用于4-羟甲基糠醛及其衍生物的体内合成的方法技术

本公开提供了用于从碳源产生4

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于4
‑
羟甲基糠醛及其衍生物的体内合成的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年3月1日提交的标题为“用于4
‑
羟甲基糠醛及其衍生物的体内合成的方法(METHOD FOR THE IN VIVO SYNTHESIS OF 4
‑
HYDROXYMETHYLFURFURAL AND DERIVATIVES THEREOF)”的美国临时申请号62/812,904的优先权，该临时申请的公开内容通过引用并入本文。


[0003]本申请涉及用于4
‑
HMF、2,4
‑
呋喃二甲醇、呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛、4
‑
(羟甲基)糠酸、2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯和2,4
‑
FDCA中的一种或多种的生物合成的重组微生物以及产生所述重组微生物的方法。本申请还涉及在不存在微生物或基本上不含微生物的情况下，用酶促催化剂产生2,4
‑
呋喃二甲醇、呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛、4
‑
(羟甲基)糠酸、2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯和2,4
‑
FDCA中的一种或多种的方法。本申请进一步涉及从2,4
‑
呋喃二甲醇、呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛、4
‑
(羟甲基)糠酸、2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯和2,4
‑
FDCA中的一种或多种产生聚合物和增塑剂的方法。本申请进一步涉及包含这些化合物中的一种或多种和/或所述重组微生物的组合物。
[0004]关于序列表的声明
[0005]与本申请相关的序列表以文本形式提供，代替纸质副本，并且特此通过引用并入说明书中。含序列表的文本文件名称为BRSK
‑
019_01WO_ST25.txt。文本文件为约240KB，创建于2020年2月27日，并且经由EFS
‑
Web以电子形式提交。

技术介绍

[0006]2,5
‑
呋喃二羧酸(2,5
‑
FDCA)因其在聚酯(特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))的合成中取代对苯二甲酸的潜力而备受关注(Sousa,Andreia F.等人，"Biobased polyesters and other polymers from 2,5
‑
furandicarboxylic acid:a tribute to furan excellency."Polymer chemistry 6.33(2015):5961
‑
5983)。在PET中将对苯二甲酸取代为呋喃类似物2,5
‑
FDCA可以产生2,5
‑
呋喃二羧酸酯(2,5
‑
PEF)并且这种聚合物与PET相比具有若干优点。一方面，与对应物相比，2,5
‑
PEF具有更好的热学性能、阻隔性能和机械性能(PEP报告294)。此外，众所周知乙二醇可以从可再生资源产生，那么与半可再生PET不同，2,5
‑
PEF可以是100％可再生的。
[0007]尽管与对苯二甲酸相比，2,5
‑
FDCA具有所有前述优点，但2,5
‑
FDCA生产成本仍然是目前扩大单体使用的限制。与对苯二甲酸相比，现有技术不具有成本竞争力。为此可能原因之一与所需的几个连续工业步骤有关。可以帮助降低2,5
‑
FDCA生产成本的一个问题是找到从糖到所需分子的直接发酵途径，但从未报道过此类途径。
[0008]本公开是2,4
‑
FDCA，即2,5
‑
FDCA的异构体的直接发酵途径。据我们所知，除了本公开以外，还没有描述任何FDCA异构体的直接发酵途径。
[0009]重要的是，与充分研究的2,5
‑
FDCA相比，所公开的2,4
‑
FDCA分子具有独特性能。使
Reaction.Scientific Reports,3:1244)中4
‑
HMF作为生物燃料前体的示例性应用。参见Zeng等人(2013.Bio
‑
based Furan Polymers with Self
‑
Healing Ability.Macromolecules,46.5:1794
‑
1802)中2,4
‑
呋喃二甲醇在具有高级性能的聚合物中的示例性应用。

技术实现思路

[0013]在某些情况下，已经报道2,4
‑
FDCA聚合物具有优于2,5
‑
FDCA聚合物所具有的那些性能。Cui和合作者(2016)报道称，与中心环连接的双羧基基团之间的键角是影响向列液晶分子(诸如LCD TV、笔记本电脑和其他显示元件中所用的那些)的稳定性的关键因素(Cui,Min
‑
Shu等人"Production of 4
‑
hydroxymethylfurfural from derivatives of biomass
‑
derived glycerol for chemicals and polymers."ACS Sustainable Chemistry&Engineering 4.3(2016):1707
‑
1714)。首次发现的液晶即对苯二甲酸二酯分子在两个羧基基团之间的键角为180
°
。相比之下，2,5
‑
呋喃二羧酸在两个羧基基团之间的键角为137
°
。重要的是，2,4
‑
呋喃二羧酸在两个羧基基团之间的键角为160
°
，使其更适于合成向列液晶分子。
[0014]本公开提供了一种通过将甘油醛3
‑
磷酸(G3P)酶促转化为2,4
‑
呋喃二羧酸(2,4
‑
FDCA)来产生2,4
‑
呋喃二羧酸(2,4
‑
FDCA)的方法，所述方法包括：(a)在磷酸甲酯合酶的存在下提供G3P，所述磷酸甲酯合酶催化G3P转化为(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯；(b)向来自(a)的所述(5
‑
甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过将甘油醛3
‑
磷酸(G3P)酶促转化为2,4
‑
呋喃二羧酸(2,4
‑
FDCA)以产生2,4
‑
呋喃二羧酸(2,4
‑
FDCA)的方法，所述方法包括：(a)在磷酸甲酯合酶的存在下提供G3P，所述磷酸甲酯合酶催化G3P转化为(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯；(b)向来自(a)的所述(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯提供催化所述(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯转化为4
‑
羟甲基糠醛(4
‑
HMF)的磷酸酶；(c)将来自(b)的所述4
‑
HMF提供给脱氢酶和/或氧化酶，所述脱氢酶和/或氧化酶独立地或协同地催化来自(b)的4
‑
HMF直接地或通过产生中间产物呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛、4
‑
(羟甲基)糠酸、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯、2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯而氧化为2,4FDCA。2.如权利要求1所述的方法，其中所述2,4
‑
FDCA由呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛和/或
‑
(羟甲基)糠酸中间产物产生，其中：(a)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化所述4
‑
HMF转化为呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛和/或4
‑
(羟甲基)糠酸；和/或(b)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(a)的所述呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛转化为4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯；和/或(c)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(a)的所述4
‑
(羟甲基)糠酸转化为4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯；和/或(d)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(a)的所述呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛转化为2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯；和或(e)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(b)和/或(c)的所述4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯或来自(d)的所述2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯转化为2,4
‑
FDCA。3.如权利要求1所述的方法，其中来自(a)的所述磷酸甲酯合酶被分类为EC编号4.2.3.153。4.如权利要求3所述的方法，其中所述磷酸甲酯合酶是(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯合酶。5.如权利要求4所述的方法，其中所述(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯合酶选自MfnB1、MfnB7和MfnB14。6.如权利要求5所述的方法，其中所述(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯合酶包含含有SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:7或SEQ ID NO:14的氨基酸序列。7.如权利要求1所述的方法，其中来自(b)的所述磷酸酶被分类为EC编号3.1.3。8.如权利要求5所述的方法，其中所述磷酸酶被分类为卤代酸脱卤酶。9.如权利要求1所述的方法，其中所述磷酸酶是宿主内源性的。10.如权利要求11所述的方法，其中所述宿主内源性的磷酸酶被过表达。11.如权利要求5
‑
8中任一项所述的方法，其中所述磷酸酶是4
‑
HMF磷酸酶。12.如权利要求11所述的方法，其中所述4
‑
HMF磷酸酶源自天蓝色链霉菌、酿酒酵母或大肠杆菌。13.如权利要求11或12所述的方法，其中所述4
‑
HMF磷酸酶由包含SEQ ID NO:28、SEQ ID NO:40
‑
52中的任一者或SEQ ID NO:53
‑
68中的任一者的氨基酸序列编码。
14.如权利要求1所述的方法，其中来自(c)的所述脱氢酶被分类为EC编号1.1.1.或EC编号1.2.1。15.如权利要求14所述的方法，其中所述脱氢酶是醇脱氢酶或醛脱氢酶。16.如权利要求1所述的方法，其中来自(c)的所述氧化酶被分类为EC编号1.1.3。17.如权利要求16所述的方法，其中所述氧化酶是5
‑
羟甲基糠醛氧化酶。18.如权利要求2所述的方法，其中所述脱氢酶被分类为EC编号1.2.1.或EC编号1.1.1。19.如权利要求18所述的方法，其中所述脱氢酶是醛脱氢酶或和醇脱氢酶。20.如权利要求2所述的方法，其中所述氧化酶被分类为EC编号1.1.3。21.如权利要求20所述的方法，其中所述氧化酶是5
‑
羟甲基糠醛氧化酶。22.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化酶是4
‑
HMF氧化酶。23.如权利要求22所述的方法，其中所述4
‑
HMF氧化酶选自HmfH6和HmfH7。24.如权利要求23所述的方法，其中所述4
‑
HMF氧化酶包含含有SEQ ID NO:85或SEQ ID NO:86的氨基酸序列。25.如权利要求2所述的方法，其中所述脱氢酶被分类为EC编号1.2.1。26.如权利要求25所述的方法，其中所述脱氢酶是醛脱氢酶。27.一种能够从包含碳源的原料产生2,4
‑
呋喃二羧酸(2,4
‑
FDCA)的重组微生物，其中所述重组微生物表达：(a)能够将碳源转化为甘油醛3
‑
磷酸(G3P)的内源和/或外源核酸分子；(b)编码催化来自(a)的G3P转化为(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯的(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯合酶的至少一种内源或外源核酸分子；(c)编码催化来自(b)的(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯转化为4
‑
羟甲基糠醛(4
‑
HMF)的磷酸酶的至少一种内源或外源核酸分子；(d)编码过加氧酶、脱氢酶或氧化酶的至少一种内源或外源核酸分子，所述过加氧酶、脱氢酶或氧化酶独立地或协同地催化来自(c)的4
‑
HMF直接地或通过产生中间产物呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛、4
‑
(羟甲基)糠酸、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯、4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯、2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯而氧化为2,4FDCA。28.如权利要求27所述的重组微生物，其中所述碳源包含己糖、戊糖、甘油、CO2、蔗糖和/或其组合。29.如权利要求27所述的重组微生物，其中来自(a)的所述磷酸甲酯合酶被分类为EC编号4.2.3.153。30.如权利要求29所述的重组微生物，其中所述合酶是(5
‑
甲酰基呋喃
‑3‑
基)磷酸甲酯合酶。31.如权利要求27所述的重组微生物，其中来自(c)的所述磷酸酶被分类为EC编号3.1.3。32.如权利要求31所述的重组微生物，其中所述磷酸酶被分类为卤代酸脱卤酶。33.如权利要求31所述的重组微生物，其中所述磷酸酶是宿主内源性的。34.如权利要求33所述的重组微生物，其中所述宿主内源性的磷酸酶被过表达。35.如权利要求27所述的重组微生物，其中来自(d)的所述氧化酶被分类为EC编号1.1.3。
36.如权利要求35所述的重组微生物，其中来自(d)的所述氧化酶是5
‑
羟甲基糠醛氧化酶。37.如权利要求36所述的重组微生物，其中来自(d)的所述脱氢酶被分类为EC编号1.1.1.或EC编号1.2.1。38.如权利要求37所述的重组微生物，其中所述脱氢酶是醇脱氢酶或醛脱氢酶。39.如权利要求27所述的重组微生物，其中所述2,4
‑
FDCA由呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛和/或
‑
(羟甲基)糠酸中间产物产生，其中：(a)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(c)的所述4
‑
HMF转化为呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛和/或4
‑
(羟甲基)糠酸；和/或(b)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(a)的所述呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛转化为4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯；和/或(c)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(b)的所述4
‑
(羟甲基)糠酸转化为4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯；和/或(d)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(c)的所述呋喃
‑
2,4
‑
二甲醛转化为2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯；和或(e)脱氢酶、氧化酶或过加氧酶催化来自(b)和/或(c)的所述4
‑
甲酰基呋喃
‑2‑
羧酸酯或来自(d)的所述2
‑
甲酰基呋喃
‑4‑
羧酸酯转化为2,4
‑
FDCA。40.如权利要求39所述的重组微生物，其中来自(a)、(b)、(c)、(d)和/或(e)的所述脱氢酶被分类为EC编号1.2.1.或EC编号1.1.1。41.如权利要求40所述的重组微生物，其中所述脱氢酶是醛脱氢酶或醇脱氢酶。42.如权利要求39所述的重组微生物，其中来自(a)、(b)、(c)、(d)和/或(e)的所述氧化酶被分类为EC编号1.1.3。43.如权利要求42所述的重组微生物，其中所述氧化酶是5
‑
(羟甲基)糠醛氧化酶。44.如权利要求27所述的重组微生物，其中所述一种或多种重组微生物源自选自由以下组成的组的亲本微生物：梭菌属(Clostridium sp.)、永达尔梭菌(Clostridium ljungdahlii)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)、拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、嗜甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、热醋穆尔氏菌(Moorella thermoacetica)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)、巴...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：布拉斯科公司，
类型：发明
国别省市：