[发明专利]通过微生物代谢途径的遗传修饰制备延长的2-酮酸和由此生成的C6-C10化合物的方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2013年12月12日提交的、标题为“通过微生物代谢途径的遗传修饰 从合成气制备辛醇的方法(ProcesstoPrepareOctanolFromSyngasViaGenetic ModificationstoMicrobialMetabolicPathways)”、序列号为61/915,040的美国临时专利 申请的权益，通过引用将其全文并入本文。

技术领域

本发明涉及利用生物酶生产C6-C10醛类以及从它们制备的产物的领域。更具体地， 其涉及利用工程化酶的领域，该酶可由经遗传修饰的微生物体表达以通过一个或多个代 谢途径将合适的底物转化为C6-C10醛，或者在体外温浴以将2-酮丁酸或2-酮异戊酸转 化为延长的2-酮酸，接着将2-酮酸转化为C6-C10醛。

背景技术

对获得和利用化石燃料将来的稀缺、成本和环境影响方面的担忧刺激了在开发廉 价、可再生生物质作为燃料和从它们制备的化学品的替代来源方面的兴趣由于原油价格 已经上涨，生物基化学品和工业产品已成为它们的石油衍生对应物的引人注目的替代 物。采用厌氧微生物体的发酵工艺提供了有前景的路线，用于将生物质和农业废物转化 为有用产品，同时解决了处理低价值农产品和食物加工副产物/废物中可能遇到的问题。 可从低成本的生物质原料制备的一些有用产品为有机酸类和醇类，尤其包括C6-C10醇 类，例如辛醇。辛醇找到特定用途，作为较低成本的起始物制备辛烯，而辛烯为许多工 业中非常抢手的原料化学品。这些工业包括聚乙烯工业，其将辛烯用作共聚单体用于溶 液聚合；以及去垢剂工业，利用其烷基化酚类以生产去垢剂前体。一般通过线性α-烯烃 (LAO)技术来制备辛烯，这依赖于高耗能的四聚化，结果，辛烯供应通常是不足的，促 成了其不利的价格波动。因此，辨识更好的和较便宜的生产辛醇的方法预期将会导致较 便宜的辛烯生产。一般而言，利用发酵工艺生产辛醇可提供这种成本降低，继而增加供 应并稳定辛烯价格。

总的来说，用于改良工业微生物体的方法的范围从传统菌株改良(CSI)的随机法到代 谢工程的高度理性方法。CSI经常对减轻产物抑制或改善生产率是有效的，但对于生成 能生产全新产品的菌株而言远非有效手段。此外，CSI对时间和资源都是高消耗的。这 是因为，为了获得对抑制性发酵产物有高耐受的菌株，必需通过在培养基中存在逐渐增 加的抑制剂浓度情况下连续培养菌株来不断筛选并选择突变体。这通常与采用化学突变 剂和/或紫外线(UV)辐射的诱导突变联合进行。但是，传统的培养筛选方法通常是冗长 的，耗时的，并且经常是无结果的。

在建立产生新产品的菌株方面，代谢修饰常常是更有效的。这是因为，基因以及一 些情况下的整个途径可在生物体间转移(重组方法)，和/或酶类可被修饰(工程化方法)。 这些方法避免了CSI的一些缺点。代谢工程(该术语涵盖了重组和工程化方法)是靶向性 的并且经常是更快的手段，被广泛用于设计菌株，通过代谢流量分布中的改变来实现代 谢物过量生产方面更高的效率。迄今为止，这种工作的大多数涉及利用充分研究了遗传 学和生理学的生物体(例如，大肠杆菌(E.coli)、酵母和杂交瘤细胞)来生产次生代谢物(例 如抗生素)、氨基酸(例如，赖氨酸)和异源蛋白质。代谢流量分布的化学计量分析为合适 的代谢修饰、最佳培养基配方和供料策略、以及生物过程优化提供了指导。但是，这种 方法仍需要对发酵细胞中的代谢和调节网络有深入了解。尽管这些理性方法在涉及单个 基因或单个基因簇内的数个基因情况下已是成功的，但它们常常在涉及更复杂或基本上 未知的代谢途径情况下是无效的。这是因为，这些手段通常一次靶向一个基因，因此未 能预测给定途径内多个基因之间的复杂相互作用。