[發明專利]木糖異構酶基因及其在戊糖發酵中的用途

有效

• 申請號: 200980152674.0
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN102307987B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: A·W·R·H·特尼桑;J·A·M·德邦塔
• 申請（專利權）人: 帝斯曼知識產權資產管理有限公司
• 主分類號: C12N1/14
• 分類號: C12N1/14
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 肖善強

發明領域

本發明涉及編碼木糖異構酶的核酸序列在轉化真核微生物宿主細胞用以賦予該宿主細胞將木糖異構化為木酮糖的能力中的用途。經轉化的宿主細胞被用于通過含戊糖培養基的發酵來產生乙醇及其它發酵產物的方法。?

發明背景

經濟上可行地從植物生物質的半纖維素部分中生產乙醇需要以相對等的速率并且以高產量同時轉化戊糖和己糖。酵母，特別是糖酵母(Saccharomyces?spp.)，對于這種方法是最合適的候選，因為其可以在己糖上在需氧和厭氧條件下均快速生長。此外，其對于木質纖維素水解產物的毒性環境比(遺傳修飾的)細菌更具抗性。?

盡管野生型啤酒糖酵母(S.cerevisiae)菌株可緩慢地代謝戊糖木酮糖，但是其不能代謝木糖。在二十世紀八十年代，已有建議用于木糖利用的酵母代謝工程應當基于木糖異構酶(XI，EC?5.3.1.5)的引入，而不是表達異源木糖還原酶和木糖醇脫氫酶以將木糖轉化為木酮糖。遺憾地是，在啤酒糖酵母中引入細菌木糖異構酶的所有嘗試除了值得注意的嗜熱棲熱菌(T.thermophilus)異構酶之外均未能產生功能性表達的木糖異構酶。這種酶在啤酒糖酵母中功能性表達，但是在生長許可溫度僅觀測到非常低的活性。當厭氧真菌Piromyces?Sp.E2中新發現的木糖異構酶被引入啤酒糖酵母中時，這種情況發生了徹底的改變，并且觀測到高水平的酶活性使得這個菌株能夠厭氧生長并從木糖產生乙醇(WO?03/062340和WO?06/009434)。此種酵母株首次提供了能與商業規模的乙醇生產相容的木糖消耗和乙醇形成的比速率。?

自從發現了Piromyces木糖異構酶在酵母中的功能性表達，出現了其它木糖異構酶在酵母中功能性表達的若干報道，所有這些均與Piromyces酶具有70％以上的氨基酸序列相同性，例如來自擬桿菌(Bacteroides)(WO?04/099381，WO?06/009434，WO?09/109633)的細菌木糖異構酶，以及來自?Cyllamyces(WO?04/099381)和Orpinomyces(Madhavan?et?al.，2008，DOI?10.1007/s00253-008-1794-6)的真菌木糖異構酶。?

然而，在2008年12月24日之前，對于與Piromyces酶具有低于70％氨基酸序列相同性的木糖異構酶在酵母中功能性表達沒有報道。最近，在2009年2月，Brat等(2009，Appl.Environ.Microbiol.75：2304-2311)公開了來自厭氧菌Clostridium?phytofermentans的木糖異構酶在酵母啤酒糖酵母中的功能性表達，其與Piromyces酶的氨基酸序列僅具有52％的相同性。?

迄今為止，450余種木糖異構酶序列可公開得自Genbank及其它序列數據庫，包括Piromyces、Cyllamyces?aberensis、小立碗蘚(Physcomitrella?patens)、擬南芥(Arabidopsis?thaliana)、睡眠嗜血菌(Haemophilus?somnus)、玻璃海鞘(Ciona?intestinalis)、難辨梭菌(Clostridium?difficile)、海棲熱袍菌(Thermatoga?maritime)、脆弱擬桿菌(Bacteroides?fragilis)、Burkholderia?phytofirmans、金黃節桿菌(Arthrobacter?aurescens)及死亡梭桿菌(Fusobacterium_mortiferum)的木糖異構酶序列。?

然而，本領域仍需要編碼其它木糖異構酶的核苷酸序列，其可被用于轉化宿主細胞如啤酒糖酵母以賦予它們將木糖異構化為木酮糖的能力，從而使得如此轉化的宿主細胞能被用于通過含戊糖原料的發酵而生產乙醇或者其它發酵產物的方法。?

發明描述

定義