重組細(xì)胞以及異戊二烯的生產(chǎn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的目的在于提供能夠由合成氣等生產(chǎn)異戊二烯的一系列技術(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種能夠由C1化合物生產(chǎn)異戊二烯的重組細(xì)胞，其中，編碼異戊二烯合成酶的核酸被導(dǎo)入具有基于非甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力的宿主細(xì)胞中，該核酸在所述宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，該C1化合物為選自由一氧化碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種。作為宿主細(xì)胞，可例示出梭菌(Clostridium)屬細(xì)菌或穆爾氏菌(Moorella)屬細(xì)菌。還提供使用了該重組細(xì)胞的異戊二烯的生產(chǎn)方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及能夠由一氧化碳等特定的Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯的重組細(xì)胞、以及 利用該重組細(xì)胞的異戊二烯的生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
異戊二烯是合成聚異戊二烯的單體原料，尤其是在輪胎行業(yè)中為重要的原材料。 近年來，由依賴于石油的基礎(chǔ)化學(xué)品的生產(chǎn)工藝向來自植物資源等可再生資源的生產(chǎn)工藝 的轉(zhuǎn)換技術(shù)的開發(fā)與實(shí)用化正在穩(wěn)步地進(jìn)行。關(guān)于異戊二烯，例如已知以糖為原料的利用 重組大腸桿菌的生產(chǎn)技術(shù)（專利文獻(xiàn)1、2)。 關(guān)于來自可再生資源的生產(chǎn)工藝，包括上述異戊二烯生產(chǎn)技術(shù)在內(nèi)，其現(xiàn)有技術(shù) 基本上是依賴于有機(jī)物、特別是糖、甘油或油成分等的利用微生物的生產(chǎn)法。但是，為了維 持來自石油的多種基礎(chǔ)化學(xué)品的世界性生產(chǎn)量，在來自植物資源等的目前可使用的糖類、 甘油或油成分的量中，作為微生物的碳源不足是必須的。即，依賴于糖類或油成分的利用微 生物的基礎(chǔ)化學(xué)品生產(chǎn)量今后也是有限的。而且，這種工藝還有可能與食物競爭。 合成氣（Synthesis gas, Syngas)是在高溫·高壓下通過金屬催化劑的作用由廢 棄物、天然氣和煤炭有效得到的、以一氧化碳、二氧化碳和氫為主要成分的混合氣體。在以 合成氣為起點(diǎn)的利用金屬催化劑的Cl化學(xué)的領(lǐng)域中，正在開發(fā)可廉價(jià)且大量生產(chǎn)甲醇、甲 酸、甲醛等液態(tài)化學(xué)品的工藝。 另外，一氧化碳、二氧化碳和氫包含于廢棄物來源的合成氣或工廠廢氣、天然氣、 或者煤炭來源的合成氣中，幾乎永久能夠利用。但是，現(xiàn)狀是極少有作為以合成氣為代表的 Cl碳源的、利用微生物的化學(xué)品生產(chǎn)例。目前正在進(jìn)行開發(fā)的僅僅是由合成氣生產(chǎn)乙醇、 2,3_ 丁二醇等。尤其是，很少有關(guān)于基于重組體的合成氣同化性物質(zhì)的利用的報(bào)道。專利 文獻(xiàn)3中公開了利用大腸桿菌重組體的異丙醇的生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)中，將多個(gè)CO代謝酶基 因?qū)氪竽c桿菌以賦予合成氣同化能力，由合成氣生產(chǎn)異丙醇。但是，該技術(shù)并不生產(chǎn)異戊 二烯。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :日本特表2011-505841號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本特表2011-518564號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :日本特表2011-509691號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的問題 鑒于上述現(xiàn)狀，本專利技術(shù)的目的在于提供能夠由合成氣等生產(chǎn)異戊二烯的一系列技 術(shù)。 用于解決問題的方案 用于解決上述課題的本專利技術(shù)的方式之一為一種重組細(xì)胞，其中，編碼異戊二烯合 成酶的核酸被導(dǎo)入具有基于非甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力的宿主細(xì)胞中，該 核酸在所述宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，所述重組細(xì)胞能夠由Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯，所述Cl化 合物為選自由一氧化碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種。 本專利技術(shù)還涉及一種能夠生產(chǎn)異戊二烯的重組細(xì)胞。本專利技術(shù)的重組細(xì)胞將編碼異戊 二烯合成酶的核酸導(dǎo)入具有"基于非甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力"的宿主細(xì) 胞中而成，并且該核酸在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)。而且，能夠由選自由一氧化碳、二氧化碳、甲 酸和甲醇組成的組中的至少一種Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯。根據(jù)本專利技術(shù)的重組細(xì)胞，可以由 所述Cl化合物合成異戊烯基二磷酸（IPP)，進(jìn)而將所合成的IPP轉(zhuǎn)換為異戊二烯。其結(jié)果， 可以由所述Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯。通過利用本專利技術(shù)的重組細(xì)胞，例如可以由包含一氧化 碳或二氧化碳的合成氣生產(chǎn)異戊二烯。 類異戊二烯的生物合成途徑大致分為甲羥戊酸途徑（也稱為MVA途徑）和非甲羥 戊酸途徑（也稱為MEP途徑）。非甲羥戊酸途徑是由甘油醛-3-磷酸和丙酮酸最終生成異 戊烯基二磷酸（IPP)或二甲基烯丙基二磷酸（DMPP)的途徑。本專利技術(shù)中使用的宿主細(xì)胞具 有基于非甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力。 本專利技術(shù)的另一方式為一種重組細(xì)胞，其中，編碼異戊二烯合成酶的核酸被導(dǎo)入具 有由甲基四氫葉酸、一氧化碳和CoA合成乙酰CoA的功能的宿主細(xì)胞，該核酸在所述宿主細(xì) 胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，所述重組細(xì)胞能夠由Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯，該Cl化合物為選自由一氧化 碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種。 本專利技術(shù)的重組細(xì)胞將編碼異戊二烯合成酶的核酸導(dǎo)入具有"由甲基四氫葉酸、一 氧化碳和CoA合成乙酰CoA的功能"的宿主細(xì)胞而成，并且該核酸在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)。 而且，能夠由選自由一氧化碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種Cl化合物生 產(chǎn)異戊二烯。也可以利用本專利技術(shù)的重組細(xì)胞由所述Cl化合物合成IPP，進(jìn)而將所合成的IPP 轉(zhuǎn)換為異戊二烯。其結(jié)果，可以由所述Cl化合物生產(chǎn)異戊二烯。通過利用本專利技術(shù)的重組細(xì) 胞，例如可以由包含一氧化碳或二氧化碳的合成氣生產(chǎn)異戊二烯。 作為具有"由甲基四氫葉酸、一氧化碳和CoA合成乙酰CoA的功能"的細(xì)胞，可 例示出具有圖1所示的乙酰CoA途徑（Wood-Ljungdahl pathway)和甲醇途徑（Methanol pathway)的厭氧性微生物。 優(yōu)選具有一氧化碳脫氫酶。 -氧化碳脫氫酶（EC 1. 2. 99. 2/1. 2. 7. 4)( -氧化碳脫氫酶、CO dehydrogenase、 CODH)具有由一氧化碳和水生成二氧化碳和質(zhì)子的作用、以及作為其逆反應(yīng)的由二氧化碳 和質(zhì)子生成一氧化碳和水的作用。一氧化碳脫氫酶是利用乙酰CoA途徑（圖1)發(fā)生作用 的酶之一。 優(yōu)選所述宿主細(xì)胞為梭菌（Clostridium)屬細(xì)菌或穆爾氏菌（Moorella)屬細(xì)菌。 優(yōu)選進(jìn)一步導(dǎo)入了編碼通過甲羥戊酸途徑發(fā)生作用的酶組的核酸，進(jìn)一步具有基 于甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力。 通過該構(gòu)成，由甲羥戊酸途徑和非甲羥戊酸途徑兩者合成成為異戊二烯合成酶的 底物的IPP，可有效地進(jìn)行IPP的供給。其結(jié)果，本專利技術(shù)的重組細(xì)胞的異戊二烯生產(chǎn)能力進(jìn) 一步提尚。 優(yōu)選所述甲羥戊酸途徑為酵母的甲羥戊酸途徑。 優(yōu)選所述甲羥戊酸途徑為原核生物的甲羥戊酸途徑。 優(yōu)選所述甲羥戊酸途徑為放線菌的甲羥戊酸途徑。 優(yōu)選進(jìn)一步導(dǎo)入了編碼通過非甲羥戊酸途徑發(fā)生作用的至少一種酶的核酸，該核 酸在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)。 通過該構(gòu)成，基于非甲羥戊酸途徑的IPP合成能力得到增強(qiáng)。其結(jié)果，本專利技術(shù)的重 組細(xì)胞的異戊>條生廣能力進(jìn)一步提尚。 優(yōu)選所述非甲羥戊酸途徑為宿主細(xì)胞以外的非甲羥戊酸途徑。 優(yōu)選所述異戊二烯合成酶為植物來源。 優(yōu)選編碼所述異戊二烯合成酶的核酸編碼下述（a)、（b)或（C)的蛋白質(zhì)。 (a)包含序列號(hào)2所表示的氨基酸序列的蛋白質(zhì)； (b)包含序列號(hào)2所表示的氨基酸序列中1~20個(gè)氨基酸發(fā)生了缺失、置換或者 添加的氨基酸序列、且具有異戊二烯合成酶的活性的蛋白質(zhì)； (c)具有與序列號(hào)2所表示的氨基酸序列顯示出60%以上的同源性的氨基酸序 列、且具有異戊二烯合成酶的活性的蛋白質(zhì)。 優(yōu)選導(dǎo)入宿主細(xì)胞中的核酸的密碼子被改變。 通過該構(gòu)成，可以在宿主細(xì)胞內(nèi)更有效地表達(dá)所導(dǎo)入的核酸（外來基因）。 優(yōu)選導(dǎo)入至宿主細(xì)胞中的核酸被組入宿主細(xì)胞的基因組中。 優(yōu)選導(dǎo)入至宿主細(xì)胞中的核酸被組入質(zhì)粒中。 本專利技術(shù)的另一方式為一種異戊二烯的生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法利用選自由一氧化 碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種Cl化合物作為碳源，對(duì)上述重組細(xì)胞進(jìn) 行培養(yǎng)，使該重組細(xì)胞生產(chǎn)異戊二烯。 本專利技術(shù)涉及異戊二烯的生產(chǎn)方法。本專利技術(shù)中，將選自由一氧化碳、二氧化碳、甲酸 和甲醇組本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種重組細(xì)胞，其中，編碼異戊二烯合成酶的核酸被導(dǎo)入具有基于非甲羥戊酸途徑的異戊烯基二磷酸合成能力的宿主細(xì)胞中，該核酸在所述宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，所述重組細(xì)胞能夠由C1化合物生產(chǎn)異戊二烯，所述C1化合物為選自由一氧化碳、二氧化碳、甲酸和甲醇組成的組中的至少一種。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：古谷昌弘，上西章太，巖佐航一郎，S詹尼溫，R費(fèi)希爾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社，弗朗霍弗應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP