtet erzeugt werden, wie etwa durch UV-Bestrahlung oder durch accomplished, such mutations can be generated either undirected by conventional methods, such as by UV irradiation or by
mutationsauslösende Chemikalien, oder gezielt mittels gentechnologischer Methoden wie Deletion(en), Insertion(en) und/oder Nukleotidaustausch(e). Durch diese Mutationen werden veränderte Zellen erhalten. Besonders bevorzugte Mutanten von Enzymen sind insbesondere auch solche Enzyme, die nicht mehr oder zumindest im Vergleich zum Wldtyp-Enzym vermindert feedback-inhibierbar sind. Mutagenic chemicals, or specifically by genetic engineering methods such as deletion (s), insertion (s) and / or nucleotide exchange (s). These mutations result in altered cells. Particularly preferred mutants of enzymes are, in particular, also those enzymes which are no longer or at least less feedback-inhibitable compared to the Wld-type enzyme.
Wrd die Erhöhung der Enzymaktivität durch Erhöhung der Synthese eines Enzyms bewerkstelligt, so erhöht man beispielsweise die Kopienzahl der entsprechenden Gene oder mutiert die Promotor- und Regulationsregion oder die Ribosomenbindungsstelle, die sich stromaufwärts des Strukturgens befindet. In gleicher Weise wirken  For example, by increasing the enzyme activity by increasing the synthesis of an enzyme, one increases the copy number of the corresponding genes or mutates the promoter and regulatory region or the ribosome binding site located upstream of the structural gene. Work in the same way
Expressionskassetten, die stromaufwärts des Strukturgens eingebaut werden. Durch induzierbare Promotoren ist es zusätzlich möglich, die Expression zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu steigern. Des Weiteren können dem Enzym-Gen als regulatorische Expression cassettes that are installed upstream of the structural gene. Inducible promoters also make it possible to increase expression at any time. Furthermore, the enzyme gene can be used as regulatory
Sequenzen aber auch sogenannte "Enhancer" zugeordnet sein, die über eine verbesserte Wechselwirkung zwischen RNA-Polymerase und DNA ebenfalls eine erhöhte Sequences but also so-called "Enhancer" be assigned, which has an improved Interaction between RNA polymerase and DNA also increased
Genexpression bewirken. Durch Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer der mRNA wird ebenfalls die Expression verbessert. Weiterhin wird durch Verhinderung des Abbaus des Enzymproteins ebenfalls die Enzymaktivität verstärkt. Die Gene oder Genkonstrukte liegen dabei entweder in Plasmiden mit unterschiedlicher Kopienzahl vor oder sind im Chromosom integriert und amplifiziert. Alternativ kann weiterhin eine Effect gene expression. Measures to extend the lifetime of mRNA also improve expression. Furthermore, by preventing degradation of the enzyme protein, enzyme activity is also enhanced. The genes or gene constructs are either present in plasmids with different copy numbers or are integrated and amplified in the chromosome. Alternatively, a further
Überexpression der betreffenden Gene durch Veränderung der Medienzusammensetzung und Kulturführung erreicht werden. Anleitungen hierzu findet der Fachmann unter anderem bei Martin et al. (Bio/Technology 5, 137-146 (1987)), bei Guerrero et al. (Gene 138, 35-41 (1994)), Tsuchiya und Morinaga (Bio/Technology 6, 428-430 (1988)), bei Eikmanns et al. (Gene 102, 93-98 (1991)), in EP-A-0 472 869, im US 4,601 ,893, bei Schwarzer und Pühler (Bio/Technology 9, 84-87 (1991), bei Reinscheid et al. (Applied and Environmental Microbiology 60, 126-132 (1994)), bei LaBarre et al. (Journal of Overexpression of the genes in question can be achieved by changing the composition of the medium and culture. For instructions on this, the skilled person will find, inter alia, in Martin et al. (Bio / Technology 5, 137-146 (1987)), Guerrero et al. (Gene 138, 35-41 (1994)), Tsuchiya and Morinaga (Bio / Technology 6, 428-430 (1988)), in Eikmanns et al. (Gene 102, 93-98 (1991)), in EP-A-0 472 869, in US 4,601,893, in Schwarzer and Pühler (Bio / Technology 9, 84-87 (1991), in Reinscheid et al. Applied and Environmental Microbiology 60, 126-132 (1994)), LaBarre et al. (Journal of
Bacteriology 175, 1001-1007 (1993)), in WO-A-96/15246, bei Malumbres et al. (Gene 134, 15-24 (1993), in JP-A-10-229891 , bei Jensen und Hammer (Biotechnology and Bioengineering 58, 191-195 (1998)) und in bekannten Lehrbüchern der Genetik und Molekularbiologie. Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen führen ebenso wie die Mutationen zu gentechnisch veränderten Zellen. Bacteriology 175, 1001-1007 (1993)), WO-A-96/15246, Malumbres et al. (Gene 134, 15-24 (1993), JP-A-10-229891, Jensen and Hammer (Biotechnology and Bioengineering 58, 191-195 (1998)), and in known textbooks of genetics and molecular biology lead as well as the mutations to genetically modified cells.
Zur Erhöhung der Expression der jeweiligen Gene werden zum Beispiel episomale Plasmide eingesetzt. Als Plasmide bzw. Vektoren kommen im Prinzip alle dem Fachmann für diesen Zweck zur Verfügung stehenden Ausführungsformen in Frage. Derartige Plasmide und Vektoren können z. B. den Broschüren der Firmen Novagen, Promega, New England Biolabs, Clontech oder Gibco BRL entnommen werden. Weitere bevorzugte Plasmide und Vektoren können gefunden werden in: Glover, D. M. (1985), DNA cloning: a practical approach, Vol. I-Ill, IRL Press Ltd. , Oxford; Rodriguez, R.L. und Denhardt, D. T (eds) (1988) , Vectors : a survey of molecular cloning vectors and their uses, 179-204, Butterworth, Stoneham; Goeddel, D. V. (1990), Systems for heterologous gene expression, Methods Enzymol. 185, 3-7; Sambrook, J.; Fritsch, E. F. und Maniatis, T. (1989), Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.  To increase the expression of the respective genes, episomal plasmids are used, for example. In principle, all embodiments which are available to the person skilled in the art for this purpose are suitable as plasmids or vectors. Such plasmids and vectors may, for. B. the brochures of the companies Novagen, Promega, New England Biolabs, Clontech or Gibco BRL be removed. Further preferred plasmids and vectors can be found in: Glover, D.M. (1985), DNA cloning: a practical approach, Vol. I-Ill, IRL Press Ltd. , Oxford; Rodriguez, R.L. and Denhardt, D.T (eds) (1988), Vectors: a survey of molecular cloning vectors and their uses, 179-204, Butterworth, Stoneham; Goeddel, D.V. (1990), Systems for heterologous gene expression, Methods Enzymol. 185, 3-7; Sambrook, J .; Fritsch, E.F. and Maniatis, T. (1989), Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.
Der Plasmidvektor, der das zu amplifizierende Gen enthält, wird anschließend durch Konjugation oder Transformation in den gewünschten Stamm überführt. Die Methode der Konjugation ist beispielsweise bei Schäfer et al., Applied and Environmental Microbiology 60: 756-759 (1994) beschrieben. Methoden zur Transformation sind beispielsweise bei Thierbach et al., Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356-362 (1988), Dunican und Shivnan, Bio/Technology 7: 1067-1070 (1989) und Tauch et al., FEMS Microbiology Let-ters 123: 343-347 (1994) beschrieben. Nach homologer Rekombination mittels eines „cross-over"-Ereignisses enthält der resultierende Stamm mindestens zwei Kopien des betreffenden Gens. The plasmid vector containing the gene to be amplified is then converted by conjugation or transformation into the desired strain. The method of conjugation is described, for example, in Schäfer et al., Applied and Environmental Microbiology 60: 756-759 (1994). Methods for transformation are described, for example, in Thierbach et al., Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356-362 (1988), Dunican and Shivnan, Bio / Technology 7: 1067-1070 (1989), and Tauch et al., FEMS Microbiology Letters 123: 343-347 (1994). After homologous recombination by means of a cross-over event, the resulting strain contains at least two copies of the gene of interest.
Unter der vorstehend und in den nachfolgenden Ausführungen verwendeten Formulierung „eine im Vergleich zu ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms Ex" ist Under the formulation used above and in the following, "is an increased activity of an enzyme E x " compared to its wild-type
vorzugsweise stets eine um einen Faktor von mindestens 2, besonders bevorzugt von mindestens 10, darüber hinaus bevorzugt von mindestens 100, darüber hinaus noch mehr bevorzugt von mindestens 1.000 und am meisten bevorzugt von mindestens 10.000 gesteigerte Aktivität des jeweiligen Enzyms Ex zu verstehen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Zelle, welche„eine gegenüber ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms Ex" aufweist, insbesondere auch eine Zelle, deren Wldtyp keine oder zumindest keine nachweisbare Aktivität dieses Enzyms Ex aufweist und die erst nach Erhöhung der Enzymaktivität, beispielsweise durch Überexpression, eine nachweisbare Aktivität dieses Enzyms Ex zeigt. In diesem Zusammenhang umfasst der Begriff „Überexpression" oder die in den nachfolgenden Ausführungen verwendete Formulierung „Erhöhung der Expression" auch den Fall, dass eine Ausgangszelle, beispielsweise eine Wldtyp-Zelle, keine oder zumindest keine nachweisbare Expression aufweist und erst durch rekombinante Verfahren eine nachweisbare Synthese des Enzyms Ex induziert wird. preferably always by a factor of at least 2, more preferably of at least 10, more preferably of at least 100, more preferably still greater than at least 1,000, and most preferably at least 10,000 increased activity of the respective enzyme E x to understand. Furthermore, the cell according to the invention comprises "an activity of an enzyme E x which is increased compared with its wild type, in particular also a cell whose Wld type has no or at least no detectable activity of this enzyme E x and which only after increasing the enzyme activity, for example by overexpression shows a detectable activity of this enzyme E x In this context, the term "overexpression" or the phrase "expression increase" used in the following also encompasses the case that an initial cell, for example a Wld type cell, has no or at least none has detectable expression and only by recombinant methods a detectable synthesis of the enzyme E x is induced.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Knallgasbakterien derart gentechnisch verändert wurden, dass sie eine verglichen zu ihrem Wldtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms E2, welches die It may furthermore be advantageous if the oxyhydrogen bacteria used in the process according to the invention have been genetically engineered in such a way that they have an increased activity of an enzyme E 2 which, compared to their Wld type, increases the
Umsetzung von Acetoacetyl-Coenzym A zu 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A katalysiert, aufweisen. Reaction of acetoacetyl-coenzyme A catalyzed to 3-hydroxybutyryl-coenzyme A have.
Bei dem Enzym E2 handelt es sich vorzugsweise um ein Enzym ausgewählt aus der Gruppe enthaltend: The enzyme E 2 is preferably an enzyme selected from the group comprising:
eine 3-Hydroxyacyl-CoA Dehydrogenase (EC 1.1.1.35), a 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (EC 1.1.1.35),
eine Acetoacetyl-Coenzym A Reduktase (EC 1.1.1.36), an acetoacetyl-coenzyme A reductase (EC 1.1.1.36),
eine Long-Chain-3-Hydroxyacyl-CoA Dehydrogenase ((EC 1.1.1.21 1) und a long-chain 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase ((EC 1.1.1.21 1) and
eine 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A-Dehydrogenase (EC 1.1.1.157). a 3-hydroxybutyryl-coenzyme A dehydrogenase (EC 1.1.1.157).
Dieses Enzym wird vorzugsweise von den Genen kodiert ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus phaB, phbB, fabG, phbN1 , phbB2 oder, wobei phaB, phbB besonders bevorzugt sind. Die Nukleotidsequenz dieser Gene können beispielsweise der„Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes" (KEGG-Datenbank), den Datenbanken des This enzyme is preferably encoded by the genes selected from the group consisting of phaB, phbB, fabG, phbN1, phbB2 or, with phaB, phbB being particularly preferred. The nucleotide sequence of these genes can be found, for example, in the "Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes" (KEGG database), the databases of the
National Center for Biotechnology Information (NCBI) der National Library of Medicine (Bethesda, MD, USA) oder der Nukleotidsequenz-Datenbank der European Molecular Biologies Laboratories (EMBL, Heidelberg, Deutschland bzw. Cambridge, UK) entnommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist bevorzugt einen Verfahrensschritt C) National Center for Biotechnology Information (NCBI) of the National Library of Medicine (Bethesda, MD, USA) or the nucleotide sequence database of European Molecular Biology Laboratories (EMBL, Heidelberg, Germany and Cambridge, UK, respectively). The process according to the invention preferably has a process step C)
Aufreinigung des Zielproduktes auf. Purification of the target product.
In den nachfolgend aufgeführten Beispielen wird die vorliegende Erfindung beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung, deren Anwendungsbreite sich aus der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen ergibt, auf die in den Beispielen genannten In the examples given below, the present invention is described by way of example, without the invention, whose scope of application is apparent from the entire description and the claims, referred to in the examples
Ausführungsformen beschränkt sein soll. Embodiments should be limited.
Beispiele: Beispiel 1 Autotrophe Kultivierung von C. necator bei unterschiedlichen Rührerdrehzahlen im Rührkesselreaktor EXAMPLES Example 1 Autotrophic cultivation of C. necator at different stirrer speeds in a stirred tank reactor
Im folgenden Beispiel wird der gentechnisch veränderte Stamm The following example shows the genetically modified strain
C. necator H16 PHB-4 pBBR1 MCS-2::hcmA-hcmB(lac) (im Folgenden RITA genannt), der zur Produktion von 2-Hydroxyisobuttersäure (2HIB) eingesetzt wird, autotroph kultiviert.  C. necator H16 PHB-4 pBBR1 MCS-2 :: hcmA-hcmB (lac) (hereinafter referred to as RITA), which is used to produce 2-hydroxyisobutyric acid (2HIB), cultured autotrophically.
Es wurde ein definiertes Medium eingesetzt, bestehend aus 9 g/l Na2HP04 x 12 H20, 1 ,5 g/l KH2P04,1 g/l NH4CI,0,2 g/l MgS04, 0,2 g/l CaCI2, 6 mg/l FeCI3, 0,1 mg/l ZnS04 x 7 H20, 0,03 mg/l MnCI2 x 4 H20, 0,3 mg/l H3B03, 0,2 mg/l CoCI2 x 6 H20, 0,01 mg/l CuCI2 x 2 H20, 0,02 mg/l NiCI2 x 6 H20 und 0,03 mg/l Na2M04 x 2 H20. It has been used a defined medium consisting of 9 g / l Na 2 HP0 4 x 12 H 2 0, 1, 5 g / l KH 2 P0 4, 1 g / l NH 4 Cl, 0.2 g / l MgS0 4 , 0.2 g / l CaCl 2 , 6 mg / l FeCl 3 , 0.1 mg / l ZnSO 4 × 7 H 2 O, 0.03 mg / l MnCl 2 × 4 H 2 O, 0.3 mg / 1 H 3 B0 3 , 0.2 mg / L CoCl 2 × 6 H 2 O, 0.01 mg / L CuCl 2 × 2 H 2 O, 0.02 mg / L NiCl 2 × 6 H 2 O and 0.03 mg / l Na 2 M04 x 2 H 2 0.
Es wurden zwei identische autotrophe Kultivierungen in Biostat B 2L-Rührkeselreaktoren von Sartorius gefüllt mit 1 L Medium durchgeführt, einmal bei 1000 min"1 und einmal ohne Rühren. Der Gaseintrag ins Medium erfolgte durch einen Begasungsfritte mit einer Porengröße von 20 μηι, die zentral unter der Rührwelle der Reaktoren angebracht war. Die Kultivierungen erfolgten bei 28 °C ohne Kontrolle des pH. Two identical autotrophic cultivations were carried out in Biostat B 2L stirred tank reactors of Sartorius filled with 1 l of medium, once at 1000 min -1 and once without stirring, The gas was introduced into the medium through a gassing frit having a pore size of 20 μm, which was centrally under Cultivations were carried out at 28 ° C. without pH control.
Begast wurden die Reaktoren mit einem vorgemischtem, nicht-explosiven Gasgemisch der Zusammensetzung H2 90 %, C02 6 %, 02 4 % bei Atmosphärendruck mit einer Begasungsrate von 0,25 vvm. The reactors were fumigated with a premixed, non-explosive gas mixture of composition H 2 90%, C0 2 6%, 0 2 4% at atmospheric pressure with a gassing rate of 0.25 vvm.
Bei Versuchsstart wurde der Reaktor mit 2 Kolonien von einer Agarplatte (300 mg/L Kanamycin) angeimpft. Bei Probenahme wurden jeweils 10 ml Probe entnommen zur Bestimmungvon OD6oo, Biotrockenmasse und des Produktspektrums. Die Bestimmung der Produktkonzentration erfolgte mittels quantitativer 1 H-NMR-Spektroskopie. Als interner Quantifizierungsstandard diente Trimethylpropionsäure. At the start of the experiment, the reactor was inoculated with 2 colonies from an agar plate (300 mg / L kanamycin). On sampling, 10 ml of each sample was taken to determine OD 6 oo, dry biomass and product spectrum. The determination the product concentration was determined by quantitative 1 H NMR spectroscopy. The internal quantification standard was trimethylpropionic acid.
Es wurde festgestellt, dass in der Kultivierung ohne Rühren die Geschwindigkeit des It was found that in cultivation without stirring the speed of the
Wachstums deutlich reduziert war gegenüber der Kultivierung mit 1000 min"1. Im Vergleich wurde jedoch keine Bildung der Nebenprodukte Acetat, Pyruvat, 3-Methyl-Butyrat und iso- Butyrat festgestellt. Growth was significantly reduced as compared to the cultivation at 1000 min -1 . In comparison, however, no formation of the by-products acetate, pyruvate, 3-methyl-butyrate and isobutyrate was found.
Versuch 1 (ohne Rüh Produktbildung Experiment 1 (without product preparation
NMR-Analytik  NMR analysis
3- 3
OD Methyl-OD methyl
Gelöst-02, (600 BTM, 3HB, 2HIB, Acetat, Pyruvat, Butyrat, iso-Butyrat,Dissolved O 2 , (600 BTM, 3HB, 2HIB, acetate, pyruvate, butyrate, iso-butyrate,
Zeit, h mg/L pH nm) g/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Time, h mg / L pH nm) g / L mg / L mg / L mg / L mg / L mg / L mg / L
0,0 1,56 6,92 0,00 0,00 0 0 0 0 0 0 0,0 1,56 6,92 0,00 0,00 0 0 0 0 0 0
46,4 0,006 6,90 0,35 0,28 0 0,87 0 0 0 0  46.4 0.006 6.90 0.35 0.28 0 0.87 0 0 0 0
54,8 0,006 6,87 0,46 0 2,51 0 0 0 0  54.8 0.006 6.87 0.46 0 2.51 0 0 0 0
70,3 0,006 6,83 0,92 0,50 0 11,33 0 0 0 0  70.3 0.006 6.83 0.92 0.50 0 11.33 0 0 0 0
78,6 0,006 6,79 0,95 0 18,07 0 0 0 0  78.6 0.006 6.79 0.95 0 18.07 0 0 0 0
95,6 0,006 6,74 1,29 0,67 0 32,16 0 0 0 0  95.6 0.006 6.74 1.29 0.67 0 32.16 0 0 0 0
102,8 0,006 6,71 1,45 0 33,82 0 0 0 0  102.8 0.006 6.71 1.45 0 33.82 0 0 0 0
166,7 0,006 6,51 2,41 1,15 5,02 57,94 0 0 0 0  166.7 0.006 6.51 2.41 1.15 5.02 57.94 0 0 0 0
197,7 0,006 6,43 2,79 0 69,85 0 0 0 0  197.7 0.006 6.43 2.79 0 69.85 0 0 0 0
219,5 0,006 6,40 3,35 1,63 0 60,01 0 0 0 0  219.5 0.006 6.40 3.35 1.63 0 60.01 0 0 0 0
242,6 0,006 6,32 3,79 0 55,54 0 0 0 0  242.6 0.006 6.32 3.79 0 55.54 0 0 0 0
268,5 0,006 6,23 4,22 2,02 0 49,51 0 0 0 0  268.5 0.006 6.23 4.22 2.02 0 49.51 0 0 0 0
295,0 0,006 6,17 4,41 3,37 59,15 0 0 0 0  295.0 0.006 6.17 4.41 3.37 59.15 0 0 0 0
316,8 0,006 6,14 4,51 2,13 6,82 63,91 0 0 0 0  316.8 0.006 6.14 4.51 2.13 6.82 63.91 0 0 0 0
335,5 0,006 6,13 4,44 5,71 68,96 0 0 0 0  335.5 0.006 6.13 4.44 5.71 68.96 0 0 0 0
357,8 0,006 6,13 4,60 2,22 0 69,55 0 0 0 0 Versuch 2 (bei 1000 rpm gerührt) Produktbildung 357.8 0.006 6.13 4.60 2.22 0 69.55 0 0 0 0 Experiment 2 (stirred at 1000 rpm) product formation
NMR-Analytik  NMR analysis
3- 3
OD Methyl-OD methyl
Gelöst-02, (600 BTM, 3HB, 2HIB, Acetat, Pyruvat, Butyrat, iso-Butyrat,Dissolved O 2 , (600 BTM, 3HB, 2HIB, acetate, pyruvate, butyrate, iso-butyrate,
Zeit, h mg/L pH nm) g/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/LTime, h mg / L pH nm) g / L mg / L mg / L mg / L mg / L mg / L mg / L
0,0 1,56 6,88 0,00 0,00 0 0 0 0 0 0 0,0 1,56 6,88 0,00 0,00 0 0 0 0 0 0
46,4 1,42 6,83 0,73 0,40 0 1,06 0 0 0 0  46.4 1.42 6.83 0.73 0.40 0 1.06 0 0 0 0
50,8 1,33 6,77 1,19 0 2,4 0 0 0 0  50.8 1.33 6.77 1.19 0 2.4 0 0 0 0
54,8 1,09 6,67 2,21 1,03 0 3,92 0 0 0 0  54.8 1.09 6.67 2.21 1.03 0 3.92 0 0 0 0
70,3 0,94 5,90 5,06 2,10 10,76 15,32 15,55 44,19 12,37 10,35 70.3 0.94 5.90 5.06 2.10 10.76 15.32 15.55 44.19 12.37 10.35
74,9 0,85 5,86 4,90 14,27 20,71 27,82 30,29 17,56 17,3774.9 0.85 5.86 4.90 14.27 20.71 27.82 30.29 17.56 17.37
78,6 0,83 5,89 4,86 2,08 23,29 21,91 24,72 9,97 26,57 17,5878.6 0.83 5.89 4.86 2.08 23.29 21.91 24.72 9.97 26.57 17.58
95,6 0,73 5,98 4,51 1,93 44,55 37,11 0 5,85 41,42 25,2795.6 0.73 5.98 4.51 1.93 44.55 37.11 0 5.85 41.42 25.27
102,8 0,74 5,99 4,14 1,95 30,19 36,05 0 4,52 31,87 14,11 102.8 0.74 5.99 4.14 1.95 30.19 36.05 0 4.52 31.87 14.11

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Kultivierung von Knallgasbakterien in einem Medium umfassend einen Anspruch [en] A process for cultivating oxyhydrogen bacteria in a medium comprising
Verfahrensschritt, in dem das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht wird , und das Medium eine Gelöstsauerstoffkonzentration von 0,001 mg/L bis 0,5 mg/L, bevorzugt von 0,005 mg/L bis 0,3 mg/L, besonders bevorzugt von 0,01 mg/L bis 0,2 mg/L aufweist. Method step, in which the medium is brought into contact with a gas containing H 2 , C0 2 and O 2 , and the medium has a dissolved oxygen concentration of 0.001 mg / L to 0.5 mg / L, preferably from 0.005 mg / L to 0, 3 mg / L, more preferably from 0.01 mg / L to 0.2 mg / L.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Knallgabakterium 2. The method according to claim 1, characterized in that the bang specimen
ausgewählt ist aus den Gattungen Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax,  is selected from the genera Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax,
Alcaligenes, Anabena, Ancyclobacter, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga, , Hydrogenophilus, Hydrogenothermus,  Alcaligenes, Anabena, Ancyclobacter, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga,, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus,
Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera, Mycobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Seliberia, Streptomyces, Thiocapsa, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, wobei Cupriavidus besonders bevorzugt ist.  Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera, Mycobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Seliberia, Streptomyces, Thiocapsa, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, with Cupriavidus being particularly preferred.
3. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Gas enthaltend H2, C02 und 02 Synthesegas enthält. in that the gas H 2, C0 2 and 0 2 contains containing synthesis gas.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Synthesegas 4. The method according to claim 3, characterized in that in the synthesis gas
enthaltene Kohlenstoff mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% des Kohlenstoffs aller Kohlenstoffquellen, die dem Knallgasbakterium durch das Gas enthaltend H2, C02 und 02 zur Verfügung stehen, ausmacht. contained carbon at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of the carbon of all carbon sources, which are the explosive gas bacterium by the gas containing H 2 , C0 2 and 0 2 , makes up ,
5. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass das C02 mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% aller Kohlenstoffquellen, die dem Knallgasbakterium zur 5. The method according to any one of claims 1 -4, characterized in that the C0 2 at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of all carbon sources, the explosive gas bacterium for
Verfügung stehen, ausmacht. Be available.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Gas enthaltend H2, C02 und 02 Generatorgas enthält. characterized in that the gas containing H 2 , C0 2 and 0 2 contains generator gas.
7. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass es die Verfahrensschritte umfasst  characterized in that it comprises the method steps
A) Vermehren von Knallgasbakterien in einem Medium bis zu einer Zelldichte X  A) Increase pop-up gas bacteria in a medium up to a cell density X.
Zellen/Liter und  Cells / liter and
B) Kultivierung der Knallgasbakterien in einem Medium, wobei das Medium mit einem Gas enthaltend H2, C02 und 02 in Kontakt gebracht wird, und das Medium eine Gelöstsauerstoffkonzentration von 0,001 mg/L bis 0,5 mg/L, bevorzugt von 0,005 mg/L bis 0,3 mg/L, besonders bevorzugt von 0,01 mg/L bis 0,2 mg/L aufweist. B) culturing the oxyhydrogen bacteria in a medium, wherein the medium is brought into contact with a gas containing H 2 , C0 2 and O 2 , and the medium has a dissolved oxygen concentration of 0.001 mg / L to 0.5 mg / L, preferably 0.005 mg / L to 0.3 mg / L, more preferably from 0.01 mg / L to 0.2 mg / L.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B) die Zelldichte 2 X Zellen/ml nicht übersteigt. 8. The method according to claim 7, characterized in that in method step B) the cell density does not exceed 2 X cells / ml.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the
Knallgasbakterien in Verfahrensschritt B) Zielprodukt synthetisieren.  Bacteriostatic bacteria in process step B) synthesize target product.
0. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielprodukt ausgewählt ist aus Substanzen, dessen Bildung über das Zwischenprodukt Acetyl-Coenzym A erfolgt; solche Zielprodukte sind beispielsweise Fettsäuren, Fettsäureester, Fettalkohole, Fettaldehyde sowie substituierte Derivate der vorgenannten Verbindungen 0. The method according to claim 9, characterized in that the target product is selected from substances whose formation takes place via the intermediate acetyl-coenzyme A; Such target products are, for example, fatty acids, fatty acid esters, fatty alcohols, fatty aldehydes and substituted derivatives of the abovementioned compounds
1. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielprodukt ausgewählt ist aus Substanzen, dessen Bildung über Metabolite des Zitronensäurezyklus, wie z. B. Succinat erfolgt. 1. The method according to claim 9, characterized in that the target product is selected from substances whose formation on metabolites of the citric acid cycle, such as. B. succinate occurs.
2. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielprodukt ausgewählt ist aus Substanzen umfassend drei oder vier Kohlenstoffatome, insbesondere Butanol, Buten, Propen, Aceton, 2-Hydroxyisobuttersäure und 2-Propanol. 2. The method according to claim 9, characterized in that the target product is selected from substances comprising three or four carbon atoms, in particular butanol, butene, propene, acetone, 2-hydroxyisobutyric acid and 2-propanol.
13. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Knallgasbakterien in Verfahrensschritt B) Zielprodukt synthetisieren, dessen Bildung über das Zwischenprodukt 3-Hydroxyalkanyl-CoA, insbesondere 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A, erfolgt. 14. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Knallgasbakterien in Verfahrensschritt B) 2-Hydroxyisobuttersäure synthetisieren und die Knallgasbakterien derart gentechnisch verändert wurden, dass sie eine im 13. The method according to claim 9, characterized in that the oxyhydrogen bacteria in step B) synthesize target product whose formation via the intermediate 3-hydroxyalkanyl-CoA, in particular 3-hydroxybutyryl-coenzyme A, takes place. 14. The method according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that the oxyhydrogen bacteria in step B) synthesize 2-hydroxyisobutyric acid and the oxyhydrogen bacteria were genetically engineered such that they have a in
Vergleich zu ihrem Wildtyp erhöhte Aktivität des Enzyms Ei aufweisen, welches die Umsetzung von 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A zu 2-Hydroxyisobutyryl-Coenzym A katalysiert.  Compared to their wild-type have increased activity of the enzyme egg, which catalyzes the conversion of 3-hydroxybutyryl-coenzyme A to 2-hydroxyisobutyryl-coenzyme A.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Knallgasbakterien derart gentechnisch verändert wurden, dass sie eine verglichen zu ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms E2, welches die Umsetzung von Acetoacetyl-Coenzym A zu 3-Hydroxybutyryl-Coenzym A katalysiert, aufweisen. 15. The method according to claim 14, characterized in that the oxyhydrogen bacteria have been genetically engineered such that they have a compared to their wild type increased activity of an enzyme E 2 , which catalyzes the conversion of acetoacetyl-coenzyme A to 3-hydroxybutyryl-coenzyme A. ,
16. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es den Verfahrensschritt 16. The method according to any one of claims 7 to 15, characterized in that it comprises the method step
C) Aufreinigung des Zielproduktes  C) Purification of the target product
umfasst.  includes.
PCT/EP2015/051226 2014-01-27 2015-01-22 Fermentative process involving cell cultivation at a low dissolved-oxygen concentration WO2015110518A1 (en)

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