KR20120101445A

Microbial engineering for the production of chemical and pharmaceutical products from the isoprenoid pathway

Abstract

The present invention relates to the recombinant expression of taxadiene synthase enzyme and geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS) enzyme in cells and production of terpenoids.

KR20120101445A, drawing sheet 1
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99 claims: 24 independent, 75 dependent

  1. 1
    비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분을 과다발현하는 세포에서 탁사디엔 신타제 효소 및 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS) 효소를 재조합 방식으로 발현시키는 것을 포함하는 방법.
  2. 2
    제1항에 있어서, 세포가 박테리아 세포인 방법.
  3. 3
    제2항에 있어서, 세포가 에스케리키아 콜라이 ( Escherichia coli ) 세포인 방법.
  4. 4
    제2항에 있어서, 세포가 그람-양성 세포인 방법.
  5. 5
    제4항에 있어서, 세포가 바실러스 ( Bacillus ) 세포인 방법.
  6. 6
    제1항에 있어서, 세포가 효모 세포인 방법.
  7. 7
    제6항에 있어서, 효모 세포가 사카로미세스 ( Saccharomyces ) 세포인 방법.
  8. 8
    제6항에 있어서, 효모 세포가 야로위아 ( Yarrowia ) 세포인 방법.
  9. 9
    제1항에 있어서, 세포가 조류 세포인 방법.
  10. 10
    제1항에 있어서, 세포가 식물 세포인 방법.
  11. 11
    제1항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소가 탁수스 ( Taxus ) 효소인 방법.
  12. 12
    제11항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소가 탁수스 브레비폴리아 ( Taxus brevifolia ) 효소인 방법.
  13. 13
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, GGPPS 효소가 탁수스 효소인 방법.
  14. 14
    제13항에 있어서, GGPPS 효소가 탁수스 카나데니스 ( Taxus canadenis ) 효소인 방법.
  15. 15
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 MEP 경로의 하나 이상의 성분을 코딩하는 유전자가 하나 이상의 플라스미드로부터 발현되는 것인 방법.
  16. 16
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 MEP의 하나 이상의 성분을 코딩하는 유전자가 세포의 게놈 내로 통합되는 것인 방법.
  17. 17
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분이 dxs , ispC , ispD , ispE , ispF , ispG , ispH , idi , ispA 및 ispB 로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것인 방법.
  18. 18
    제17항에 있어서, dxs , idi , ispD 및 ispF 가 과다발현되는 것인 방법.
  19. 19
    제18항에 있어서, dxs , idi , ispD 및 ispF 가 오페론 dxs-idi-idpDF 상에서 과다발현되는 것인 방법.
  20. 20
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자가 오페론에서 함께 발현되는 것인 방법.
  21. 21
    제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 세포가 탁사디엔 5α-히드록실라제 (T5αOH) 또는 그의 촉매 활성 부분을 추가로 발현하는 것인 방법.
  22. 22
    제21항에 있어서, T5αOH 효소 또는 그의 촉매 활성 부분이 시토크롬 P450 리덕타제 효소 또는 그의 촉매 활성 부분에 융합되는 것인 방법.
  23. 23
    제22항에 있어서, T5αOH 효소가 At24T5αOH-tTCPR인 방법.
  24. 24
    제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소, GGPPS 효소 및 MEP 경로의 하나 이상의 성분의 발현이 탁사디엔의 생산을 최대화하기 위해 균형잡히는 것인 방법.
  25. 25
    제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 세포를 배양하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  26. 26
    제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 세포가 탁사디엔 또는 탁사디엔-5α-올을 생산하는 것인 방법.
  27. 27
    제26항에 있어서, 적어도 10 mg L -1 의 탁사디엔이 생산되는 것인 방법.
  28. 28
    제27항에 있어서, 적어도 250 mg L -1 의 탁사디엔이 생산되는 것인 방법.
  29. 29
    제26항에 있어서, 적어도 10 mg L -1 의 탁사디엔-5α-올이 생산되는 것인 방법.
  30. 30
    제29항에 있어서, 적어도 50 mg L -1 의 탁사디엔-5α-올이 생산되는 것인 방법.
  31. 31
    제26항, 제29항 또는 제30항에 있어서, 탁사디엔-5α-올 및 부산물 5(12)-옥사-3(11)-시클로탁산으로의 탁사디엔 전환 백분율이 적어도 50%인 방법.
  32. 32
    제31항에 있어서, 탁사디엔-5α-올 및 부산물 5(12)-옥사-3(11)-시클로탁산으로의 탁사디엔 전환 백분율이 적어도 75%인 방법.
  33. 33
    제32항에 있어서, 탁사디엔-5α-올 및 부산물 5(12)-옥사-3(11)-시클로탁산으로의 탁사디엔 전환 백분율이 적어도 95%인 방법.
  34. 34
    제25항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양액으로부터 탁사디엔 또는 탁사디엔-5α-올을 회수하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  35. 35
    제34항에 있어서, 탁사디엔 또는 탁사디엔-5α-올이 기체 상으로부터 회수되는 것인 방법.
  36. 36
    제34항에 있어서, 유기 층이 세포 배양액에 첨가되고, 탁사디엔 또는 탁사디엔-5α-올이 유기 층으로부터 회수되는 것인 방법.
  37. 37
    비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분을 과다발현하고 탁사디엔 신타제 효소 및 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS) 효소를 재조합 방식으로 발현하는 세포.
  38. 38
    제37항에 있어서, 박테리아 세포인 세포.
  39. 39
    제38항에 있어서, 에스케리키아 콜라이 세포인 세포.
  40. 40
    제38항에 있어서, 그람-양성 세포인 세포.
  41. 41
    제40항에 있어서, 바실러스 세포인 세포.
  42. 42
    제37항에 있어서, 효모 세포인 세포.
  43. 43
    제42항에 있어서, 효모 세포가 사카로미세스 세포인 세포.
  44. 44
    제42항에 있어서, 효모 세포가 야로위아 세포인 세포.
  45. 45
    제37항에 있어서, 조류 세포인 세포.
  46. 46
    제37항에 있어서, 식물 세포인 세포.
  47. 47
    제37항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소가 탁수스 효소인 세포.
  48. 48
    제47항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소가 탁수스 브레비폴리아 효소인 세포.
  49. 49
    제37항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, GGPPS 효소가 탁수스 효소인 세포.
  50. 50
    제49항에 있어서, GGPPS 효소가 탁수스 카나데니스 효소인 세포.
  51. 51
    제37항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 MEP 경로의 하나 이상의 성분을 코딩하는 유전자가 하나 이상의 플라스미드로부터 발현되는 것인 세포.
  52. 52
    제37항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 MEP의 하나 이상의 성분을 코딩하는 유전자가 세포의 게놈 내로 통합되는 것인 세포.
  53. 53
    제37항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분이 dxs , ispC , ispD , ispE , ispF , ispG , ispH , idi , ispA 및 ispB 로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것인 세포.
  54. 54
    제53항에 있어서, dxs , idi , ispD 및 ispF 가 과다발현되는 것인 세포.
  55. 55
    제54항에 있어서, dxs , idi , ispD 및 ispF 가 오페론 dxs-idi-idpDF 상에서 과다발현되는 것인 세포.
  56. 56
    제37항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소를 코딩하는 유전자 및 GGPPS 효소를 코딩하는 유전자가 오페론에서 함께 발현되는 것인 세포.
  57. 57
    제37항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 5α-히드록실라제 (T5αOH) 또는 그의 촉매 활성 부분을 추가로 발현하는 세포.
  58. 58
    제57항에 있어서, T5αOH 효소 또는 그의 촉매 활성 부분이 시토크롬 P450 리덕타제 효소 또는 그의 촉매 활성 부분에 융합되는 것인 세포.
  59. 59
    제58항에 있어서, T5αOH 효소가 At24T5αOH-tTCPR로서 발현되는 것인 세포.
  60. 60
    제37항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 신타제 효소, GGPPS 효소 및 MEP 경로의 하나 이상의 성분의 발현이 탁사디엔의 생산을 최대화하기 위해 균형잡히는 것인 세포.
  61. 61
    제37항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 세포가 탁사디엔 또는 탁사디엔-5α-올을 생산하는 것인 세포.
  62. 62
    비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분을 과다발현하는 세포를 생성하거나 얻고, 세포로부터 테르페노이드를 생산하고, 세포로부터 생산된 테르페노이드의 양을 대조군 세포에서 생산된 테르페노이드의 양과 비교하고, 대조군 세포보다 더 많은 양의 테르페노이드를 생산하는 제1의 개선된 세포를 선택하는 것 을 포함하고, 여기서 대조군 세포보다 더 많은 양의 테르페노이드를 생산하는 제1의 개선된 세포가 테르페노이드의 향상된 생산을 보이는 세포인, 테르페노이드의 향상된 생산을 보이는 세포를 선택하는 방법.
  63. 63
    제62항에 있어서, 세포가 테르페노이드 신타제 효소를 재조합 방식으로 발현하는 것인 방법.
  64. 64
    제62항 또는 제63항에 있어서, 세포가 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS) 효소를 재조합 방식으로 발현하는 것인 방법.
  65. 65
    제62항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 제2의 개선된 세포를 생산하기 위해 제1의 개선된 세포에서 비-메발로네이트 (MEP) 경로의 하나 이상의 성분, 테르페노이드 신타제 효소 및/또는 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS) 효소의 발현 수준을 변경하고, 제2의 개선된 세포로부터 생산된 테르페노이드의 양을 제1의 개선된 세포에서 생산된 테르페노이드의 양과 비교하는 것 을 추가로 포함하고, 여기서 제1의 개선된 세포보다 더 많은 양의 테르페노이드를 생산하는 제2의 개선된 세포가 테르페노이드의 향상된 생산을 보이는 세포인 방법.
  66. 66
    제62항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 테르페노이드 신타제 효소가 탁사디엔 신타제 효소인 방법.
  67. 67
    시토크롬 P450 리덕타제 효소 또는 그의 촉매 활성 부분에 융합된 탁사디엔 5α-히드록실라제 (T5αOH) 효소 또는 그의 촉매 활성 부분을 포함하는 단리된 폴리펩티드.
  68. 68
    제67항에 있어서, 시토크롬 P450 리덕타제 효소가 탁수스 시토크롬 P450 리덕타제 (TCPR)인 단리된 폴리펩티드.
  69. 69
    제68항에 있어서, 탁사디엔 5α-히드록실라제 및 TCPR이 링커에 의해 연결되는 것인 단리된 폴리펩티드.
  70. 70
    제69항에 있어서, 링커가 GSTGS (서열 50)인 단리된 폴리펩티드.
  71. 71
    제67항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 탁사디엔 5α-히드록실라제 및/또는 TCPR이 막횡단 영역의 전부 또는 일부가 제거되도록 말단절단되는 것인 단리된 폴리펩티드.
  72. 72
    제71항에 있어서, 탁사디엔 5α-히드록실라제의 8, 24 또는 42개의 N-말단 아미노산이 말단절단되는 것인 단리된 폴리펩티드.
  73. 73
    제71항 또는 제72항에 있어서, TCPR의 74개의 아미노산이 말단절단되는 것인 단리된 폴리펩티드.
  74. 74
    제67항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 펩티드가 탁사디엔 5α-히드록실라제에 융합되는 것인 단리된 폴리펩티드.
  75. 75
    제74항에 있어서, 추가의 펩티드가 소 17α 히드록실라제로부터 유래하는 것인 단리된 폴리펩티드.
  76. 76
    제75항에 있어서, 펩티드가 MALLLAVF (서열 51)인 단리된 폴리펩티드.
  77. 77
    제67항에 있어서, At24T5αOH-tTCPR인 단리된 폴리펩티드.
  78. 78
    제67항 내지 제77항 중 어느 한 항에 따른 폴리펩티드를 코딩하는 핵산 분자.
  79. 79
    제67항 내지 제77항 중 어느 한 항에 따른 폴리펩티드를 재조합 방식으로 발현하는 세포.
  80. 80
    세포에서 또는 세포의 배양액에서 인돌의 축적을 제어하여 세포에서 테르페노이드 생산을 증가시키는 것을 포함하는, 하나 이상의 테르페노이드를 생산하는 세포에서 테르페노이드 생산을 증가시키는 방법.
  81. 81
    제80항에 있어서, 세포가 박테리아 세포인 방법.
  82. 82
    제81항에 있어서, 세포가 에스케리키아 콜라이 세포인 방법.
  83. 83
    제81항에 있어서, 세포가 그람-양성 세포인 방법.
  84. 84
    제83항에 있어서, 세포가 바실러스 세포인 방법.
  85. 85
    제80항에 있어서, 세포가 효모 세포인 방법.
  86. 86
    제85항에 있어서, 효모 세포가 사카로미세스 세포인 방법.
  87. 87
    제85항에 있어서, 효모 세포가 야로위아 세포인 방법.
  88. 88
    제80항에 있어서, 세포가 조류 세포인 방법.
  89. 89
    제80항에 있어서, 세포가 식물 세포인 방법.
  90. 90
    제80항에 있어서, 세포가 제37항 내지 제61항 중 어느 한 항에 따른 세포인 방법.
  91. 91
    제80항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서, 세포에서 또는 세포의 배양액에서 인돌의 축적을 제어하는 단계가 상류 비-메발로네이트 이소프레노이드 경로를 하류 생성물 합성 경로와 균형잡히게 하고/하거나 인돌 경로를 변형하거나 조절하는 것을 포함하는 것인 방법.
  92. 92
    제80항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서, 세포에서 또는 세포의 배양액에서 인돌의 축적을 제어하는 단계가 임의로 흡수제 또는 스캐빈저를 사용하는 화학적 방법을 통해 발효로부터 축적된 인돌을 제거하는 것을 포함하거나 추가로 포함하는 것인 방법.
  93. 93
    제80항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 테르페노이드가 모노테르페노이드, 세스퀴테르페노이드, 디테르페노이드, 트리테르페노이드 또는 테트라테르페노이드인 방법.
  94. 94
    제93항에 있어서, 하나 이상의 테르페노이드가 탁사디엔 또는 임의의 탁솔 전구체인 방법.
  95. 95
    하나 이상의 테르페노이드를 생산하는 세포에서 또는 하나 이상의 테르페노이드를 생산하는 세포의 배양액에서 인돌의 양 또는 농도를 측정하는 것을 포함하는 방법.
  96. 96
    제95항에 있어서, 인돌의 양 또는 농도를 2회 이상의 횟수로 측정하는 것을 포함하는 방법.
  97. 97
    제95항 또는 제96항에 있어서, 측정된 인돌의 양 또는 농도가 하나 이상의 테르페노이드를 생산하는 방법을 안내하기 위해 사용되는 것인 방법.
  98. 98
    제95항 또는 제96항에 있어서, 측정된 인돌의 양 또는 농도가 균주 구축을 안내하기 위해 사용되는 것인 방법.
  99. 99
    제62항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 세포가 제67항 내지 제77항 중 어느 한 항에 따른 폴리펩티드를 재조합 방식으로 추가로 발현하는 것인 방법.
Independent claims99