从甲醛经酶促产生乙酰磷酸制造技术

描述了一种使用磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶从甲醛经酶促产生乙酰磷酸的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种从甲醛经酶促产生乙酰磷酸的方法，所述方法利用磷酸转酮酶(phosphoketolase)或磺基乙醛乙酰转移酶，以及涉及磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶或表达磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶的微生物用于从甲醛产生乙酰磷酸的用途。在过去的数十年，代谢工程实践者已经致力于探索生物解决方案以生产化学品，因此，提供更传统化学方法的替代。通常而言，生物解决方案允许利用可再生原料(例如糖)并且与基于现有石油化学的方法竞争。一种用于生产化学品的多步骤生物解决方案一般包含微生物作为将原料转化成靶分子的催化剂。用于产生特定靶分子的全套酶反应可以划分成属于中心碳途径的那些酶反应和属于产物特异性途径的那些酶反应。属于中心碳途径和产物特异性途径的反应是关联的，因为必须在有助于该方法的竞争力总体权衡下考虑每种酶反应的氧化还原约束条件(一般是NAD(P)H)和能量学约束条件(一般是ATP)。历史上，将糖上生长的异养生物的中心碳途径描述为Embden-Meyerhoff-Parnas途径(EMPP；即“糖酵解”)、磷酸戊糖途径(PPP)、Entner-Doudoroff途径(EDP)和磷酸转酮酶途径(PKP)(见Gottschalk(1986),Bacterial Metabolism,第2版Springer-Verlag,New York)。每个中心途径或中心途径组合相对于特定靶分子提供优点和缺点。为了提供有竞争力的生物加工，已经描述了具有涉及EMPP，PPP和EDP的修饰的重组微生物(M.Emmerling等人,Metab.Eng.1:117(1999)；L.O.Ingram等人,Appl.Environ.Microbiol.53:2420(1987)；C.T.Trinh等人,Appl.Environ.Microbiol.74:3634(2008))。最近，已经描述了具有涉及PKP的修饰的重组微生物(见Sonderegger等人,Appl.Environ.Microbiol.70(2004),2892-2897，美国专利7,253,001，Chinen等人,J.Biosci.Bioeng.103(2007),262-269，美国专利7,785,858；Fleige等人，Appl.Microbiol.Cell Physiol.91(2011),769-776)。EMPP(糖酵解)将1mol葡萄糖转化成2mol丙酮酸(PYR)。当需要乙酰-CoA时，1mol PYR可以转化成1mol乙酰-CoA(AcCoA)，同时生成1mol CO2和1mol NADH。在方程1中给出对反应的总结。葡萄糖+2ADP+2H3PO4+2CoA+4NAD+→2乙酰-CoA+2CO2+2ATP+2H2O+4NADH+4H+(方程1)PPP提供将1mol葡萄糖转化成1mol CO2和2mol NADPH的手段，同时产生0.67mol果糖-6-磷酸(F6P)和0.33mol甘油醛-3-磷酸(GAP)。如此形成的F6P和GAP必须由其他反应途径代谢，例如由EMPP代谢。EDP将1mol葡萄糖转化成1mol GAP和1mol PYR，同时产生1mol NADPH。与PPP相同，如此形成的GAP必须由其他反应途径代谢。PKP提供将1mol葡萄糖转化成1mol GAP和1.5mol乙酰磷酸(AcP)的手段。当需要乙酰-CoA时，1当量AcP外加1当量辅酶A(CoA)可以由磷酸转乙酰酶的作用转化成1当量乙酰-CoA和1当量无机磷酸(Pi)。本领域已经描述了用于遗传修饰微生物的多种方案，从而能够将多种原料如液化玉米粉、甘油或合成气(氢和一氧化碳的混合物)或化合物如甲烷转化成所需化合物如液态燃料或丁醇(参见，例如，WO 2012/053905和Peralta-Yahya等人,Nature 488(2012),320-328)。例如，Conrado和Gonzalez(Science 343(2014),621-623)讨论了转化甲烷成液态燃料的可能选项并且在这种情况下提到，甲烷营养菌可以通过直接利用甲醛的核酮糖单磷酸(RuMP)循环或从充分氧化的甲醛通过Calvin-Benson-Bassham-(CBB)CO2-固定循环，将甲醛转化成丙酮酸。但是，据称这类方法的效率低并且据称这些方法涉及高的代谢能量损耗。考虑到对利用可再生资源生产所有种类化合物的方法的需求日益增加，需要提供允许高效生产中心代谢物如乙酰-CoA或其前体的手段和方法，因而建立开发其他方法将这些代谢物转化成有用化合物的平台。因此，需要提供这样的方法，所述方法包括通过最佳容忍酶反应的氧化还原约束条件和能量学约束条件而将原料最大限度转化成产物的中心碳途径和产物特异性途径，因而允许能量学高效地产生乙酰-CoA前体，所述乙酰-CoA是许多生物的、尤其可以用于从可再生资源产生多种工业重要化合物的的微生物的分解代谢的大部分中心代谢物之一。申请人已经通过提供如权利要求书中定义的实施方案满足这种需求。需要提供这样的方法，所述方法因而允许能量学高效地产生乙酰-CoA前体，所述乙酰-CoA是许多生物的、尤其可以用于从可再生资源产生多种工业重要化合物的的微生物的分解代谢的大部分中心代谢物之一。本专利技术通过提供如权利要求书中定义的实施方案解决这种需求。因此，本专利技术涉及通过利用磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶从甲醛产生乙酰磷酸的方法。专利技术人令人惊讶地发现，划归为磷酸转酮酶的酶能够根据以下反应方案从甲醛和磷酸催化形成乙酰磷酸：2CH2O+磷酸→乙酰磷酸+H2O。这种反应强烈地放能，在生理条件下比ATP水解发散更多能量。不同类型的磷酸转酮酶是已知的并且它们均可以用于本专利技术的方法中。通常，就其天然催化的反应而言基于底物偏好性，磷酸转酮酶划分成两个类型：木酮糖-5-磷酸(X5P)磷酸转酮酶，其归属于EC 4.1.2.9并且天然利用X5P和果糖-6-磷酸(F6P)作为底物，但偏好X5P，以及X5P/果糖-6-磷酸(F6P)磷酸转酮酶，其归属于EC 4.1.2.22并且可以可比较的活性同时利用X5P和F6P作为底物(Suzuki等人,J.Biol.Chem.44(2010),34279-34287)。在下文，术语“磷酸转酮酶”总是指这两个类型。因此，X5P磷酸转酮酶是归属于EC 4.1.2.9并且能够催化以下反应的酶：D-木酮糖-5-磷酸+磷酸→D-甘油醛-3-磷酸+乙酰磷酸+H2O另一归属于EC 4.1.2.22类型的磷酸转酮酶一般称作果糖-6-磷酸磷酸转酮酶并且天然地能够催化以下反应：D-果糖6-磷酸+磷酸→乙酰磷酸+D-赤藓糖4-磷酸+H2O还存在其中磷酸转酮酶划归至两个类型的磷酸转酮酶的情况，例如，在磷酸转酮酶来自Nitrolancetus hollandicus Lb的情况下，或其中鉴定的磷酸转酮酶尚未划归至两个类型的任一类型，而通常单纯地划归为磷酸转酮酶。在本文中使用时，术语“磷酸转酮酶”还指全部这些磷酸转酮酶。因此，在本专利技术方法的一个实施方案中，通过利用划归为EC 4.1.2.9的磷酸转酮酶的磷酸转酮酶，实现甲醛和磷酸根据上文所示反应方案经酶促转化成乙酰磷酸。已经在多种生物、尤其微生物如细菌和真菌中鉴定了这种酶本文档来自技高网...

【技术保护点】
从甲醛和磷酸经酶促产生乙酰磷酸的方法，其中通过使用磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶(EC 2.3.3.15)根据以下反应方案实现从甲醛和磷酸转化成乙酰磷酸：2CH2O+磷酸→乙酰磷酸+H2O。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 EP 14161723.3;2014.07.14 EP 14176885.31.从甲醛和磷酸经酶促产生乙酰磷酸的方法，其中通过使用磷酸转酮酶或磺基乙醛乙酰转移酶(EC 2.3.3.15)根据以下反应方案实现从甲醛和磷酸转化成乙酰磷酸：2CH2O+磷酸→乙酰磷酸+H2O。2.根据权利要求1所述的方法，其中磷酸转酮酶是(a)磷酸转酮酶(EC 4.1.2.9)，或(b)果糖-6-磷酸磷酸转酮酶(EC 4.1.2.22)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括步骤：将产生的乙酰磷酸转化成乙酸。4.根据权利要求3所述的方法，其中通过利用乙酸激酶(EC 2.7.2.1)或丁酸激酶(EC 2.7.2.7)或(二磷酸)乙酸激酶(EC 2.7.2.12)或丙酸激酶(EC 2.7.2.15)或酰基磷酸酶(EC...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·马利埃，
申请(专利权)人：财富科学家股份有限公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU