DE102007027006A1 - Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde - Google Patents
Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007027006A1 DE102007027006A1 DE102007027006A DE102007027006A DE102007027006A1 DE 102007027006 A1 DE102007027006 A1 DE 102007027006A1 DE 102007027006 A DE102007027006 A DE 102007027006A DE 102007027006 A DE102007027006 A DE 102007027006A DE 102007027006 A1 DE102007027006 A1 DE 102007027006A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glycerol
- enzyme
- hydroxypropionaldehyde
- cell
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/24—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/88—Lyases (4.)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/18—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y402/00—Carbon-oxygen lyases (4.2)
- C12Y402/01—Hydro-lyases (4.2.1)
- C12Y402/0103—Glycerol dehydratase (4.2.1.30)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle, die in der Lage ist, Corrinoide zu bilden und die gegenüber ihrem Wildtyp derart gentechnisch verändert wurde, dass sie im Vergleich zu ihrem Wildtyp mehr Aldehyde aus Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise mehr 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin, zu bilden vermag. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, die durch diese Verfahren erhältliche gentechnisch veränderte Zelle, Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, vorzugsweise von 3-Hydroxypropionaldehyd, sowie ein Verfahren zur Herstellung von C<SUB>3</SUB>-Verbindungen aus 3-Hydroxypropionaldehyd.The present invention relates to a cell which is capable of forming corrinoids and which has been genetically engineered with respect to its wild type in such a way that it contains more aldehydes of diols, triols or polyols, preferably more glycerol 3-hydroxypropionaldehyde, compared to its wild type. to be able to form. The invention also relates to a process for the production of a genetically modified cell, the genetically modified cell obtainable by these processes, processes for the preparation of aldehydes, preferably of 3-hydroxypropionaldehyde, and a process for the preparation of C <SUB> 3 </ SUB> - Compounds of 3-hydroxypropionaldehyde.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gentechnisch veränderte Zelle, ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, die durch diese Verfahren erhältliche, gentechnisch veränderte Zelle, Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, insbesondere von 3-Hydroxypropionaldehyd, sowie ein Verfahren zur Herstellung von C3-Verbindungen aus 3-Hydroxypropionaldehyd.The present invention relates to a genetically modified cell, a method for producing a genetically modified cell, the genetically modified cell obtainable by these methods, methods for producing aldehydes, in particular 3-hydroxypropionaldehyde, and a method for producing C 3 compounds from 3-hydroxypropionaldehyde.
3-Hydroxypropionaldehyd ist eine C3-Verbindung, die durch weitere Oxidation, Reduktion oder Dehydratisierung, sei es biokatalytisch oder chemisch-katalytisch, zu den für die chemische Industrie wichtigen „building blocks" 3-Hydroxypropionsäure, 1,3-Propandiol und Acrolein umgesetzt werden kann. Acrolein ist zum Beispiel ein wichtiges Intermediat für die Herstellung von Methionin (zur Verwendung als Pharma-Aminosäure oder Futtermittel-Additiv), Acrylsäure (Monomer der als Superabsorber verwendeten Polyacrylsäure) oder Acrylsäuremethylestern (Monomere für Hochleistungspolymere).3-hydroxypropionaldehyde is a C 3 compound which, by further oxidation, reduction or dehydration, be it biocatalytically or chemically-catalytically, is converted into the building blocks of 3-hydroxypropionic acid, 1,3-propanediol and acrolein, which are important for the chemical industry For example, acrolein is an important intermediate for the production of methionine (for use as a pharmaceutical amino acid or feed additive), acrylic acid (monomer of the superabsorbent polyacrylic acid) or methyl acrylates (monomers for high performance polymers).
Aus
dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass 3-Hydroxypropionaldehyd
effizient durch Biotransformation aus Glycerin hergestellt werden
kann. Das verantwortliche Enzym ist die Coenzym B12-abhängige
Glycerin-Dehydratase, die in einer Reihe von Gram-positiven und
Gram-negativen Bakterien nachgewiesen werden konnte. 3-Hydroxypropionaldehyd
kann unter anderem durch Biotransformation von Glycerin mit Lactobacillus
reuteri-Zellen hergestellt werden (siehe zum Beispiel
Die
Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd mit Lactobacillus reuteri
weist mindestens zwei gravierende Nachteile auf. Zum einen vermag
Lactobacillus reuteri das gebildete 3-Hydroxypropionaldehyd teilweise zu
1,3-Propandiol (mit Hilfe des Enzyms 1,3-Propandiol-Oxidoreduktase
bzw. 1,3-Propandiol-Dehydrogenase) (
Neben
Lactobacillus reuteri wurden auch andere Wirtszellen, wie beispielsweise
Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii oder Enterobacter agglomerans,
zur fermentativen Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd eingesetzt
(
Schließlich
wurden auch bereits rekombinante Zellen beschrieben, die in der
Lage sind, 3-Hydroxypropionaldehyd zu bilden (siehe zum Beispiel
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu überwinden.Of the Present invention was based on the object resulting from the Overcome prior art disadvantages.
Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Zellen bereitzustellen, welche noch effizienter als die aus dem Stand der Technik bekannten Zellen in der Lage sind, Aldehyde aus geeigneten Kohlenstoffverbindungen, insbesondere jedoch 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin herzustellen. Dabei sollten aus dem Glycerin in möglichst geringem Umfang von 3-Hydroxypropionaldehyd verschiedene C3-Verbindungen, so genannte Nebenprodukte, hergestellt werden. Die dafür verwendeten Zellen sollen in der Lage sein, selbsttätig das vom Enzym Glycerin-Dehydratase benötigte Coenzym B12 herzustellen.In particular, the present invention has the object to provide cells which are even more efficient than the cells known from the prior art capable of producing aldehydes from suitable carbon compounds, but in particular 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol. In this case, various C 3 compounds, so-called by-products, should be produced from the glycerol to the smallest possible extent of 3-hydroxypropionaldehyde. The cells used for this purpose should be able to automatically produce the coenzyme B 12 required by the enzyme glycerol dehydratase.
Weiterhin lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, insbesondere von 3-Hydroxypropionaldehyd, anzugeben, mittels dessen diese Aldehyde unmittelbar und insbesondere ohne vorherige Umsetzung mit reaktiven Verbindungen, wie etwa Semicarbazid, hergestellt werden können.Farther the present invention was based on the object, a method for the preparation of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde, to specify by means of which these aldehydes directly and in particular without prior reaction with reactive compounds, such as semicarbazide, can be produced.
Einen Beitrag zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben leistet eine Zelle, die in der Lage ist, Corrinoide zu bilden und die gegenüber ihrem Wildtyp derart gentechnisch verändert wurde, dass sie im Vergleich zu ihrem Wildtyp mehr Aldehyde aus Diolen, beispielsweise aus 1,2-Propandiol, aus Triolen oder aus Polyolen, beispielsweise aus D-Galactonat oder D-Mannonat, vorzugsweise jedoch mehr 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin, zu bilden vermag. Durch die Fähigkeit der Zelle, selbst Corrionoide zu bilden, ist diese in der Lage, die Aldehyde, vorzugweise 3-Hydroxypropionaldehyd, auch in einem Kulturmedium zu bilden, welches keine Corrionide enthälta Contribute to the solution of the above mentioned tasks a cell capable of forming corrinoids and those opposite their wild type has been genetically engineered such that they compared to their wild type more aldehydes from diols, for example from 1,2-propanediol, triols or polyols, for example D-galactonate or D-mannonate, but preferably more 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol, is able to form. By the ability of Cell to form coral itself, this is capable of Aldehydes, preferably 3-hydroxypropionaldehyde, also in a culture medium to form, which contains no Corrionide
Völlig überraschend,
dafür aber nicht minder vorteilhaft, wurde festgestellt,
dass sich gentechnisch veränderte Zellen, die in der Lage
sind Coenzym B12 herzustellen, eignen, um
effizient beispielsweise 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin herzustellen.
Dieses war für den Fachmann keinesfalls vorherzusehen,
da aus dem Stand der Technik bekannt war, dass 3-Hydroxypropionaldehyd
auf zahlreiche Mikroorganismen, deren Wildtyp auf natürliche
Weise kein 3-Hydroxypropionaldehyd bildet und die daher im Gegensatz
zu Lactobacillus reuteri nicht an die Bildung dieser Verbindung
adaptiert sind, bakteriostatisch oder bakteriozid wirkt (
Unter einem „Corrionoid" wird ein heteroyclisches Ringsystem verstanden, welches mit dem Porphyrin-Ring im Hämoglobin verwand ist. Das Ringsystem des Corrinoids besteht aus vier reduzierten Pyrrol-Untereinheiten (Tetrapyrrol), die auf zwei gegenüberliegenden Seiten über je eine -C(CH3)= Methin-Brücke, auf einer Seite über eine -CH= Methin-Brücke und auf der letzten Seite direkt verbunden sind. Erfindungsgemäß bevorzugte Corrionoide sind insbesondere Vitamin B12, Coenzym B12 und Cobalamin.A "corrionoid" is understood to mean a heterocyclic ring system which is related to the porphyrin ring in hemoglobin The ring system of the corrinoid consists of four reduced pyrrole subunits (tetrapyrrole), which on two opposite sides each have a -C (CH 3 ) = Methine bridge, directly connected on one side via a -CH = methine bridge and on the last side Corrionoids which are preferred according to the invention are in particular vitamin B 12 , coenzyme B 12 and cobalamin.
Unter „ruhenden Zellen" im Sinne der Erfindung werden Zellen verstanden, welche sich in einem Zustand befinden, in dem die Teilungsfähigkeit der Zellen infolge eines Mangels an für eine Teilung erforderlichen Stoffwechselprodukten eingeschränkt, vorzugsweise überhaupt nicht gegeben ist.Under "dormant Cells "within the meaning of the invention are understood to be cells which to be in a state in which the ability to divide cells due to a lack of metabolites required for division restricted, preferably not given at all is.
Unter einem „Wildtyp" einer Zelle wird vorzugsweise diejenige Zelle bezeichnet, deren Genom in einem Zustand vorliegt, wie er natürlicherweise durch die Evolution entstanden ist. Der Begriff wird sowohl für die gesamte Zelle als auch für einzelne Gene verwendet. Unter den Begriff "Wildtyp" fallen daher insbesondere nicht solche Zellen bzw. solche Gene, deren Gensequenzen zumindest teilweise durch den Menschen mittels rekombinanter Verfahren verändert worden sind.Under a "wild type" of a cell is preferably the one Cell whose genome is in a state like that naturally originated by evolution. Of the Term is used both for the entire cell and for single genes used. The term "wild-type" therefore falls in particular not such cells or genes whose gene sequences at least in part by humans using recombinant techniques have been changed.
Der Begriff „3-Hydroxypropionaldehyd", wie er hierin verwendet wird, beschreibt die entsprechende Verbindung in derjenigen Form, in der sie nach der Herstellung durch die Zellen im Nährmedium vorliegt. Der Begriff "3-Hydroxypropionaldehyd" umfasst daher insbesondere das freie Monomer des 3-Hydroxypropionaldehyds (C3O2H6), das Hydrat des 3-Hydroxypropionaldehyds (C3O3H8), das zyklisierte Dimer des 3-Hydroxypropionaldehyds (C6O4H12), Oligomere des 3- Hydroxypropionaldehyds sowie die als „Reuterin" bekannte Mischung aus dem Monomer, dem Hydrat des 3-Hydroxypropionaldehyd und dem zyklisierten Dimer des 3-Hydroxypropionaldehyds.As used herein, the term "3-hydroxypropionaldehyde" describes the corresponding compound in the form in which it is present in the nutrient medium after production by the cells The term "3-hydroxypropionaldehyde" therefore particularly includes the free monomer of FIG Hydroxypropionaldehydes (C 3 O 2 H 6 ), the hydrate of 3-hydroxypropionaldehyde (C 3 O 3 H 8 ), the cyclized dimer of 3-hydroxypropionaldehyde (C 6 O 4 H 12 ), oligomers of 3-hydroxypropionaldehyde, as well as the "Reuterin" known mixture of the monomer, the hydrate of 3-hydroxypropionaldehyde and the cyclized dimer of 3-hydroxypropionaldehyde.
Die Formulierung „dass sie im Vergleich zu ihrem Wildtyp mehr Aldehyde aus Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise mehr 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin, zu bilden vermag" betrifft auch den Fall, dass der Wildtyp der gentechnisch veränderten Zelle überhaupt keine Aldehyde bzw. überhaupt kein 3-Hydroxypropionaldehyd, zumindest aber keine nachweisbaren Mengen dieser Verbindungen zu bilden vermag und erst nach der gentechnischen Veränderung nachweisbare Mengen dieser Verbindung gebildet werden können.The formulation "that it is able to form more aldehydes from diols, triols or polyols, preferably more glycerol 3-hydroxypropionaldehyde compared to its wild type" also applies to the case that the wild-type of the genetically modified cell has no aldehydes or no 3-hydroxypropionaldehyde, but at least no detectable amounts of these compounds can form and detectable amounts of this compound can be formed only after the genetic modification.
Weiterhin soll die Formulierung „mehr Aldehyde aus Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise mehr 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin" verdeutlichen, dass die Zellen die Aldehyde bzw. 3-Hyroxypropionaldehyd direkt aus den über das Nährmedium angebotenen Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise aus Glycerin, herstellen können, oder aber, dass die Zellen andere Kohlenstoffverbindungen, wie etwa Glucose, Saccharose oder andere Mono- und Polysaccharide, zunächst zu Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise zu Glycerin, umsetzen können und dann diese Diole, Triole oder Polyole, vorzugsweise das Glycerin, anschließend zu den entsprechenden Aldehyden, vorzugsweise zum 3-Hydroxypropionaldehyd, umsetzen können.Farther the phrase "more aldehydes from diols, triols or polyols, preferably more 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol " clarify that the cells are the aldehydes or 3-hydroxypropionaldehyde directly from those offered via the nutrient medium Diols, triols or polyols, preferably from glycerol produce can, or that the cells have other carbon compounds, such as glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides, first to diols, triols or polyols, preferably to Glycerol, and then these diols, triols or polyols, preferably the glycerol, then added the corresponding aldehydes, preferably to 3-hydroxypropionaldehyde, can implement.
In
diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass die gentechnisch
veränderte Zelle derart gentechnisch verändert
ist, dass sie in einem definierten Zeitintervall, vorzugsweise innerhalb
von 2 Stunden, noch mehr bevorzugt innerhalb von 8 Stunden und am
meisten bevorzugt innerhalb von 24 Stunden, mindestens 2 mal, besonders
bevorzugt mindestens 10 mal, darüber hinaus bevorzugt mindestens
100 mal, darüber hinaus noch mehr bevorzugt mindestens
1.000 mal und am meisten bevorzugt mindestens 10.000 mal mehr Aldehyde,
vorzugsweise mehr 3-Hydroxypropionaldehyd bildet als der Wildtyp
der Zelle. Die Zunahme der Produktbildung kann dabei beispielsweise
dadurch bestimmt werden, dass die erfindungsgemäße
Zelle und die Wildtyp-Zelle jeweils getrennt unter gleichen Bedingungen
(gleiche Zelldichte, gleiches Nährmedium, gleiche Kulturbedingungen)
für ein bestimmtes Zeitintervall in einem geeigneten Nährmedium
kultiviert werden und anschließend die Menge an Zielprodukt
(Aldehyd, vorzugsweise Monomer des 3-Hydroxypropionaldehyds, Hydrat
des 3-Hydroxypropionaldehyds, zyklisiertes Dimer des 3-Hydroxypropionaldehyds,
Oligomer des 3-Hydroxypropionaldehyds oder Reuterin) im Nährmedium
bestimmt wird. Verfahren zur Bestimmung der Menge dieser Verbindungen
in einem Nährmedium mittels GC-MS sind beispielsweise durch
Die erfindungsgemäßen Zellen können sich grundsätzlich von allen Zellen ableiten, deren Wildtyp bereits in der Lage ist, Corrinoide, vorzugsweise Vitamin B12, Coenzym B12 und Cobalamin zu bilden. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz von Zellen, deren Wildtyp nicht oder nicht ausreichend in der Lage ist, Corrinoide zu bilden, die jedoch durch rekombinante Techniken derart verändert wurden, dass sie ausreichende Mengen an Corrinoiden bilden können.The cells according to the invention can in principle be derived from all cells whose wild-type is already able to form corrinoids, preferably vitamin B 12 , coenzyme B 12 and cobalamin. However, it is also conceivable to use cells whose wild-type is not or is insufficiently capable of producing corrinoids, but which have been modified by recombinant techniques in such a way that they can form sufficient amounts of corrinoids.
Gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zellen handelt es sich bei den Zellen um rekombinante Zellen der Gattung Bacillus, insbesondere um solche der Spezies Bacillus megaterium. Bacillus megaterium ist ein Gram-positives, unbewegliches, stäbchenförmiges Bakterium, welches eine Größe von etwa 2 × 5 μm aufweist. Das Bakterium wächst unter aeroben Bedingungen, ist oxidase-negativ und Katalase-positiv. Wie alle Bakterien aus der Gattung Bacillus ist Bacillus megaterium endosporenbildend. Zellen der Spezies Bacillus megaterium sind beispielsweise unter den Hinterlegungsnummern DSM 32T, DSM 90, DSM 319, DSM 321, DSM 322, DSM 333, DSM 337, DSM 339, DSM 344, DSM 509, DSM 510, DSM 786, DSM 1517, DSM 1668, DSM 1669, DSM 1670, DSM 1671, DSM 1804, DSM 2894, DSM 3228 und DSM 3641 bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH hinterlegt.According to a first particular embodiment of the cells according to the invention, the cells are recombinant cells of the genus Bacillus, in particular those of the species Bacillus megaterium. Bacillus megaterium is a Gram-positive, immobile, rod-shaped bacterium having a size of about 2 × 5 μm. The bacterium grows under aerobic conditions, is oxidase-negative and catalase-positive. Like all bacteria of the genus Bacillus, Bacillus megaterium is endospore-producing. For example, cells of the species Bacillus megaterium are available under the accession numbers DSM 32 T , DSM 90, DSM 319, DSM 321, DSM 322, DSM 333, DSM 337, DSM 339, DSM 344, DSM 509, DSM 510, DSM 786, DSM 1517, DSM 1668, DSM 1669, DSM 1670, DSM 1671, DSM 1804, DSM 2894, DSM 3228 and DSM 3641 deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH.
Gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zellen handelt es sich bei den Zellen um rekombinante Zellen der Gattung Escherichia, insbesondere der Spezies Escherichia coli oder der Spezies Escherichia blattae. Escherichia blattae zählt zur Familie der Enterobacteriaceae und wächst ebenfalls unter aeroben Bedingungen. Zellen der Spezies Escherichia blattae sind beispielsweise unter den Hinterlegungsnummern DSM 4481 bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH hinterlegt.According to one second particular embodiment of the invention Cells are the cells are recombinant cells of Genus Escherichia, in particular the species Escherichia coli or of the species Escherichia blattae. Escherichia blattae counts to the Enterobacteriaceae family and also grows under aerobic conditions. Cells of the species Escherichia blattae are included, for example, under the accession numbers DSM 4481 the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH deposited.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zelle gemäß der ersten und auch gemäß der zweiten besonderen Ausführungsform eine im Vergleich zu ihrem Wildtyp ge steigerte Aktivität eines Enzyms E1 aufweist, welches die Umsetzung von Glycerin zu 3-Hydroxypropionaldehyd katalysiert.It is inventively preferred that the cell according to the invention according to the first and also according to the second particular embodiment has a ge compared to their wild-type increased activity of an enzyme E 1 , which catalyzes the conversion of glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde.
Die nun folgenden Ausführungen zur Erhöhung der Enzymaktivität in Zellen gelten sowohl für die Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 als auch für alle nachfolgend genannten Enzyme, deren Aktivität gegebenenfalls erhöht werden kann.The following statements on increasing the enzyme activity in cells apply both to the increase in the activity of the enzyme E 1 and to all the enzymes mentioned below, the activity of which may optionally be increased.
Grundsätzlich lässt sich eine Steigerung der enzymatischen Aktivität dadurch erzielen, dass man die Kopienzahl der Gensequenz bzw. der Gensequenzen erhöht, welche für das Enzym kodieren, einen starken Promotor verwendet oder ein Gen oder Allel nutzt, das für ein entsprechendes Enzym mit einer gesteigerten Aktivität kodiert und gegebenenfalls diese Maßnahmen kombiniert. Erfindungsgemäß gentechnisch veränderte Zellen werden beispielsweise durch Transformation, Transduktion, Konjugation oder eine Kombination dieser Methoden mit einem Vektor erzeugt, der das gewünschte Gen, ein Allel dieses Gens oder Teile davon und einen die Expression des Gens ermöglichenden Vektor enthält. Die heterologe Expression wird insbesondere durch Integration des Gens oder der Allele in das Chromosom der Zelle oder einen extrachromosomal replizierenden Vektor erzielt.Basically, an increase in enzymatic activity can be achieved by increasing the copy number of the gene sequence (s) encoding the enzyme, using a strong promoter, or using a gene or allele encoding a corresponding enzyme with enhanced activity and, where appropriate, combining these measures. Genetically modified according to the invention The cells are generated, for example, by transformation, transduction, conjugation or a combination of these methods with a vector which contains the desired gene, an allele of this gene or parts thereof and a vector which enables the expression of the gene. In particular, heterologous expression is achieved by integration of the gene or alleles into the chromosome of the cell or an extrachromosomally replicating vector.
Einen Überblick über
die Möglichkeiten zur Erhöhung der Enzym-Aktivität
in Zellen am Beispiel der Pyruvat-Carboxylase gibt
Die
Expression der vorstehend und aller nachfolgend genannten Enzyme
bzw. Gene ist mit Hilfe von 1- und 2-dimensionaler Proteingelauftrennung
und anschließender optischer Identifizierung der Proteinkonzentration
mit entsprechender Auswertesoftware im Gel nachweisbar. Wenn die
Erhöhung einer Enzymaktivität ausschließlich
auf einer Erhöhung der Expression des entsprechenden Gens
basiert, so kann die Quantifizierung der Erhöhung der Enzymaktivität
in einfacher Weise durch einen Vergleich der 1- oder 2-dimensionalen
Proteinauftrennungen zwischen Wildtyp und gentechnisch veränderter
Zelle bestimmt werden.
Wird die Erhöhung der Enzymaktivität durch Mutation des endogenen Gens bewerkstelligt, so können derartige Mutationen entweder nach klassischen Methoden ungerichtet erzeugt werden, wie etwa durch UV-Bestrahlung oder durch mutationsauslösende Chemikalien, oder gezielt mittels gentechnologischer Methoden wie Deletion(en), Insertion(en) und/oder Nukleotidaustausch(e). Durch diese Mutationen werden gentechnisch veränderte Zellen erhalten. Besonders bevorzugte Mutanten von Enzymen sind insbesondere auch solche Enzyme, die nicht mehr oder zumindest im Vergleich zum Wildtyp-Enzym vermindert feedback-inhibierbar sind.Becomes the increase of enzyme activity by mutation of the endogenous gene, such Mutations generated either undirected by classical methods be such as by UV irradiation or by mutagenic Chemicals, or specifically by means of genetic engineering methods such as Deletion (s), insertion (s) and / or nucleotide exchange (s). By These mutations will be genetically engineered cells receive. Particularly preferred mutants of enzymes are in particular even those enzymes that are no longer or at least compared to Wild-type enzyme reduces feedback-inhibitable.
Wird
die Erhöhung der Enzymaktivität durch Erhöhung
der Expression eines Enzyms bewerkstelligt, so erhöht man
beispielsweise die Kopienzahl der entsprechenden Gene oder mutiert
die Promotor- und Regulationsregion oder die Riboso menbindungsstelle,
die sich stromaufwärts des Strukturgens befindet. In gleicher Weise
wirken Expressionskassetten, die stromaufwärts des Strukturgens
eingebaut werden. Durch induzierbare Promotoren ist es zusätzlich
möglich, die Expression zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu
steigern. Des Weiteren können dem Enzym-Gen als regulatorische
Sequenzen aber auch so genannte "Enhancer" zugeordnet sein, die über
eine verbesserte Wechselwirkung zwischen RNA-Polymerase und DNA
ebenfalls eine erhöhte Genexpression bewirken. Durch Maßnahmen
zur Verlängerung der Lebensdauer der mRNA wird ebenfalls
die Expression verbessert. Weiterhin wird durch Verhinderung des
Abbaus des Enzymproteins ebenfalls die Enzymaktivität verstärkt.
Die Gene oder Genkonstrukte liegen dabei entweder in Plasmiden mit
unterschiedlicher Kopienzahl vor oder sind im Chromosom integriert
und amplifiziert. Alternativ kann weiterhin eine Überexpression
der betreffenden Gene durch Veränderung der Medienzusammensetzung
und Kulturführung erreicht werden. Anleitungen hierzu findet
der Fachmann unter anderem bei Martin et al.. (Bio/Technology 5,
137–146 (1987)), bei Guerrero et al.. (Gene 138, 35–41
(1994)), Tsuchiya und Morinaga (Bio/Technology 6, 428-430 (1988)),
bei Eikmanns et al.. (Gene 102, 93–98 (1991)), in
Zur
Erhöhung der Expression der jeweiligen Gene werden zum
Beispiel episomale Plasmide eingesetzt. Als Plasmide eignen sich
insbesondere solche, die in coryneformen Bakterien repliziert werden.
Zahlreiche bekannte Plasmidvektoren, wie zum Beispiel pZ1 (Menkel
et al.., Applied and Environmental Microbiology 64: 549–554
(1989)), pEKEx1 (Eikmanns et al.., Gene 107: 69–74 (1991))
oder pHS2-1 (Sonnen et al.., Gene 107: 69–74 (1991)) beruhen
auf den kryptischen Plasmiden pHM1519, pBLl oder pGAl. Andere Plasmidvektoren,
wie zum Beispiel solche, die auf pCG4 (
Weiterhin
eignen sich auch solche Plasmidvektoren, mit Hilfe derer man das
Verfahren der Genamplifikation durch Integration in das Chromosom
anwenden kann, so wie es beispielsweise von
Unter der vorstehend und in den nachfolgenden Ausführungen verwendeten Formulierung „eine gegenüber ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms Ex" ist vorzugsweise stets eine um ein den Faktor von mindestens 2, besonders bevorzugt von mindestens 10, darüber hinaus bevorzugt von mindestens 100, darüber hinaus noch mehr bevorzugt von mindestens 1.000 und am meisten bevorzugt von mindestens 10.000 gesteigerte Aktivität des jeweiligen Enzyms Ex zu verstehen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Zelle, welche „eine gegenüber ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms Ex" aufweist, insbesondere auch eine Zelle, deren Wildtyp keine oder zumindest keine nachweisbare Aktivität dieses Enzyms Ex aufweist und die erst nach Erhöhung der Enzymaktivität, beispielsweise durch Überexpression, eine nachweisbare Aktivität dieses Enzyms Ex zeigt. In diesem Zusammenhang umfasst der Begriff „Überexpression" oder die in den nachfolgenden Ausführungen verwendete Formulierung „Erhöhung der Expression" auch den Fall, dass eine Ausgangszelle, beispielsweise eine Wildtyp-Zelle, keine oder zumindest keine nachweisbare Expression aufweist und erst durch rekombinante Verfahren eine nachweisbare Expression des für Enzyms Ex kodierenden Gens induziert wird.The term "an activity of an enzyme Ex" which is increased in relation to its wild-type is preferably always one more than a factor of at least 2, more preferably at least 10, more preferably at least 100, and even more preferably of at least 1000 and most preferably of at least 10,000 increased activity of the respective enzyme E x Furthermore, the cell according to the invention comprises "an increased activity of an enzyme E x " compared to its wild type, in particular also a cell whose wild type is none or at least no detectable activity of this enzyme E x and only after increasing the enzyme activity, for example by overexpression, a detectable activity of this enzyme Ex shows. In this context, the term "overexpression" or the expression "increase in expression" used in the following also encompasses the case that a starting cell, for example a wild-type cell, has no or at least no detectable expression and only by recombinant methods a detectable Expression of the gene coding for the enzyme ex is induced.
Unter der nachfolgend verwendeten Formulierung „verminderte Aktivität eines Enzyms Ex" wird dementsprechend vorzugsweise eine um einen Faktor von mindestens 0,5, besonders bevorzugt von mindestens 0,1, darüber hinaus bevorzugt von mindestens 0,01, darüber hinaus noch mehr bevorzugt von mindestens 0,001 und am meisten bevorzugt von mindestens 0,0001 verminderte Aktivität verstanden. Die Verminderung der Aktivität eines bestimmten Enzyms kann beispielsweise durch gezielte Mutation, durch Zugabe von kompetitiven oder nicht kompetitiven Inhibitoren oder durch andere, dem Fachmann bekannte Maßnahmen zur Verminderung der Expression eines für ein bestimmtes Enzym kodierenden Gens erfolgen.Under the term "reduced activity of an enzyme Ex "is accordingly preferably one by one Factor of at least 0.5, more preferably at least 0.1, moreover, preferably at least 0.01, above more preferably still at least 0.001 and most preferably understood of at least 0.0001 decreased activity. The reduction of the activity of a certain enzyme can, for example, by targeted mutation, by adding competitive or non-competitive inhibitors or by others skilled in the art Known measures to reduce the expression of a carried out for a particular enzyme encoding gene.
Bei
dem Enzym E1, welches die Umsetzung von
Glycerin zu 3-Hydroxypropion-aldehyd katalysiert, handelt es sich
vorzugsweise um eine Glycerin-Dehydratase bzw. eine Diol-Dehydratase
(EC 4.2.1.30). Die vorliegende Erfindung betrifft daher insbesondere
Zellen, die in der Lage sind, Corrinoide zu bilden und in denen
die Aktivität der Glycerin-Dehydratase bzw. der Diol-Dehydratase
erhöht worden ist. Dieses Enzym wird vorzugsweise von den
Genen kodiert ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pduC,
pduD, pduE, pddA, pddB, pddC, dhaB, dhaC, dhaE und den gldABC-Genen
aus Lactobacillus reuteri ATCC55730. Vorteilhaft ist weiterhin der
Einsatz der in
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass in der Zelle zusätzlich zur Aktivität des Enzyms E1 auch die Aktivität eines Enzyms E2 erhöht ist, welches die Reaktivierung von inaktiviertem Enzym E1 katalysiert, wobei es sich bei diesem Enzym E2 vorzugsweise um den Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor oder einen Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor handelt. Bei dem Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor bzw. dem Diol-Dehydratase-Reaktivierungs-faktor handelt es sich um einen Faktor, der in der Lage ist, dass nach Durchführung der Umsetzung von Glycerin zum 3-Hydroxypropionaldehyd inaktivierte Zentrum der Dehydratase zu reaktivieren. Das aktive Zentrum der Glycerin-Dehydratase bzw. der Diol-Dehydratase umfasst das Coenzym B12, welches nach der Umsetzung des Glycerins zum 3-Hydroxypropionaldehyd inaktiviert wird. Der Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor bzw. der Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor sind in der Lage, dieses inaktivierte Coenzym B12 durch ein aktives Coenzym B12 zu ersetzen. Vorzugsweise umfasst der Dehydratase-Reaktivierungsfaktor eine große Untereinheit des Glycerin-Dehydratase- Reaktivierungsfaktors oder des Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors und eine kleine Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors oder des Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors, besonders bevorzugt eines große Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors und eine kleine Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors oder des Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors, am meisten bevorzugt eines Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors und eine kleine Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors. Weiterhin kann beispielsweise die große Untereinheit des Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors vom ddrA-Gen und die große Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors vom gdrA-Gen kodiert werden, während die kleine Untereinheit des Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors vom ddrB-Gen und die kleine Untereinheit des Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktors vom gdrB-Gen kodiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist insbesondere die Expression der gldDE-Gene aus Lactobacillus reuteri ATCC55730 in den erfindungsgemäßen Zellen. Beispielsweise kann in den erfindungsgemäßen Zellen der Glycerin-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor aus Zellen der Gattung Lactobacillus, Klebsiella, Citrobacter, Clostridium und Enterobacter exprimiert werden, insbesondere aus Zellen der Spezies Lactobacillus sp., Klebsiella pneumoniae, Lactobacillus leichmannii, Citrobacter freundii, Citrobacter intermedium, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Clostridium pasteurianum, Enterobacter agglomerans und Clostridium kluyveri und am meisten bevorzugt aus Zellen der Spezies Lactobacillus reuteri. Der Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor stammt vorzugsweise aus Zellen der Gattung Klebsiella, Citrobacter, Propionibacterium, Lactobacillus, Flavobacterium und Acetobacterium, insbesondere aus den Spezies Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Propionibacterium freudenreichii, Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri, Flavobacterium sp. und Acetobacterium sp., wobei der Diol-Dehydratase-Reaktivierungsfaktor aus der Gattung Lactobacillus, insbesondere aus den Spezies Lactobacillus brevis und Lactobacillus buchneri am meisten bevorzugt ist.Furthermore, it is preferred according to the invention that in addition to the activity of the enzyme E 1 , the activity of an enzyme E 2 which catalyzes the reactivation of inactivated enzyme E 1 is increased in the cell, whereby this enzyme E 2 is preferably glycerol. Dehydratase reactivation factor or a diol dehydratase reactivation factor. The glycerol dehydratase reactivating factor or diol dehydratase reactivating factor is a factor capable of reactivating the inactivated center of the dehydratase after the reaction of glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde is carried out. The active center of the glycerol dehydratase or the diol dehydratase comprises the coenzyme B 12 , which is inactivated after the conversion of glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde. The glycerol dehydratase reactivation factor or the diol dehydratase reactivation factor are able to replace this inactivated coenzyme B 12 by an active coenzyme B 12 . Preferably, the dehydratase reactivation factor comprises a large subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor or the diol dehydratase reactivation factor and a small subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor or the diol dehydratase reactivation factor, most preferably a large subunit of the glycerol dehydratase. Reactivation factor and a small subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor or the diol dehydratase reactivation factor, most preferably a glycerol dehydratase reactivation factor and a small subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor. Furthermore, for example, the large subunit of the diol dehydratase reactivation factor can be encoded by the ddrA gene and the large subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor by the gdrA gene, while the small subunit of the dihydrogen dehydratase reactivation factor is encoded by the ddrB gene and the small subunit Subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor from the gdrB gene can be encoded. Especially advantageous is the expression of the gldDE genes from Lactobacillus reuteri ATCC55730 in the cells according to the invention. For example, in the cells of the invention, the glycerol dehydratase reactivation factor can be expressed from cells of the genus Lactobacillus, Klebsiella, Citrobacter, Clostridium and Enterobacter, in particular from cells of the species Lactobacillus sp., Klebsiella pneumoniae, Lactobacillus leichmannii, Citrobacter freundii, Citrobacter intermedium, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Clostridium pasteurianum, Enterobacter agglomerans and Clostridium kluyveri and most preferably from cells of the species Lactobacillus reuteri. The diol dehydratase reactivation factor preferably originates from cells of the genus Klebsiella, Citrobacter, Propionibacterium, Lactobacillus, Flavobacterium and Acetobacterium, in particular from the species Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Propionibacterium freudenreichii, Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri, Flavobacterium sp. and Acetobacterium sp., wherein the diol dehydratase reactivation factor from the genus Lactobacillus, in particular from the species Lactobacillus brevis and Lactobacillus buchneri is most preferred.
Weiterhin können im Falle einer Expression der Dehydratase und des Dehydratase-Reaktivierungsfaktors in den erfindungsgemäßen Zellen diese beiden Komponenten aus der gleichen Spezies oder aber von unterschiedlichen Spezies stammen.Farther can in the case of expression of dehydratase and the Dehydratase reactivation factor in the inventive Cells these two components from the same species or else come from different species.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass in der Zelle neben der Aktivität des Enzyms E1 und gegebenenfalls auch der Aktivität des Enzyms E2 die Aktivität eines Enzyms E3 erhöht ist, welches die Diffusion von Glycerin in die Zelle hinein erleichtert. Durch diese Maßnahme kann das Vermögen der Zelle, über das Nährmedium bereitgestelltes Glycerin aufzunehmen und intrazellulär zu 3-Hydroxypropionaldehyd umzusetzen, verbessert werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Enzym E3 um einen Glycerin-Kanal bzw. einen Glycerin-Facilitator (TC 1.A.8.1.1, TC 1.A.8.2.1 oder TC 1.A.8.2.2), der vorzugsweise vom glpF-Gen kodiert wird.Furthermore, it is inventively preferred that in addition to the activity of the enzyme E 1 and optionally also the activity of the enzyme E 2 in the cell, the activity of an enzyme E 3 is increased, which facilitates the diffusion of glycerol into the cell. By doing so, the ability of the cell to take up glycerol provided by the nutrient medium and to convert it intracellularly to 3-hydroxypropionaldehyde can be improved. Preferably, the enzyme E 3 is a glycerol channel or a glycerol facilitator (TC 1.A.8.1.1, TC 1.A.8.2.1 or TC 1.A.8.2.2), the preferably encoded by the glpF gene.
Im Falle einer erfindungsgemäßen Zelle, welche 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin herstellen kann, ist es grundsätzlich auch denkbar, die erfindungsgemäße Zelle durch rekombinante Maßnahmen derart zu modifizieren, dass sie nicht nur über das Nährmedium bereitgestelltes Glycerin aufnehmen und intrazellulär zu 3-Hydroxypropionaldehyd umsetzen kann, sondern dass sie gegebenenfalls auch über das Nährmedium bereitgestellte Glucose, Saccharose oder andere Mono- und Polysaccharide aufnehmen, intrazellulär zu Glycerin umsetzen und dann das Glycerin intrazellulär zu 3-Hydroxypropionaldehyd umsetzen kann. Alternativ kann das gebildete Glycerin zwischenzeitlich auch extrazellulär akkumulieren, bevor es wieder in die Zelle aufgenommen und intrazellulär zu 3-Hydroxypropionaldehyd umgesetzt wird. In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn in den Zellen zusätzlich zur Aktivität des Enzyms E1 und gegebenenfalls der Enzyme E2 und E3 auch die Aktivität mindestens eines der Enzyme E4, E5, E6 oder E7 erhöht ist:
- – eines Enzyms E4, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton-Phosphat zu Glycerin-3-Phosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E5, welches die Umsetzung von Glycerin-3-Phosphat zu Glycerin katalysiert;
- – eines Enzyms E6, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton-Phosphat zu Dihydroxyaceton katalysiert;
- – eines Enzyms E7, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton zu Glycerin katalysiert.
- An enzyme E 4 which catalyzes the conversion of dihydroxyacetone phosphate to glycerol 3-phosphate;
- - An enzyme E 5 , which catalyzes the conversion of glycerol-3-phosphate to glycerol;
- An enzyme E 6 which catalyzes the conversion of dihydroxyacetone phosphate to dihydroxyacetone;
- - An enzyme E 7 , which catalyzes the conversion of dihydroxyacetone to glycerol.
Bevorzugte Zellen sind insbesondere diejenigen Zellen, in denen die Aktivität folgender Enzyme bzw. Kombination von Enzymen erhöht ist: E1E4, E1E5, E1E6, E1E7, E1E4E5, E1E4E6, E1E4E7, E1E5E6, E1E5E7, E1E6E7, E1E2E4, E1E2E5, E1E2E6, E1E2E7 und E1E2E4E5E6E7, wobei die Kombination E1E2E4E5E6E7 am meisten bevorzugt ist.Preferred cells are in particular those cells in which the activity of the following enzymes or combination of enzymes is increased: E 1 E 4 , E 1 E 5 , E 1 E 6 , E 1 E 7 , E 1 E 4 E 5 , E 1 E 4 E 6 , E 1 E 4 E 7 , E 1 E 5 E 6 , E 1 E 5 E 7 , E 1 E 6 E 7 , E 1 E 2 E 4 , E 1 E 2 E 5 , E 1 E 2 E 6 , E 1 E 2 E 7 and E 1 E 2 E 4 E 5 E 6 E 7 , the combination E 1 E 2 E 4 E 5 E 6 E 7 being most preferred.
In
diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass das Enzym
E4 eine Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenase
(EC 1.1.1.8),
E5 eine Glycerin-3-Phosphat-Phosphatase
(EC 3.1.3.21),
E6 Dihydroxyaceton-Phosphat-Phosphatase
(EC 3.1.3.1), und
E7 eine Glycerin-Dehydrogenase
(EC 1.1.1.6)
ist.In this context, it is further preferred that the enzyme
E 4 is a glycerol-3-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.8),
E 5 is a glycerol-3-phosphate phosphatase (EC 3.1.3.21),
E 6 dihydroxyacetone phosphate phosphatase (EC 3.1.3.1), and
E 7 a glycerol dehydrogenase (EC 1.1.1.6)
is.
Die Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenase wird vorzugsweise von Genen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gpo1, Gpd2, LOC607942, Gpdh und gpsA kodiert. Die Glycerin-3-Phosphat-Phosphatase wird vorzugsweise von dem entsprechenden Gen dieses Enzyms aus Escherichia coli kodiert. Die Dihydroxyaceton-Phosphat-Phosphatase wird vorzugweise von Genen ausgewählt aus der Gruppe umfassend phoA, ALPI, ALPL, ALPP, ALPPL2, Akp2, Akp3 und Akp5 kodiert, während die Glycerin-Dehydrogenase vorzugsweise vom gldA-Gen kodiert wird.The Glycerol-3-phosphate dehydrogenase is preferably selected from genes from the group comprising Gpo1, Gpd2, LOC607942, Gpdh and gpsA. The glycerol-3-phosphate phosphatase is preferably of the corresponding Gene of this enzyme from Escherichia coli encoded. The dihydroxyacetone phosphate phosphatase is preferably selected from genes selected from the group comprising phoA, ALPI, ALPL, ALPP, ALPPL2, Akp2, Akp3 and Akp5 encoded during the glycerol dehydrogenase is preferably encoded by the gldA gene.
Die Nukleotidsequenzen weiterer geeigneter Gene der Enzyme E4 bis E7 können der KEGG-Datenbank, der NCBI-Datenbank oder EMBL-Datenbank entnommen werden.The nucleotide sequences of other suitable genes of the enzymes E 4 to E 7 can be found in the KEGG database, the NCBI database or EMBL database.
Weiterhin kann es im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle auch vorteilhaft sein, wenn die Zelle zusätzlich zur Erhöhung des Enzyms E1, zur Erhöhung des Enzyms E1 und E2, zur Erhöhung der Enzyme E1, E2 und eines oder mehrerer der E3 bis E7 eine verminderte Aktivität mindestens eines der Enzyme E6 bis E11 aufweist:
- – eines Enzyms E8, welches die Umsetzung von Glycerin zu Glycerol-3-Phosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E9, welches die Umsetzung von Glycerin zu Dihydroxyaceton katalysiert;
- – eines Enzyms E10, welches die Umsetzung von 3-Hydroxypropionaldehyd zu 1,3-Propandiol katalysiert;
- – eines Enzyms E11, welches die Umsetzung von 3-Hydroxypropionaldehyd zu 3-Hydroxypropionsäure katalysiert.
- - An enzyme E 8 , which catalyzes the conversion of glycerol to glycerol-3-phosphate;
- An enzyme E 9 which catalyzes the conversion of glycerol to dihydroxyacetone;
- An enzyme E 10 which catalyzes the conversion of 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol;
- - An enzyme E 11 , which catalyzes the conversion of 3-hydroxypropionaldehyde to 3-hydroxypropionic acid.
Bevorzugte Zellen sind insbesondere diejenigen Zellen, in denen die Aktivität folgender Enzyme bzw. Kombination von Enzymen vermindert ist: E8, E9, E10, E11, E8E9, E8E10, E8E11, E9E10, E9E11, E10E11 und E8E9E10E11, wobei die Kombination E8E9E10E11 am meisten bevorzugt ist.Particularly preferred cells are those cells in which the activity of the following enzymes or combination of enzymes is reduced: E 8 , E 9 , E 10 , E 11 , E 8 E 9 , E 8 E 10 , E 8 E 11 , E 9 E 10 , E 9 E 11 , E 10 E 11 and E 8 E 9 E 10 E 11 , the combination E 8 E 9 E 10 E 11 being most preferred.
In
diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass das Enzym
E8 eine Glycerin-Kinase (EC 2.7.1.30),
E9 eine Glycerin-Dehydrogenase (EC 1.1.1.6
oder EC 1.1.1.156 oder EC 1.1.99.22) und
E10 eine
1,3-Propandiol-Dehydrogenase (EC 1.1.1.202)
E11 eine
3-Hydroxypropionaldehyd-Dehydrogenase (EC 1.2.1.3 oder EC 1.2.1.5)
ist.In this connection it is particularly preferred that the enzyme
E 8 is a glycerol kinase (EC 2.7.1.30),
E 9 is a glycerol dehydrogenase (EC 1.1.1.6 or EC 1.1.1.156 or EC 1.1.99.22) and
E 10 a 1,3-propanediol dehydrogenase (EC 1.1.1.202)
E 11 is a 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase (EC 1.2.1.3 or EC 1.2.1.5)
is.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, die in der Lage ist, Corrionoide zu bilden, umfassend den Verfahrensschritt der Erhö hung der Aktivität eines Enzyms E1, welches die intrazelluläre Umsetzung von Diolen, Triolen oder Polyolen zu Aldehyden, vorzugsweise von Glycerin zu 3-Hydroxypropionaldehyd, katalysiert. Bevorzugte Enzyme E1 sind dabei insbesondere diejenigen, die bereits vorstehend im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Zellen genannt worden sind.A contribution to the solution of the above-mentioned objects is further provided by a method for producing a genetically modified cell which is capable of forming corrionoids, comprising the step of increasing the activity of an enzyme E 1 which inhibits the intracellular conversion of diols, triols or polyols to aldehydes, preferably from glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde. Preferred enzymes E 1 are in particular those which have already been mentioned above in connection with the cells according to the invention.
Weiterhin ist es gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, dass das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt des Erhöhens der Aktivität eines Enzyms E2, welches die Reaktivierung von inaktiviertem Enzym E1 katalysiert, und gegebenenfalls auch zusätzlich die Erhöhung eines Enzyms E4, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton-Phosphat zu Glycerin-3-Phosphat katalysiert, und/oder eines Enzyms E5, welches die Umsetzung von Glycerin-3-Phosphat zu Glycerin katalysiert, und/oder eines Enzyms E6, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton-Phosphat zu Dihydroxyaceton katalysiert, und/oder eines Enzyms E7, welches die Umsetzung von Dihydroxyaceton zu Glycerin katalysiert, umfasst, wobei bevorzugte Enzyme E2, E4, E5, E6 und E7 wiederum diejenigen sind, die bereits eingangs im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle genannt worden sind.Furthermore, according to a particular embodiment of the method according to the invention, it is preferred that the method additionally comprises the step of increasing the activity of an enzyme E 2 , which catalyzes the reactivation of inactivated enzyme E 1 , and optionally also increasing an enzyme E 4 , which the Reaction of dihydroxyacetone phosphate catalyzed to glycerol-3-phosphate, and / or an enzyme E 5 , which catalyzes the conversion of glycerol-3-phosphate to glycerol, and / or an enzyme E 6 , which is the reaction of dihydroxyacetone phosphate Dihydroxyacetone catalyzes, and / or an enzyme E 7 , which catalyzes the conversion of dihydroxyacetone to glycerol, wherein preferred enzymes E 2 , E 4 , E 5 , E 6 and E 7 are again those already mentioned in the beginning in connection with the Cell according to the invention have been mentioned.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle auch noch den Verfahrensschritt der Verminderung der Aktivität eines oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle genannten Enzyme E8 bis E11 umfassen.Furthermore, the process according to the invention for the production of a genetically modified cell can also comprise the process step of reducing the activity of one or more of the enzymes E 8 to E 11 mentioned in connection with the cell according to the invention.
Sofern die erfindungsgemäßen Zellen Aldehyde aus Diolen, beispielsweise Propionaldehyd aus 1,2-Propandiol, herstel len können, ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zelle eine gesteigerte Aktivität eines Enzyms E12 aufweist, welches die Umsetzung von 1,2-Diolen zu den entsprechenden Aldehyden katalysiert, wobei es sich bei diesem Enzym E12 vorzugsweise um eine Diol-Dehydratase handelt. Sofern die erfindungsgemäßen Zellen Aldehyde aus Polyolen, beispielsweise 2-Dehydro-3-deoxy-D-Galactonat aus D-Galactonat oder 2-Dehydro-3-deoxy-D-Gluconat aus D-Mannonat herstellen können, ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zelle eine gesteigerte Aktivität eines Enzyms E13 aufweist, welches die Umsetzung von Polyolen zu den entsprechenden Aldehyden katalysiert, wobei es sich bei diesem Enzym E13 vorzugsweise um eine D-Galactonat-Dehydratase oder um eine D-Mannonat-Dehydratase handelt.If the cells according to the invention can produce aldehydes from diols, for example propionaldehyde from 1,2-propanediol, it is preferred for the cell according to the invention to have an increased activity of an enzyme E 12 which converts 1,2-diols into the corresponding ones Aldehydes catalyzes, wherein this enzyme E 12 is preferably a diol dehydratase. If the cells according to the invention can produce aldehydes from polyols, for example 2-dehydro-3-deoxy-D-galactonate from D-galactonate or 2-dehydro-3-deoxy-D-gluconate from D-mannonate, it is preferred that the inventive Cell has an increased activity of an enzyme E 13 , which catalyzes the conversion of polyols to the corresponding aldehydes, wherein this enzyme E 13 is preferably a D-galactonate dehydratase or a D-mannonate dehydratase.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhältliche Zelle.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks furthermore the one obtainable by the method described above Cell.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden aus Diolen, Triolen oder Polyolen, vorzugsweise von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- i) in Kontakt bringen einer erfindungsgemäßen Zelle oder einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Zelle mit einem Kulturmedium, welches die Bildung von Biomasse ermöglicht, wobei dieses in Kontakt bringen der Zelle mit dem Nährmedium vorzugsweise unter Bedingungen erfolgt, unter denen keine Aldehyde, vorzugswei se kein 3-Hydroxypropionaldehyd, in für die Zellen toxischer Konzentration gebildet werden;
- ii) gegebenenfalls Abtrennen der Zellen von dem Kulturmedium;
- iii) in Kontakt bringen der Zellen mit einem Kulturmedium, in welchem die pro Zeit- und Volumeneinheit gebildete Biomasse um mindestens 50 besonders bevorzugt um mindestens 90%, besonders bevorzugt um mindestens 99 gegenüber der pro Zeit- und Volumeneinheit im Verfahrensschritt i) gebildeten Biomasse reduziert ist und welches Diole, Triole oder Polyole, vorzugsweise Glycerin, beinhaltet, unter Bedingungen, unter denen die Zellen aus den Diolen, Triolen oder Polyolen Aldehyde, vorzugsweise aus dem Glycerin 3-Hydroxypropionaldehyd, bilden;
- iv) gegebenenfalls Aufreinigung der gebildeten Aldehyde, vorzugsweise des gebildeten 3-Hydroxypropionaldehyds, aus dem Kulturmedium.
- i) contacting a cell according to the invention or a cell obtainable by the process according to the invention with a culture medium which allows the formation of biomass, this bringing into contact the cell with the nutrient medium preferably under conditions under which no aldehydes, vorzugswei no 3-hydroxypropionaldehyde, to be formed in cells of toxic concentration;
- ii) optionally separating the cells from the culture medium;
- iii) contacting the cells with a culture medium in which the biomass formed per unit time and volume unit is reduced by at least 50, more preferably by at least 90%, more preferably by at least 99, compared to the biomass formed per unit time and volume in method step i) and which contains diols, triols or polyols, preferably glycerol, under conditions in which the cells from the diols, triols or polyols form aldehydes, preferably from the glycerol 3-hydroxypropionaldehyde;
- iv) optionally purification of the aldehydes formed, preferably of the formed 3-hydroxypropionaldehyde, from the culture medium.
Im Verfahrensschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Zelle oder eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche Zelle mit einem Kulturmedium, welches die Bildung von Biomasse aus den Zellen ermöglicht, in Kontakt gebracht. Die Formulierung „welches die Bildung von Biomasse aus den Zellen ermöglicht" soll dabei zum Ausdruck bringen, dass die Zellen in dem im Verfahrensschritt i) eingesetzten Kulturmedium in der Lage sind, sich ausreichend zu teilen.in the Process step i) of the process according to the invention is a cell of the invention or a through the method according to the invention available Cell with a culture medium, which is the formation of biomass allows the cells to be brought into contact. The phrase "which allows the formation of biomass from the cells " expressing that the cells in the process step i) culture medium are capable of sufficient to share.
Bei dem im Verfahrensschritt i) eingesetzten Kulturmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Nährmedium beinhaltend als Kohlenstoffquelle vorzugsweise Kohlenhydrate, insbesondere Glucose, Saccharose oder andere Mono- und Polysaccharide, Glycerin oder eine Mischung aus Kohlenhydraten, insbesondere Glucose, und Glycerin. Sofern die im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, vorzugsweise von 3-Hydroxypropionaldehyd, eingesetzten Zellen in der Lage sind, Aldehyde, insbesondere 3-Hydroxypropionaldehyd aus Kohlenhydraten wie etwa Glucose, Saccharose oder andere Mono- und Polysaccharide herzustellen, ist es vorteilhaft, dass die Aktivität des Enzyms E1 und gegebenenfalls auch die Aktivität des Enzyms E2 während der Durchführung des Verfahrensschrittes i) noch nicht erhöht ist, um zu verhindern, dass schon im Verfahrensschritt i) Aldehyde, insbesondere 3-Hydroxypropionaldehyd, gebildet wird. Dieses kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Gene des Enzyms E1 und gegebenenfalls des Enzyms E2 sich in den Zellen unter der Kontrolle geeigneter Promotoren befinden und erst im Verfahrensschritt iii) diese Promotoren induziert werden. Wird beispielsweise der lacZ-Promotor eingesetzt, so könnte die Expression der unter der Kontrolle dieses Promotors liegenden Gene für das Enzym E1 und gegebenenfalls auch für das Enzym E2 durch die Zugabe geeigneter Induktoren wie etwa IPTG erst im Verfahrensschritt iii) erfolgen. Denkbar ist weiterhin der Einsatz von Promotoren, die über bestimmte physikalische Parameter, wie etwa die Temperatur, reguliert werden können, um die Expression des Enzyms E1 und gegebenenfalls auch des Enzyms E2 zu steuern.The culture medium used in process step i) is preferably a nutrient medium containing as carbon source preferably carbohydrates, in particular glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides, glycerol or a mixture of carbohydrates, in particular glucose, and glycerol. If the cells used in the process according to the invention for the preparation of aldehydes, preferably of 3-hydroxypropionaldehyde, are capable of producing aldehydes, in particular 3-hydroxypropionaldehyde, from carbohydrates such as glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides, it is advantageous that the Activity of the enzyme E 1 and optionally also the activity of the enzyme E 2 during the implementation of the method step i) is not yet increased, to prevent already aldehydes, in particular 3-hydroxypropionaldehyde is formed in step i). This can be realized, for example, by the fact that the genes of the enzyme E 1 and optionally of the enzyme E 2 are in the cells under the control of suitable promoters and only in process step iii) are these promoters induced. If, for example, the lacZ promoter is used, the expression of the genes under the control of this promoter for the enzyme E 1 and optionally also for the enzyme E 2 could be effected only in process step iii) by the addition of suitable inducers such as IPTG. It is also conceivable to use promoters which can be regulated by way of certain physical parameters, such as the temperature, in order to control the expression of the enzyme E 1 and optionally also of the enzyme E 2 .
Die
erfindungsgemäßen, gentechnisch veränderten
Zellen können kontinuierlich oder diskontinuierlich im
batch-Verfahren (Satzkultivierung) oder im fed-batch-Verfahren (Zulaufverfahren)
oder repeated-fed-batch-Verfahren (repetitives Zulaufverfahren)
zum Zwecke der Erzeugung von Biomasse im Verfahrensschritt i) mit
dem Nährmedium in Kontakt gebracht und somit kultiviert
werden. Denkbar ist auch ein semi-kontinuierliches Verfahren, wie
es in der
Das zu verwendende Kulturmedium im Verfahrensschritt i) muss in geeigneter Weise den Ansprüchen der jeweiligen Stämme genügen. Beschreibungen von Kulturmedien verschiedener Mikroorganismen sind im Handbuch "Manual of Methods for General Bacteriology" der American Society for Bacteriology (Washington D. C., USA, 1981) enthalten.The to be used culture medium in process step i) must in suitable To meet the requirements of the respective strains. Descriptions of culture media of various microorganisms are in the manual "Manual of Methods for General Bacteriology" of the American Society for Bacteriology (Washington D.C., USA, 1981).
Als Kohlenstoffquelle können Kohlehydrate wie Z. B. Glucose, Saccharose, Lactose, Fructose, Maltose, Melasse, Stärke und Cellulose, Öle und Fette wie z. B. Sojaöl, Sonnenblumenöl, Erdnussöl und Kokosfett, Fettsäuren wie z. B. Palmitinsäure, Stearinsäure und Linolsäure oder Glycerin verwendet werden. Diese Stoffe können einzeln oder als Mischung verwendet werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Kohlehydraten, insbesondere von Glucose, oder von Glycerin.When Carbon source can be carbohydrates such as glucose, Sucrose, lactose, fructose, maltose, molasses, starch and cellulose, oils and fats such. Soybean oil, Sunflower oil, peanut oil and coconut oil, fatty acids such as As palmitic acid, stearic acid and linoleic acid or glycerin are used. These substances can be sold individually or used as a mixture. Particularly preferred is the Use of carbohydrates, in particular of glucose, or of glycerol.
Als Stickstoffquelle können organische Stickstoff-haltige Verbindungen wie Peptone, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Malzextrakt, Maisquellwasser, Sojabohnenmehl und Harnstoff oder anorganische Verbindungen wie Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumphosphat, Ammoniumcarbonat und Ammoniumnitrat verwendet werden. Die Stickstoffquellen können einzeln oder als Mischung verwendet werden.When Nitrogen source can be organic nitrogen-containing compounds such as peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, corn steep liquor, Soybean meal and urea or inorganic compounds such as Ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate are used. The nitrogen sources can used singly or as a mixture.
Als Phosphorquelle können Phosphorsäure, Kaliumdihydrogenphosphat oder Dikaliumhydrogenphosphat oder die entsprechenden Natrium-haltigen Salze verwendet werden. Das Kulturmedium muss weiterhin Salze von Metallen enthalten wie z. B. Magnesiumsulfat oder Eisensulfat, die für das Wachstum notwendig sind. Schließlich können essentielle Wuchsstoffe wie Aminosäuren und Vitamine zusätzlich zu den oben genannten Stoffen eingesetzt werden. Dem Kulturmedium können überdies geeignete Vorstufen zugesetzt werden. Die genannten Einsatzstoffe können zur Kultur in Form eines einmaligen Ansatzes hinzugegeben oder in geeigneter Weise während der Kultivierung zugefüttert werden.When Phosphorus source can phosphoric acid, potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or the corresponding sodium-containing ones Salts are used. The culture medium must continue to salts of Metals include such. As magnesium sulfate or iron sulfate, the necessary for growth. Finally, you can essential growth factors such as amino acids and vitamins in addition used for the above-mentioned substances. The culture medium In addition, suitable precursors may be added become. The stated feedstocks can be used to culture in Formed as a one-off approach or as appropriate be fed during cultivation.
Zur pH-Kontrolle der Kultur werden basische Verbindungen wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniak bzw. Ammoniakwasser oder saure Verbindungen wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure in geeigneter Weise eingesetzt. Zur Kontrolle der Schaumentwicklung können Antischaummittel wie z. B. Fettsäurepolyglykolester eingesetzt werden. Zur Aufrechterhaltung der Stabilität von Plasmiden können dem Medium geeignete selektiv wirkende Stoffe wie z. B. Antibiotika hinzugefügt werden. Um aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten, werden Sauerstoff oder Sauerstoff-haltige Gasmischungen, wie z. B. Luft, in die Kultur eingetragen. Die Temperatur der Kultur liegt normalerweise bei 20°C bis 80°C und vorzugsweise bei 25°C bis 40°C.to pH control of the culture are basic compounds such as sodium hydroxide, Potassium hydroxide, ammonia or ammonia water or acidic compounds such as phosphoric acid or sulfuric acid in suitable Way used. To control the foaming can Antifoams such. B. fatty acid polyglycol used become. To maintain the stability of plasmids can the medium suitable selective substances such as z. B. antibiotics are added. To aerobic conditions maintain oxygen or oxygen-containing gas mixtures, such as As air, registered in the culture. The temperature of the culture is usually 20 ° C to 80 ° C and preferably at 25 ° C to 40 ° C.
Nachdem im Verfahrensschritt i) eine ausreichende Biomasse von rekombinanten Bacillus megaterium-, Escherichia coli- oder Escherichia blattae-Zellen hergestellt worden ist, kann es, insbesondere dann, wenn die Zellen nicht an ein oder in einem Substrat immobilisiert und in dieser Form im Verfahrensschritt iii) zur Herstellung von Aldehyden bzw. 3-Hydroxypropionaldehyd eingesetzt werden sollen, vorteilhaft sein, die so erhaltenen Zellen im Verfahrensschritt ii) von dem verwendeten Kulturmedium abzutrennen. Das Abtrennen der Zellen erfolgt dabei mittels dem Fachmann bekannter Abtrennverfahren. Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine kontinuierliche Abtrennung der Zellen von dem Nährmedium beispielsweise mittels eines geeigneten Filters, etwa mittels eines Filters mit einer Ausschlußgröße in einem Bereich von 20 bis 200 kDa. Denkbar ist auch der Einsatz einer Zentrifuge, einer geeigneten Sedimentationsvorrichtung oder einer Kombination dieser Vorrichtungen, wobei es besonders bevorzugt ist, zumindest einen Teil der Mikroorganismen zunächst durch Sedimentation abzutrennen und anschließend die von den Mikroorganismen teilweise befreite Fermentationsbrühe einer Ultrafiltration oder Zentrifugationsvorrichtung zuzuführen.After this in process step i) a sufficient biomass of recombinant Bacillus megaterium, Escherichia coli or Escherichia blattae cells It can be produced, especially if the cells not immobilized on or in a substrate and in this Form in process step iii) for the preparation of aldehydes or 3-hydroxypropionaldehyde to be used, be advantageous the cells thus obtained in process step ii) of the used Separate culture medium. The separation of the cells takes place by means of the separation process known to those skilled in the art. It is conceivable in In this context, in particular a continuous separation the cells of the nutrient medium, for example by means of a suitable filter, for example by means of a filter with an exclusion variable in a range of 20 to 200 kDa. The use is also conceivable a centrifuge, a suitable sedimentation device or a combination of these devices, it being particularly preferred is, at least part of the microorganisms first separated by sedimentation and then the by The microorganisms partially freed fermentation broth an ultrafiltration or centrifugation device.
Die auf diese Weise abgetrennten Zellen werden, wenn sie in mehreren nacheinander durchgeführten Trennstufen erhalten wurden, gegebenenfalls vereinigt und können direkt dem Verfahrensschritt iii) zugeführt werden. Es kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, die Zellen vor der Durchführung des Verfahrensschrittes iii) noch zu waschen, wobei dieses Waschen vorzugsweise bereits mit demjenigen Kulturmedium erfolgt, welches im Verfahrensschritt iii) eingesetzt wird. Zum Waschen der Zellen können diese beispielsweise in einem geeigneten Volumen des im Verfahrensschritt iii) eingesetzten Kulturmediums resuspendiert und anschließend durch die vorstehend beschriebenen Abtrennverfahren, insbesondere durch Filtration, Sedimentation oder Zentrifugation, oder aber durch eine Kombination dieser Maßnahmen, von dem Kulturmedium befreit werden. Auf diese Weise können die Zellen von denjenigen Komponenten des im Verfahrensschritt i) eingesetzten Nährmediums, welche insbesondere ein Wachstum der Zellen ermöglichen (Stickstoffverbindungen, Phosphorverbindungen, essentielle Aminosäuren und dergleichen) befreit werden.The In this way, separated cells become, if in several successive separation stages were obtained, optionally combined and can directly the process step iii) are supplied. However, it can be beneficial prove the cells before carrying out the process step iii) still to wash, this washing preferably already with that Culture medium, which is used in step iii) becomes. For washing the cells, for example, they can in a suitable volume of the method used in step iii) Culture medium resuspended and then through the separation processes described above, in particular by filtration, Sedimentation or centrifugation, or by a combination of these measures, to be freed from the culture medium. On This way, the cells can be separated from those components of the nutrient medium used in process step i), which in particular allow growth of the cells (nitrogen compounds, Phosphorus compounds, essential amino acids and the like) be freed.
Im Verfahrensschritt iii) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zellen dann als „ruhende Zellen" mit einem Kulturmedium, in welchem die auf eine Zeit- und Volumeneinheit bezogene Biomasse-Bildung um mindestens 50%, besonders bevorzugt um mindestens 90%, besonders bevorzugt um mindestens 99% gegenüber der auf eine Zeit- und Volumeneinheit bezogene Biomassebildung im Verfahrensschritt i) reduziert ist, und welches Diole, Triole oder Polyole, vorzugsweise Glycerin, beinhaltet, unter Bedingungen, unter denen die Zellen aus den Diolen, Triolen oder Polyolen Aldehyde, vorzugsweise aus dem Glycerin 3-Hydroxypropionaldehyd, bilden, in Kontakt gebracht. Am meisten bevorzugt erfolgt im Verfahrensschritt iii) der Einsatz eines Kulturmediums, in dem keine nachweisbare Biomassenbildung mehr erfolgt, sich die Zellen also kaum noch nennenswert teilen. Eine Reduktion der Biomassebildung von 50% ist beispielsweise erreicht, wenn in dem im Verfahrensschritt i) eingesetzten Kulturme dium unter den Kultivierungsbedingungen im Verfahrensschritt i) 10 g Mikroorganismen pro Liter und pro Stunde gebildet werden, während im Verfahrensschritt iii) mittels des dort eingesetzten Kulturmediums unter den gleichen Kultivierungsbedingungen wie im Verfahrensschritt i) nur 5 g Mikroorganismen pro Liter und pro Stunde gebildet werden.in the Process step iii) of the process according to the invention the cells are then called "resting cells" with a culture medium, in which the related to a time and volume unit biomass formation at least 50%, more preferably at least 90%, especially preferably at least 99% higher than at a time and volume unit related biomass formation in the process step i) is reduced, and which diols, triols or polyols, preferably Glycerin, under conditions in which the cells from the diols, triols or polyols aldehydes, preferably from the glycerol 3-hydroxypropionaldehyde form, brought into contact. Most preferably, in step iii) the use a culture medium in which no detectable biomass formation more occurs, the cells hardly share much more. For example, a 50% reduction in biomass formation is achieved. if in the culture medium used in step i) below the cultivation conditions in process step i) 10 g of microorganisms per liter and per hour, while in the process step iii) by means of the culture medium used there under the same Cultivation conditions as in process step i) only 5 g of microorganisms be formed per liter and per hour.
In diesem Kulturmedium sind die erfindungsgemäßen Zellen dann in der Lage, die über das Kulturmedium angebotenen Diole, Triole oder Polyole, vorzugsweise das angebotene Glycerin, in hoher Ausbeute zu Aldehyden, vorzugsweise zu 3-Hydroxypropionaldehyd, umzusetzen.In This culture medium are the invention Cells then able to be those offered over the culture medium Diols, triols or polyols, preferably the glycerol offered, in high yield to aldehydes, preferably to 3-hydroxypropionaldehyde, implement.
Sofern, wie vorstehend beschrieben, die Aktivität des Enzyms E1 und gegebenenfalls auch des Enzyms E2 beispielsweise durch den Einsatz geeigneter Promotoren erst im Verfahrensschritt iii) erhöht wird, enthält das im Verfahrensschritt iii) eingesetzte Kulturmedium neben dem Glycerin auch geeignete Induktoren des Promotors bzw. werden entsprechende physikalische Parameter, wie etwa die Temperatur, im Verfahrensschritt iii) entsprechend eingestellt, um die Expression der Enzyme zu induzieren.If, as described above, the activity of the enzyme E 1 and optionally also of the enzyme E 2 is increased, for example by the use of suitable promoters, only in process step iii), the culture medium used in process step iii) contains, in addition to the glycerol, also suitable inducers of the promoter or , appropriate physical parameters, such as the temperature, in step iii) are adjusted accordingly to induce the expression of the enzymes.
Als Kulturmedium können im Verfahrensschritt iii) alle dem Fachmann bekannten Lösungsmittel bzw. Lösungen eingesetzt werden, die geeignet sind, um Zellen der Spezies Bacillus megaterium, Escherichia coli oder Escherichia blattae zu kultivieren, ohne dass sich diese Zellen in nennenswertem Maße teilen, jedoch ohne die Vitalität der Zellen in nennenswertem Maße zu beeinträchtigen. So sollen die Zellen nach einer gegebenenfalls in einem weiteren Verfahrensschritt v) erfolgenden Abtrennung von dem im Verfahrens schritt iii) eingesetzten Kulturmedium möglichst wieder in der Lage sein, bei einer Resuspendierung in einem die Zellteilung ermöglichenden Nährmedium wieder neue Biomasse zu bilden.The culture medium used in process step iii) can be any of the solvents or solutions known to the person skilled in the art, which are suitable for cultivating cells of the species Bacillus megaterium, Escherichia coli or Escherichia blattae, without these cells sharing significantly, however without appreciably affecting the vitality of the cells. Thus, the cells should, as far as possible again after a possibly in a further process step v) separation from the process step iii) culture medium used to be able to form again biomass in a resuspension in a nutrient medium enabling cell division.
Denkbar als Kulturmedium im Verfahrensschritt iii) ist beispielsweise der Einsatz von Wasser, von gepufferten Salzlösungen wie etwa PBS („phosphate buffered saline") oder anderen Salzlösungen, wobei diese Medien vorzugsweise geeignete pH-Puffersysteme, wie etwa HEPES, MOPS oder andere Pufferkomponenten beinhalten.Conceivable as a culture medium in step iii) is for example the Use of water, of buffered saline solutions such as PBS ("phosphate buffered saline") or other saline solutions, these media preferably being suitable pH buffer systems, such as include HEPES, MOPS or other buffer components.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das im Verfahrensschritt iii) eingesetzte Kulturmedium keine Corrinoide, vorzugsweise kein Coenzym B12, kein Vitamin B12 und kein Cobalamin beinhaltet.It is preferred in accordance with the invention that the culture medium used in process step iii) contains no corrinoids, preferably no coenzyme B 12 , no vitamin B 12 and no cobalamin.
Die
so gebildeten Aldehyde bzw. das so gebildete 3-Hydroxypropionaldehyd
können dann in einem weiteren Verfahrensschritt iv) von
dem im Verfahrensschritt iii) eingesetzten Kulturmedium und von
gegebenenfalls nicht umgesetzten Glycerin abgetrennt und somit aufgereinigt
werden, wobei diese Aufreinigung durch dem Fachmann bekannte Verfahren,
wie beispielsweise durch Kristallisation, durch Lyophilisierung,
durch chromatographische Verfahren oder durch eine Kombination dieser
Verfahren erfolgen kann. Weitere Möglichkeiten zur Aufreinigung
von beispielsweise 3 Hydroxypropionaldehyd und dessen Derivaten
können unter anderem Vollenweider
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glucose, Saccharose oder anderen Mono- und Polysacchariden, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- I) in Kontakt bringen einer erfindungsgemäßen Zelle, in der neben der Aktivität des Enzyms E1 und gegebenenfalls auch des Enzyms E2 auch die Aktivität mindestens eines der, vorzugsweise aller Enzyme E4 bis E7 erhöht ist, mit einem Kulturmedium, welches eine Bildung von Biomasse aus den Zellen ermöglicht, wobei dieses in Kontakt bringen der Zelle mit dem Nährmedium vorzugsweise unter Bedingungen erfolgt, unter denen keine Aldehyde, vorzugsweise kein 3-Hydroxypropionaldehyd, in für die Zellen toxischer Konzentration gebildet werden;
- II) gegebenenfalls Abtrennen der Zellen von dem Kulturmedium;
- III) in Kontakt bringen der Zellen mit einem Kulturmedium, in welchem die pro Zeit- und Volumeneinheit gebildete Biomasse um mindestens 50%, besonders bevorzugt um mindestens 90 besonders bevorzugt um mindestens 99 gegenüber der pro Zeit- und Volumeneinheit im Verfahrensschritt I) gebildeten Biomasse reduziert ist und welches Glucose, Saccharose oder andere Mono- und Polysaccharide sowie gegebenenfalls auch Glycerin beinhaltet, unter Bedingungen, unter denen die Zellen aus der Glucose, Saccharose oder anderen Mono- und Polysacchariden über Glycerin als Zwischenprodukt und gegebenenfalls auch direkt aus Glycerin 3-Hydroxypropionaldehyd bilden;
- IV) gegebenenfalls Aufreinigung des gebildeten 3-Hydroxypropionaldehyds aus dem Kulturmedium.
- I) bring into contact a cell according to the invention, in addition to the activity of the enzyme E 1 and optionally also of the enzyme E 2 , the activity of at least one, preferably all enzymes E 4 to E 7 is increased, with a culture medium, which is a formation of biomass from the cells, this contacting the cell with the nutrient medium preferably under conditions in which no aldehydes, preferably no 3-hydroxypropionaldehyde, are formed in cells of toxic concentration;
- II) optionally separating the cells from the culture medium;
- III) bringing the cells into contact with a culture medium in which the biomass formed per unit time and volume unit is reduced by at least 50%, particularly preferably by at least 90, more preferably by at least 99% compared to the biomass formed per unit time and volume in method step I) and which contains glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides and optionally also glycerol, under conditions under which the cells from the glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides via glycerol as intermediate and optionally also directly from glycerol form 3-hydroxypropionaldehyde ;
- IV) optionally purification of the 3-hydroxypropionaldehyde formed from the culture medium.
Hinsichtlich der Einzelheiten zu diesem Verfahren wird auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin, umfassend die Verfahrensschritte i) bis iv) verwiesen.Regarding the details of this procedure will apply to the appropriate Embodiments in connection with the above Process for the preparation of 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol, comprising the method steps i) to iv) referenced.
Einen weiteren Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch ein Verfahren zur Herstellung von C3-Verbindungen aus 3-Hydroxypropionaldehyd, umfassend die Verfahrensschritte:
- A) Bereitstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin oder des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von 3- Hydroxypropionaldehyd aus Glucose, Saccharose oder anderen Mono- und Polysacchariden;
- B) chemische oder biokatalytische Umsetzung des 3-Hydroxypropionaldehys durch Reduktion, Oxidation oder Dehydratisierung unter Erhalt von C3-Verbindungen;
- C) gegebenenfalls die weitere chemische oder biokatalytische Umsetzung der im Verfahrensschritt II) erhaltenen C3-Verbindung durch Reduktion, Oxidation oder Addition.
- A) providing 3-hydroxypropionaldehyde by means of the above-described process for the preparation of 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol or the above-described process for the preparation of 3-hydroxypropionaldehyde from glucose, sucrose or other mono- and polysaccharides;
- B) chemical or biocatalytic reaction of the 3-hydroxypropionaldehyde by reduction, oxidation or dehydration to give C3 compounds;
- C) optionally, the further chemical or biocatalytic reaction in step II) he retaining C 3 compound by reduction, oxidation or addition.
Zunächst wird im Verfahrensschritt I) 3-Hydroxypropionaldehyd mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glycerin oder des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von 3-Hydroxypropionaldehyd aus Glucose, Saccharose oder anderen Mono- und Polysacchariden bereitgestellt, wobei dieses gegebenenfalls, wie vorstehend im Zusammenhang mit diesen Verfahren beschrieben, aus der Fermentationslösung aufgereinigt worden sein kann.First is in process step I) 3-hydroxypropionaldehyde by means of above-described process for the preparation of 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol or the process for the preparation described above of 3-hydroxypropionaldehyde from glucose, sucrose or others Mono- and polysaccharides provided, this optionally, as described above in connection with these methods, may have been purified from the fermentation solution.
Im
Verfahrensschritt II) kann 3-Hydroxypropionaldehyd dann chemisch
oder biokatalytisch durch Reduktion, Oxidation oder Dehydratisierung
unter Erhalt von C3-Verbindungen, insbesondere
unter Erhalt von 1,3-Propandiol (Reduktion), Acrolein (Dehydratisierung)
oder 3-Hydroxypropionsäure (Oxidation), umgesetzt werden.
Dabei sind Einzelheiten zur Umsetzung von 3-Hydroxypropionaldehyd
zu Acrolein unter anderem durch
Gegebenenfalls
können die im Verfahrensschritt C) erhaltenen C3-Verbindungen in einem weiteren Verfahrensschritt
D) chemisch oder mikrobiologisch durch Reduktion, Oxidation oder
Addition noch weiter umgesetzt werden. In Betracht kommt hier insbesondere
die Umsetzung von im Verfahrensschritt C) erhaltenem Acrolein durch
Oxidation zur Acrylsäure, die dann gegebenenfalls in einem
noch weiteren Verfahrensschritt D) radikalisch unter Bildung von
auf Acrylsäure basierenden Polymeren umgesetzt werden kann.
In Betracht kommt hier insbesondere die radikalische Polymerisierung
von gegebenenfalls teilneutralisierter Acrylsäure in Gegenwart
geeigneter Vernetzer unter Bildung wasserabsorbierender Polyacrylate,
die auch als „Superabsorber" bezeichnet werden. Die chemische
Oxidation von Acrolein zu Acrylsäure und die anschließende
radikalische Polymerisation der so erhaltenen Acrylsäure
ist unter anderem in der
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand nicht limitierender Beispiele näher erläutert:The The present invention will now be described by way of non-limiting examples explained in more detail:
Beispiel 1example 1
(Vergleichende Analyse der Resistenz von ruhenden Bakterienzellen gegenüber 3-Hydroxypropionaldehyd)(Comparative analysis of the resistance of resting bacterial cells towards 3-hydroxypropionaldehyde)
-
– Zur Analyse der Resistenz ruhender
Bakterienzellen gegenüber 3-Hydroxypropionaldehyd (3-Hydroxypropionaldehyd)
wurde in einem Zwei-Stufen- Prozess eine wässrige 3-Hydroxypropionaldehyd-Lösung hergestellt.
Dazu wurden 10 ml MRS-Medium (Difco, Heidelberg), welches zusätzlich
20 mM Glycerin enthielt, mit 1% (v/v) einer Gefrierkultur von L.
reuteri beimpft, 18 h ohne Schütteln bei 37°C
inkubiert und diese Vorkultur vollständig zu 40 ml frischem
MRS-Medium gegeben und weitere 6 h bei 37°C ohne Schütteln inkubiert.
Die zweite Vorkultur wurde ebenfalls vollständig in 1 l
frisches MRS-Medium überführt und 15 h bei 37°C
ohne Schütteln in einer 1000-ml-Schottflasche kultiviert.
Anschließend wurden die Zellen geerntet (10 min, 4000 g,
RT), mit 0,1 M Kalium-Phosphatpuffer gewaschen und direkt für
die Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd eingesetzt. Das Zellpellet
wurde in 100 ml 250 mM Glycerin resuspendiert, um die Biotransformation
von Glycerin zu 3-Hydroxypropionaldehyd zu starten. Nach 60 min
wurde der Ansatz erneut zentrifugiert (10 min, 12000 g, 4°C;
der resultierende Überstand enthielt 160 mM 3-Hydroxypropionaldehyd.
Die Quantifizierung von 3-Hydroxypropionaldehyd wurde mittels eines
colorimetrischen Tests gemäß Doleyres et al. (
„Production of 3-hydroxypropionaldehyde using a two-step process with Lactobacillus reuteri, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68, 2005, Seiten 467–474 "Production of 3-hydroxypropionaldehyde using a two-step process with Lactobacillus reuteri, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68, 2005, pp. 467-474 - – Zur Analyse der Wirtsresistenz wurden 5 ml LB-Medium (nach Miller; Merck KGaA, Darmstadt) mit B. megaterium DSM319- bzw. E. blattae DSM4481-Zellen von einer frischen LB-Platte (nach Miller; Merck KGaA, Darmstadt) angeimpft und ca. 8 h bei 37°C und mit 180 rpm inkubiert. Anschließend wurden 100 ml LB-Medium mit 1,5% (v/v) der Vorkultur beimpft und die Zellen bis zur stationären Phase (ca. 16 h) bei 37°C, 180 rpm kultiviert. L. reuteri-Zellen wurden wie oben beschrieben in MRS-Medium (ohne Glycerin) kultiviert. Anschließend wurden die Zellen durch eine Zentrifugation (10 min, 5292 g, 4°C) geerntet, einmal mit 0,1 M Kalium-Phosphatpuffer (pH 7) gewaschen und in 5 ml der oben beschriebenen 160 mM 3-Hydroxypropionaldehyd-Lösung resuspendiert. Die Biomassekonzentration betrug ~1 × 1010 Zellen pro ml.For the analysis of host resistance, 5 ml of LB medium (according to Miller, Merck KGaA, Darmstadt) were inoculated with B. megaterium DSM319 or E. blattae DSM4481 cells from a fresh LB plate (Miller, Merck KGaA, Darmstadt) and incubated for approx. 8 h at 37 ° C. and at 180 rpm. Subsequently, 100 ml of LB medium were inoculated with 1.5% (v / v) of the preculture and the cells were cultured until the stationary phase (approximately 16 h) at 37 ° C., 180 rpm. L. reuteri cells were cultured in MRS medium (without glycerol) as described above. Subsequently, the cells were harvested by centrifugation (10 min, 5292 g, 4 ° C), washed once with 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7) and resuspended in 5 ml of the 160 mM 3-hydroxypropionaldehyde solution described above. The biomass concentration was ~ 1 × 10 10 cells per ml.
- – Die Ansätze wurden 1 h bei Raumtemperatur inkubiert und jeweils nach 10 min 100 μl-Proben zur Bestimmung der Lebendzellzahl entnommen. Dazu wurden geeignete Verdünnungen der Zellsuspension in Verdünnungslösung (0,85% (w/v) NaCl, 0,1% (w/v) Pepton aus Casein) auf MRS-Agarplatten ausplattiert und 48 h anaerob bei 37°C inkubiert. Anschließend wurden die Zellkolonien ausgezählt und die Lebendzellzahl bestimmt. Es wurde beobachtet, dass ebenso wie bei Lactobacillus reuteri ATCC55730 die Inkubation ruhender B. megaterium DSM319- bzw. E. blattae DSM4481-Zellen mit 3-Hydroxypropionaldehyd nicht zu einer signifikanten Reduktion der Lebendzellzahl innerhalb des analysierten Zeitraums führt. Die 3-Hydroxypropionaldehyd-Konzentration nahm über den analysierten Zeitraums hinweg nicht signifikant ab.The mixtures were incubated for 1 h at room temperature and after 10 min each 100 ul samples taken to determine the viable cell count. For this purpose, suitable dilutions of the cell suspension in dilution solution (0.85% (w / v) NaCl, 0.1% (w / v) peptone from casein) were plated on MRS agar plates and incubated anaerobically for 48 h at 37 ° C. Subsequently, the cell colonies were counted and the viable cell count determined. It has been observed that as with Lactobacillus reuteri ATCC55730 incubation ru The presence of B. megaterium DSM319 or E. blattae DSM4481 cells with 3-hydroxypropionaldehyde does not result in a significant reduction in the number of live cells within the analyzed period. The 3-hydroxypropionaldehyde concentration did not decrease significantly over the analyzed period.
Beispiel 2Example 2
(Herstellung einer rekombinanten B. megaterium-Zelle, bei der die Aktivität der Glycerin-Dehydratase erhöht worden ist)(Preparation of a recombinant B. megaterium cell, in which the activity of glycerol dehydratase has been increased is)
-
– Zur Überexpression der
Lactobacillus reuteri ATCC55730 Gene gldABC (Enzym E1)
und gldDE (Enzym E2, siehe auch GenBank-Einträge
DQ233724-DQ233720) (SEQ.-ID-Nr. 01) in Escherichia blattae DSM4481
und Bacillus megaterium DSM319 wurde das Plasmid pWH1520-gldABCDE
konstruiert (SEQ.-ID Nr. 02). Chromosomale DNA aus Lactobacillus
reuteri ATCC55730 diente als Matrize für eine PCR mit dem „ExpandTM High Fideltiy"-PCR-Kit von Roche Diagnostics
(Mannheim), gemäß Angaben des Herstellers. Der
kodierende Bereich der die Glycerin-Dehydratase (gldABC) und den
zugehörigen Reaktivierungsfaktors (gldDE) kodierenden Gene
einschließlich 34 bp vor dem gldA-Startkodon wurde mit
Hilfe der Oligonukleotide Bm GDfw XmaI (SEQ.-ID-Nr. 03) und Bm GDRFrv
SphI (SEQ.-ID-Nr. 04) aus der chromosmalen DNA von Lactobacillus
reuteri ATCC55730 in einer PCR amplifiziert (
"PCR protocols. A guide to methods and applications", 1990, Academic Press "PCR protocols: A guide to methods and applications", 1990, Academic Press - – Bm_GDfw_XmaI: 5'-TCC CCC CGG GCA TTA AGT AGA TCT GGA AGG AGG A-3' (SEQ.-ID-Nr. 02, beinhaltend eine XmaI-Erkennungssequenz am 5'-Ende)Bm_GDfw_XmaI: 5'-TCC C CC CGG G CA TTA AGT AGA TCT GGA AGG AGG A-3 '(SEQ ID NO: 02, containing an XmaI recognition sequence at the 5' end)
- – Bm_GDRFrv_SphI: 5'-ACA TGC ATG CAA ATC ACC TGT TTA CCA TTT CCT T-3' (SEQ.-ID-Nr. 03, beinhaltend eine SphI-Erkennungssequenz am 5'-Ende)Bm_GDRFrv_SphI: 5'-ACA T GC ATG CAA ATC ACC TGT TTA CCA TTT CCT T-3 '(SEQ ID NO: 03, containing a SphI recognition sequence at the 5' end)
-
– Das PCR-Produkt (5.212 Basenpaare) wurde mittels
des QIAquick PCR-Purification Kits (Qiagen, Hilden) gemäß den
Angaben des Herstellers aufgereinigt und anschlie ßend mittels
der Restriktionsendonukleasen XmaI und SphI (gemäß den
Angaben des Herstellers, New England Biolabs, Schwalbach) geschnitten.
Das nunmehr 5.202 bp große Fragment wurde in den XmaI/SphI-geschnittenen
Expressionsvektor pWH1520 (
7.896 Basenpaare; beschrieben durch Rygus und Rillen in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 35 (5), 1991, Seiten 594–599 7,896 base pairs; by Rygus and Rillen in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 35 (5), 1991, pp. 594-599 -
– Das Plasmid pWH1520-gldABCDE wie auch der Leervektor
pWH1520 wurden mittels Protoplastentransformation gemäß Biedendieck
(
Biedendieck, „Versatile Tools for Production, Secretion and Purification of Recombinant Proteins", 2006, Dissertation, S. 45–47 Biedendieck, "Versatile Tools for Production, Secretion and Purification of Recombinant Proteins", 2006, Dissertation, pp. 45-47
Beispiel 3Example 3
(Herstellung einer rekombinanten E. blattae-Zelle, bei der die Aktivität der Glycerin-Dehydratase erhöht worden ist)(Preparation of a recombinant E. blattae cell, in which increases the activity of glycerol dehydratase has been)
-
– Um die Eignung von E. blattae für
die Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd zu testen, wurde zunächst
der B. megaterium xylA-Promoter in Plasmid pWH1520-g1dABCDE durch
den lacZ-Promoter aus E. coli ersetzt. Dazu wurde der lacZ-Promoter
mittels PCR gemäß Innis et al. unter Verwendung
von pUC19-DNA (GenBank-Eintrag L09137) als Matrize und folgender
Oligonukleotide amplifiziert:
PlacZ-fw:
5'- TAT ATA GCT AGC CTC ATT AGG CAC CCC
AGG C-3' (SEQ.-ID Nr. 05, beinhaltend eine NheI-Erkennungssequenz
am 5'-Ende)
PlacZ-rv:
5'- TAT ATA CCC GGG CAA TTC CAC ACA ACA TAC GAG CC-3'
(SEQ.-ID Nr. 06, beinhaltend eine XmaI-Erkennungssequenz am 5'-Ende)
Das
PCR-Produkt (84 Basenpaare) wurde mittels des QIA-quick-PCR-Aufreinigungskits
von Qiagen, Hilden, gemäß den Angaben des Herstellers
aufgereinigt. Das aufgereinigte PCR-Produkt wurde mittels NheI und
XmaI (ebenfalls gemäß den Angaben des Herstellers
der Restriktionsendonukleasen, New England Biolabs, Schwalbach)
verdaut und in den NheI/XmaI-geschnittenen Vektor pWH1520-gldABCDE
(Beispiel 2) unter Erhalt des Vektors pWH1520-gldABCDE-lacZ (10.896
Basenpaare, SEQ.-ID-Nr. 07) ligiert. Die Authentizität
des Inserts wurde mittels DNA-Sequenzierung bestimmt. Ligation des
Expressionsvektors sowie die Herstellung und die Transformation
chemisch kompetenter E. coli-Zellen erfolgten in dem Fachmann bekannter
Art und Weise.
Um die Eignung von via directed evolution verbesserten
Glycerin-Dehydratasen für die Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd
zu prüfen, wurde die in Patenanmeldung
WO-A-2004/056963 EP-A-1 669 457 EP-A-1 669 457 WO-A-2004/056963 EP-A-1 669 457 EP-A-1 669 457 - – Die Plasmide pWH1520, pWH1520-gldABCDE-lacZ und pWH1520-SHGDH22 wurden mittels Elektroporation in E. blattae DSM4481 eingebracht und die resultierenden Stämme E. blattae/pWH1520, E. blattae/pWH1520-gldABCDE bzw. E. blattae/pWH1520-SHGDH22 genannt. Zur Präparation elektrokompetenter E. blattae-Zellen wurde 1 l LB-Medium (nach Miller; Merck KGaA, Darmstadt) mit 10 ml einer Übernachtkultur beimpft, bis zum Erreichen einer OD600 von 0,7 bei 37°C kultiviert und anschließend die Zellen 30 min auf Eis inkubiert. Alle weiteren Schritte wurden auf Eis durchgeführt. Nach einer Zentrifugation (15 min, 5292 g, 4°C), wurden die Zellen mit 1 l eiskaltem Wasser und erneut mit 500 ml eiskaltem Wasser gewaschen. Anschließend folgte ein weiterer Waschschritt mit 10 ml Glycerin-Lösung (10%, w/v, 15 min, 3300 g, 4°C). Das Zellpellet wurde in 2 ml 10%iger Glycerin-Lösung resuspendiert und 40 μl Aliquots bei –80°C gelagert.The plasmids pWH1520, pWH1520-gldABCDE-lacZ and pWH1520-SHGDH22 were introduced by electroporation into E. blattae DSM4481 and the resulting strains E. blattae / pWH1520, E. blattae / pWH1520-gldABCDE and E. blattae / pWH1520-SHGDH22 respectively , For the preparation of electrocompetent E. blattae cells, 1 l of LB medium (Miller, Merck KGaA, Darmstadt) was inoculated with 10 ml of an overnight culture, cultured to reach an OD 600 of 0.7 at 37 ° C., and then the cells 30 min incubated on ice. All further steps were done on ice. After centrifugation (15 minutes, 5292 g, 4 ° C), the cells were washed with 1 liter of ice-cold water and again with 500 ml of ice-cold water. This was followed by another washing step with 10 ml glycerol solution (10%, w / v, 15 min, 3300 g, 4 ° C). The cell pellet was resuspended in 2 ml of 10% glycerol solution and 40 μl aliquots stored at -80 ° C.
- – Für die Elektroporation wurde die zu transformierende DNA (1–2 μg) zu einem Aliquot gefrorener, kompetenter E. blattae-Zellen gegeben und auf Eis aufgetaut (maximal 10 min). Anschließend wurde der Ansatz in eine vorgekühlte Elektroporationsküvette überführt. Die Zellen wurden einem Strompuls ausgesetzt, wobei folgende Parameter eingestellt wurden: Spannung: 1,8 kV; Widerstand: 200 Ω; Kapazität: 25 μF. Sofort nach der Elektroporation wurde 1 ml LB-Medium zugegeben und der Ansatz 1 h bei 37°C und 700 rpm inkubiert. Danach wurden die Zellen auf selektiven LB-Platten (100 μg/ml Ampicillin) ausplattiert.- For electroporation, the to be transformed DNA (1-2 μg) into an aliquot frozen, competent E. blattae cells and thawed on ice (maximum 10 min). Subsequently, the approach was in a pre-cooled Transferred electroporation cuvette. The Cells were exposed to a current pulse, with the following parameters were adjusted: voltage: 1.8 kV; Resistance: 200 Ω; Capacity: 25 μF. Immediately after the electroporation 1 ml of LB medium was added and the mixture was incubated for 1 h at 37 ° C and incubated at 700 rpm. Thereafter, the cells were grown on selective LB plates (100 μg / ml ampicillin) plated out.
Beispiel 4Example 4
(HPLC-basierte Quantifizierung von Glycerin, 1,3-Propandiol und 3-Hydroxypropionaldehyd)(HPLC-based quantification of glycerol, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionaldehyde)
- – Zur Quantifizierung von Glycerin, 1,3-Propandiol und 3-Hydroxypropionaldehyd wurde in je 1 ml Zellsuspension die Biomasse durch Zentrifugation (10 min, 16.100 g, 4°C) abgetrennt und 40 μl des Kulturüberstands unter Verwendung eines Agilent Technologies 1200 LC Systems (High Performance Autosampler, G136B; Thermostat für Probengeber, G1330B; Micro-Vacuum Degasser, G1379B; Binäre Pumpe, G1312A; Säulenthermostat, G1316A; Brechungsindex-Detektor, G1362A, Agilent Technologies, Waldbronn) mit einer Aminex HPX-87H 300 × 7,8 mm Trennsäule (Bio-Rad Laboratories GmbH, München) mit 9 μm Partikelgröße analysiert. Die zu analysierenden Substanzen wurden isokratisch mit einer mobilen Phase aus 10 mM Schwefelsäure mit einer Flussrate von 0,6 ml/min 20 min bei 40°C eluiert. Glycerin, 1,3- Propandiol und 3-Hydroxypropionaldehyd wurden durch einen Vergleich mit der Verweilzeit von Referenzsubstanzen (Glycerin und 1,3-Propandiol: Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim; 3-Hydroxypropionaldehyd: eigene Herstellung) identifiziert. Die Konzentration der drei Verbindungen in den Kulturüberständen wurde über einen Vergleich der Peakflächen mit einer zuvor mit externen Standards erstellten Kalibriergerade berechnet.- For the quantification of glycerol, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionaldehyde were each in 1 ml of cell suspension the biomass by centrifugation (10 min, 16,100 g, 4 ° C) separated and 40 ul of the culture supernatant under Using an Agilent Technologies 1200 LC system (High Performance Autosampler, G136B; Thermostat for autosampler, G1330B; Micro-Vacuum Degasser, G1379B; Binary pump, G1312A; Column thermostat, G1316A; Refractive index detector, G1362A, Agilent Technologies, Waldbronn) with an Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm separation column (Bio-Rad Laboratories GmbH, Munich) with 9 microns Particle size analyzed. The to be analyzed Substances were isocratically with a mobile phase of 10 mM Sulfuric acid at a flow rate of 0.6 ml / min for 20 min eluted at 40 ° C. Glycerine, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionaldehyde were compared by comparison with the residence time of reference substances (Glycerol and 1,3-Propanediol: Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim; 3-hydroxypropionaldehyde: own preparation). The Concentration of the three compounds in the culture supernatants was using a comparison of peak areas with calculated using a calibration standard previously created with external standards.
Beispiel 5Example 5
(Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd mit rekombinanten E. blattae-Zellen, bei denen die Aktivität der Glycerin-Dehydratase erhöht worden ist)(Production of 3-hydroxypropionaldehyde with recombinant E. blattae cells that have the activity the glycerol dehydratase has been increased)
- – Die in Beispiel 3 konstruierten E. blattae-Stämme E. blattae/pWH1520, E. blattae/pWH1520-gldABCDE bzw. E. blattae/pWH1520-SHGDH22 wurden zunächst in 5 ml LB-Medium mit 100 μg/ml Ampicillin über Nacht bei 37°C und 180 rpm kultiviert. Am nächsten Morgen wurden 2 ml dieser Vorkulturen genutzt, um je 200 ml LB mit 2% (w/v) Glukose, 20 mM Glycerin und 100 μg/ml Ampicillin in 1-l-Schikanenkolben zu inokulieren. Beide Kolben wurden bei 37°C und 180 rpm inkubiert. Das Wachstum dieser Kulturen wurde anhand der scheinbaren optischen Dichte (OD600) verfolgt. Bei einer OD600 von ~2 wurden die Zellen geerntet, zweimal mit je 200 ml Saline (0,9% (w/v) NaCl) gewaschen und in 20 ml 250 mM Glycerin resuspendiert. Für einen Zeitraum von 1 h wurden alle 10 min Proben genommen und die Konzentration von Glycerin, 1,3-Propandiol und 3-Hydroxypropionaldehyd per HPLC (Beispiel 4) analysiert. Während der Kontroll stamm E. blattae/pWH1520 keinerlei 3-Hydroxypropionaldehyd produzierte, konnte im Fall E. blattae/pWH1520-gldABCDE und E. blattae/pWH1520-SHGDH22 die Bildung von 3-Hydroxypropionaldehyd nachgewiesen werden.The E. blattae strains E. blattae / pWH1520, E. blattae / pWH1520-gldABCDE or E. blattae / pWH1520-SHGDH22 constructed in Example 3 were initially added overnight in 5 ml LB medium containing 100 μg / ml ampicillin Cultured at 37 ° C and 180 rpm. The next morning, 2 ml of these precultures were used to inoculate 200 ml LB each with 2% (w / v) glucose, 20 mM glycerol and 100 μg / ml ampicillin in 1 L baffled flasks. Both flasks were incubated at 37 ° C and 180 rpm. Growth of these cultures was monitored by apparent optical density (OD 600 ). At ~ 600 OD600, the cells were harvested, washed twice with 200 ml saline (0.9% (w / v) NaCl) and resuspended in 20 ml 250 mM glycerol. Samples were taken every 10 min for a period of 1 h and the concentration of glycerol, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionaldehyde was analyzed by HPLC (Example 4). While the control strain E. blattae / pWH1520 did not produce any 3-hydroxypropionaldehyde, in the case E. blattae / pWH1520-gldABCDE and E. blattae / pWH1520-SHGDH22 the formation of 3-hydroxypropionaldehyde could be detected.
Beispiel 6Example 6
(Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd mit rekombinanten B. megaterium-Zellen, bei denen die Aktivität der Glycerin-Dehydratase erhöht worden ist)(Production of 3-hydroxypropionaldehyde with recombinant B. megaterium cells in which the activity of the Glycerol dehydratase has been increased)
- – Der in Beispiel 2 konstruierte B. megaterium-Stamm B. megaterium/pWH1520-gldABCDE sowie der entsprechende Kontrollstamm B. megaterium/pWH1520 wurden zunächst in 5 ml A5-Medium (Malten, M., Hollmann, R., Deckwer, W. D., Jahn, D. Production and secretion of recombinant Leuconostoc mesenteroides dextransucrase DsrS in Bacillus megaterium. Biotechnol. Bioeng. 2005. 89(2):206–18.) mit 4 g/l Hefeextrakt und 10 μg/ml Tetrazyklin über Nacht bei 37°C und 180 rpm kultiviert. Am nächsten Morgen wurden 2 ml dieser Vorkulturen genutzt, um je 200 ml A5-Medium mit 20 mM Glycerin und 10 μg/ml Tetrazyklin in 1-l-Schikanenkolben zu inokulieren. Beide Kolben wurden bei 37°C und 180 rpm inkubiert. Das Wachstum dieser Kulturen wurde anhand der scheinbaren optischen Dichte (OD600) verfolgt. Bei einer OD600 von ~0,4 wurde den Kulturen 0,5% (w/v) D-Xylose zugesetzt, um die Bildung des Biokatalysators zu induzieren. Bei einer OD600 von ~4 wurden die Zellen geerntet, zweimal mit je 200 ml Saline (0,9% (w/v) NaCl) gewaschen und in 20 ml 250 mM Glycerin resuspendiert. Für einen Zeitraum von 1 h wurden alle 10 min Proben genommen und die Konzentration von Glycerin, 1,3-Propandiol und 3-Hydroxypropionaldehyd per HPLC (Beispiel 4) analysiert. Während der Kontrollstamm B. megaterium/pWH1520 pWH1520 keinerlei 3-Hydroxypropionaldehyd produzierte, konnte im Fall von B. megaterium/pWH1520-gldABCDE die Bildung von 3-Hydroxypropionaldehyd nachgewiesen werden.The B. megaterium strain B. megaterium / pWH1520-gldABCDE constructed in Example 2 and the corresponding control strain B. megaterium / pWH1520 were initially mixed in 5 ml of A5 medium (Malten, M., Hollmann, R., Deckwer, WD, Jahn, D. Production and secretion of recombinant Leuconostoc mesenteroides dextransucrase DsrS in Bacillus megaterium Biotechnol. Bioeng., 2005. 89 (2): 206-18.) With 4 g / l yeast extract and 10 μg / ml tetracycline overnight at 37 ° C and cultured 180 rpm. The next morning, 2 ml of these precultures were used to inoculate 200 ml each of A5 medium containing 20 mM glycerol and 10 μg / ml tetracycline in 1 L baffled flasks. Both flasks were incubated at 37 ° C and 180 rpm. Growth of these cultures was monitored by apparent optical density (OD 600 ). At an OD 600 of ~ 0.4, 0.5% (w / v) D-xylose was added to the cultures to induce biocatalyst formation. At an OD 600 of ~ 4, the cells were harvested, washed twice with 200 ml of saline (0.9% (w / v) NaCl) and resuspended in 250 mM glycerol 20 ml. Samples were taken every 10 min for a period of 1 h and the concentration of glycerol, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionaldehyde was analyzed by HPLC (Example 4). While the control strain B. megaterium / pWH1520 pWH1520 did not produce any 3-hydroxypropionaldehyde, the formation of 3-hydroxypropionaldehyde was detected in the case of B. megaterium / pWH1520-gldABCDE.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 1669457 A [0006, 0074, 0074] - EP 1669457 A [0006, 0074, 0074]
- - DE 10031999 A [0025] - DE 10031999 A [0025]
- - EP 0472869 A [0028] EP 0472869 A [0028]
- - US 4601893 [0028] US 4601893 [0028]
- - WO 96/15246 A [0028] WO 96/15246 A [0028]
- - JP 10-229891 A [0028] JP 10-229891 A [0028]
- - US 4489160 [0029] US 4489160 [0029]
- - US 5158891 [0029] US 5158891 [0029]
- - WO 2004/056963 A [0033, 0033, 0074] WO 2004/056963 A [0033, 0033, 0074]
- - GB 1009370 A [0053] - GB 1009370 A [0053]
- - US 5334778 [0072] US 5334778 [0072]
- - US 6852517 [0072] - US 6852517 [0072]
- - WO 2006/136336 A [0073] WO 2006/136336 A [0073]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Doleyres et al.. in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68 (4),2005, Seiten 467–474; Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16–27; Lüthi-Peng et al.. in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 60 (1–2), 2002, Seiten 73–80. [0003] Doleyres et al., Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68 (4), 2005, pp. 467-474; Vollenweider and Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, pages 16-27; Lüthi-Peng et al. In Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 60 (1-2), 2002, pages 73-80. [0003]
- - siehe zum Beispiel Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16–27) bzw. 3-Hydroxypropionsäure (mit Hilfe des Enzyms 3-Hydroxypropionaldehyd-Dehydrogenase) (siehe zum Beispiel Chen et al. in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61, 2002, Seiten 360–369 [0004] See, for example, Vollenweider and Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, pages 16-27) and 3-hydroxypropionic acid (using the enzyme 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase) (see, for example, Chen et al in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61, 2002, pp. 360-369 [0004]
- - siehe zum Beispiel Slininger et al. in Applied Environmental Microbiology, Vol. 46, 1983, Seiten 62–67 und zur Übersicht Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16–27 [0005] see, for example, Slininger et al. in Applied Environmental Microbiology, Vol. 46, 1983, pp. 62-67, and for review Vollenweider and Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, pp. 16-27 [0005]
- - siehe zum Beispiel Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnologe, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16–27 [0005] See, for example, Vollenweider and Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnologist, Vol. 64 (1), 2004, pages 16-27 [0005]
- - siehe zum Beispiel Chen et al.. in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, Seiten 360–369 [0011] see, for example, Chen et al. in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, pp. 360-369 [0011]
- - Chen et al. im Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, Seiten 360–369 beschrieben [0018] - Chen et al. in the Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, pages 360-369. [0018]
- - Eine gebräuchliche Methode zur Präparation der Proteingele bei coryneformen Bakterien und zur Identifizierung der Proteine ist die von Hermann et al. in Electrophoresis, Volume 22: 1712–23 (2001 [0026] A common method for the preparation of the protein gels in coryneform bacteria and for the identification of the proteins is that described by Hermann et al. in Electrophoresis, Volume 22: 1712-23 (2001 )
- - Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989 [0026] Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY USA, 1989. [0026]
- - Lohaus und Meyer (1989) Biospektrum, 5: 32–39; Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 111: 2630–2647 [0026] Lohaus and Meyer (1989) Biospektrum, 5: 32-39; Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 111: 2630-2647 [0026]
- - auch als Gelretardation bezeichnet) gemessen werden (Wilson et al. (2001), Journal of Bacteriology, 183: 2151–2155 [0026] also referred to as gel retardation) (Wilson et al., (2001) Journal of Bacteriology, 183: 2151-2155 [0026]
- - Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989 [0026] Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY USA, 1989. [0026]
- - Donahue et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (19): 5624–5627; Ray et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (8): 2277–2284; Freedberg et al. (1973) Journal of Bacteriology 115 (3): 816–823 [0026] Donahue et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (19): 5624-5627; Ray et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (8): 2277-2284; Freedberg et al. (1973) Journal of Bacteriology 115 (3): 816-823 [0026]
- - Hermann et al.., Electrophoresis, 22: 1712–23 (2001 [0026] Hermann et al., Electrophoresis, 22: 1712-23 (2001) [0026]
- - Lohaus et al.., Biospektrum 5 32-39 (1998), Lottspeich, Angewandte Chemie 111: 2630–2647 (1999) und Wilson et al.., Journal of Bacteriology 183: 2151–2155 (2001 [0026] Lohaus et al., Biospektrum 5 32-39 (1998), Lottspeich, Angewandte Chemie 111: 2630-2647 (1999) and Wilson et al., Journal of Bacteriology 183: 2151-2155 (2001 [0026]
- - Reinscheid et al.. (Applied and Environmental Microbiology 60: 126–132 (1994) [0030] Reinscheid et al. (Applied and Environmental Microbiology 60: 126-132 (1994) [0030]
- - typischerweise Escherichia coli), nicht aber in Corynebacterium glutamicum repliziert werden kann. Als Vektoren kommen beispielsweise pSUP301 (Simon et al.., Bio/Technology 1: 784–791 (1983) [0030] - typically Escherichia coli), but can not be replicated in Corynebacterium glutamicum. Examples of vectors which are used are pSUP301 (Simon et al., Bio / Technology 1: 784-791 (1983) [0030]
- - Schäfer et al.., Gene 145: 69–73 (1994) [0030] Schäfer et al., Gene 145: 69-73 (1994) [0030]
- - (Shuman, Journal of Biological Chemistry 269: 32678–84 (1994) [0030] - (Shuman, Journal of Biological Chemistry 269: 32678-84 (1994) [0030]
- - Schrumpf et al.., Journal of Bacteriology 173: 4510–4516) [0030] Schrumpf et al., Journal of Bacteriology 173: 4510-4516). [0030]
- - (Spratt et al.., Gene 41: 337–342 (1986) [0030] - (Spratt et al., Gene 41: 337-342 (1986) [0030]
- - Methode der Konjugation ist beispielsweise bei Schäfer et al.., Applied and Environmental Microbiology 60: 756–759 (1994) beschrieben. Methoden zur Transformation sind beispielsweise bei Thierbach et al.., Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356–362 (1988), Dunican und Shivnan, Bio/Technology 7: 1067–1070 (1989) und Tauch et al.., FEMS Microbiology Letters 123: 343–347 (1994) [0030] Method of conjugation is described, for example, in Schäfer et al., Applied and Environmental Microbiology 60: 756-759 (1994). Methods for transformation are described, for example, in Thierbach et al., Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356-362 (1988), Dunican and Shivnan, Bio / Technology 7: 1067-1070 (1989), and Tauch et al., FEMS Microbiology Letters 123: 343-347 (1994) [0030]
- - et al. in Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 51, 2003, Seiten 3.287–3.293 [0067] - et al. in Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 51, 2003, pp. 3.287-3.293 [0067]
- - Hall und Stern in Journal of the Chemical Society, 1950, Seiten 490–498 beschrieben [0072] Hall and star described in Journal of the Chemical Society, 1950, pages 490-498. [0072]
- - „Production of 3-hydroxypropionaldehyde using a two-step process with Lactobacillus reuteri, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68, 2005, Seiten 467–474 [0074] "Production of 3-hydroxypropionaldehydes using a two-step process with Lactobacillus reuteri, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68, 2005, pages 467-474 [0074]
- - "PCR protocols. A guide to methods and applications", 1990, Academic Press [0074] - "PCR protocols: A guide to methods and applications", 1990, Academic Press [0074]
- - 7.896 Basenpaare; beschrieben durch Rygus und Rillen in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 35 (5), 1991, Seiten 594–599 [0074] - 7,896 base pairs; described by Rygus and Rillen in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 35 (5), 1991, pp. 594-599 [0074]
- - Biedendieck, „Versatile Tools for Production, Secretion and Purification of Recombinant Proteins", 2006, Dissertation, S. 45–47 [0074] - Biedendieck, "Versatile Tools for Production, Secretion and Purification of Recombinant Proteins", 2006, Dissertation, p. 45-47 [0074]
Claims (19)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007027006A DE102007027006A1 (en) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde |
PCT/EP2008/056195 WO2008148640A1 (en) | 2007-06-08 | 2008-05-20 | Microbiological production of aldehydes, especially of 3-hydroxypropionaldehyde |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007027006A DE102007027006A1 (en) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007027006A1 true DE102007027006A1 (en) | 2008-12-11 |
Family
ID=39798173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007027006A Withdrawn DE102007027006A1 (en) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007027006A1 (en) |
WO (1) | WO2008148640A1 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009002811A1 (en) | 2009-05-05 | 2010-11-11 | Evonik Degussa Gmbh | Enzymatic process for the preparation of aldehydes |
UA112980C2 (en) | 2011-02-16 | 2016-11-25 | Евонік Дегусса Гмбх | RARE Cationites |
BR112013026186A2 (en) | 2011-04-12 | 2016-07-26 | Evonik Degussa Gmbh | continuously operable process for the preparation of carbonyl compounds by means of a catalyst containing a nitroxyl radical |
EP2607490A1 (en) | 2011-12-22 | 2013-06-26 | Evonik Industries AG | Method for improved separation of a hydrophobic organic solution from an aqueous culture medium |
EP2607479A1 (en) | 2011-12-22 | 2013-06-26 | Evonik Industries AG | Biotechnological production of alcohols and derivatives thereof |
EP2631298A1 (en) | 2012-02-22 | 2013-08-28 | Evonik Industries AG | Biotechnological method for producing butanol and butyric acid |
EP2647696A1 (en) | 2012-04-02 | 2013-10-09 | Evonik Degussa GmbH | Method for aerobic production of alanine or a compound arising using alanine |
DE102012207921A1 (en) | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Evonik Industries Ag | Multi-stage synthesis process with synthesis gas |
EP2746397A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-25 | Evonik Industries AG | Production of omega amino fatty acids |
EP2944697A1 (en) | 2014-05-13 | 2015-11-18 | Evonik Degussa GmbH | Method of producing nylon |
ES2803208T3 (en) | 2015-12-17 | 2021-01-25 | Evonik Operations Gmbh | A genetically modified acetogenic cell |
MY187786A (en) | 2016-07-27 | 2021-10-22 | Evonik Operations Gmbh | N-acetyl homoserine |
EP4222136A1 (en) * | 2020-09-30 | 2023-08-09 | Genomium, Inc. | Fermentation process to produce bioacrolein and bioacrylic acid |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1009370A (en) | 1962-12-18 | 1965-11-10 | Ajinomoto I I | A process for the production of 1-glutamic acid by fermentation |
US4489160A (en) | 1981-08-26 | 1984-12-18 | Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. | Plasmid pCG2 |
US4601893A (en) | 1984-02-08 | 1986-07-22 | Pfizer Inc. | Laminate device for controlled and prolonged release of substances to an ambient environment and method of use |
EP0472869A2 (en) | 1990-08-30 | 1992-03-04 | Degussa Ag | Plasmids of corynebacterium glutamicum and derived plasmid vectors |
US5158891A (en) | 1984-08-21 | 1992-10-27 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Plasmid containing a gene for tetracycline resistance and DNA fragments derived therefrom |
US5334778A (en) | 1992-06-03 | 1994-08-02 | Degussa Aktiengesellschaft | Process for the production of 1,3-propanediol |
WO1996015246A1 (en) | 1994-11-11 | 1996-05-23 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Dna which regulates gene expression in coryne-form bacteria |
JPH10229891A (en) | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Production of malonic acid derivative |
DE10031999A1 (en) | 1999-09-09 | 2001-04-19 | Degussa | Process for the fermentative production of D-pantothenic acid using coryneform bacteria |
WO2004056963A2 (en) | 2002-12-16 | 2004-07-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | B12 dependent dehydratases with improved reaction kinetics |
US6852517B1 (en) | 1999-08-30 | 2005-02-08 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Production of 3-hydroxypropionic acid in recombinant organisms |
EP1669457A1 (en) | 2003-09-29 | 2006-06-14 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Process for producing 3-hydroxypropionaldehyde |
WO2006136336A2 (en) | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Evonik Stockhausen Gmbh | Prodcution of acrolein acrylic acid and water-absorbent polymer structures made from glycerine |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2796081B1 (en) * | 1999-07-09 | 2003-09-26 | Agronomique Inst Nat Rech | PROCESS FOR THE PREPARATION OF 1,3-PROPANEDIOL BY A MICROORGANISM RECOMBINANT IN THE ABSENCE OF COENZYME B12 OR ONE OF ITS PRECURSORS |
CN1298852C (en) * | 1999-08-18 | 2007-02-07 | 纳幕尔杜邦公司 | Process for biological production of 1,3-propanediol with high titer |
US6803218B1 (en) * | 1999-09-24 | 2004-10-12 | Genencor Intl., Inc. | Enzymes which dehydrate glycerol |
-
2007
- 2007-06-08 DE DE102007027006A patent/DE102007027006A1/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-05-20 WO PCT/EP2008/056195 patent/WO2008148640A1/en active Application Filing
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1009370A (en) | 1962-12-18 | 1965-11-10 | Ajinomoto I I | A process for the production of 1-glutamic acid by fermentation |
US4489160A (en) | 1981-08-26 | 1984-12-18 | Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. | Plasmid pCG2 |
US4601893A (en) | 1984-02-08 | 1986-07-22 | Pfizer Inc. | Laminate device for controlled and prolonged release of substances to an ambient environment and method of use |
US5158891A (en) | 1984-08-21 | 1992-10-27 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Plasmid containing a gene for tetracycline resistance and DNA fragments derived therefrom |
EP0472869A2 (en) | 1990-08-30 | 1992-03-04 | Degussa Ag | Plasmids of corynebacterium glutamicum and derived plasmid vectors |
US5334778A (en) | 1992-06-03 | 1994-08-02 | Degussa Aktiengesellschaft | Process for the production of 1,3-propanediol |
WO1996015246A1 (en) | 1994-11-11 | 1996-05-23 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Dna which regulates gene expression in coryne-form bacteria |
JPH10229891A (en) | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Production of malonic acid derivative |
US6852517B1 (en) | 1999-08-30 | 2005-02-08 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Production of 3-hydroxypropionic acid in recombinant organisms |
DE10031999A1 (en) | 1999-09-09 | 2001-04-19 | Degussa | Process for the fermentative production of D-pantothenic acid using coryneform bacteria |
WO2004056963A2 (en) | 2002-12-16 | 2004-07-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | B12 dependent dehydratases with improved reaction kinetics |
EP1669457A1 (en) | 2003-09-29 | 2006-06-14 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Process for producing 3-hydroxypropionaldehyde |
WO2006136336A2 (en) | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Evonik Stockhausen Gmbh | Prodcution of acrolein acrylic acid and water-absorbent polymer structures made from glycerine |
Non-Patent Citations (26)
Title |
---|
"PCR protocols. A guide to methods and applications", 1990, Academic Press |
"Production of 3-hydroxypropionaldehyde using a two-step process with Lactobacillus reuteri, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68, 2005, Seiten 467-474 |
(Shuman, Journal of Biological Chemistry 269: 32678-84 (1994) |
(Spratt et al.., Gene 41: 337-342 (1986) |
7.896 Basenpaare; beschrieben durch Rygus und Rillen in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 35 (5), 1991, Seiten 594-599 |
auch als Gelretardation bezeichnet) gemessen werden (Wilson et al. (2001), Journal of Bacteriology, 183: 2151-2155 |
Biedendieck, "Versatile Tools for Production, Secretion and Purification of Recombinant Proteins", 2006, Dissertation, S. 45-47 |
Chen et al. im Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, Seiten 360-369 beschrieben |
Doleyres et al.. in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 68 (4),2005, Seiten 467-474; Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16-27; Lüthi-Peng et al.. in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 60 (1-2), 2002, Seiten 73-80. |
Donahue et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (19): 5624-5627; Ray et al. (2000) Journal of Bacteriology 182 (8): 2277-2284; Freedberg et al. (1973) Journal of Bacteriology 115 (3): 816-823 |
Eine gebräuchliche Methode zur Präparation der Proteingele bei coryneformen Bakterien und zur Identifizierung der Proteine ist die von Hermann et al. in Electrophoresis, Volume 22: 1712-23 (2001 |
et al. in Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 51, 2003, Seiten 3.287-3.293 |
Hall und Stern in Journal of the Chemical Society, 1950, Seiten 490-498 beschrieben |
Hermann et al.., Electrophoresis, 22: 1712-23 (2001 |
Lohaus et al.., Biospektrum 5 32-39 (1998), Lottspeich, Angewandte Chemie 111: 2630-2647 (1999) und Wilson et al.., Journal of Bacteriology 183: 2151-2155 (2001 |
Lohaus und Meyer (1989) Biospektrum, 5: 32-39; Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 111: 2630-2647 |
Methode der Konjugation ist beispielsweise bei Schäfer et al.., Applied and Environmental Microbiology 60: 756-759 (1994) beschrieben. Methoden zur Transformation sind beispielsweise bei Thierbach et al.., Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356-362 (1988), Dunican und Shivnan, Bio/Technology 7: 1067-1070 (1989) und Tauch et al.., FEMS Microbiology Letters 123: 343-347 (1994) |
Reinscheid et al.. (Applied and Environmental Microbiology 60: 126-132 (1994) |
Sambrook et al., Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989 |
Schäfer et al.., Gene 145: 69-73 (1994) |
Schrumpf et al.., Journal of Bacteriology 173: 4510-4516) |
siehe zum Beispiel Chen et al.. in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61 (3), 2002, Seiten 360-369 |
siehe zum Beispiel Slininger et al. in Applied Environmental Microbiology, Vol. 46, 1983, Seiten 62-67 und zur Übersicht Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16-27 |
siehe zum Beispiel Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnologe, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16-27 |
siehe zum Beispiel Vollenweider und Lacroix in Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 64 (1), 2004, Seiten 16-27) bzw. 3-Hydroxypropionsäure (mit Hilfe des Enzyms 3-Hydroxypropionaldehyd-Dehydrogenase) (siehe zum Beispiel Chen et al. in Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 61, 2002, Seiten 360-369 |
typischerweise Escherichia coli), nicht aber in Corynebacterium glutamicum repliziert werden kann. Als Vektoren kommen beispielsweise pSUP301 (Simon et al.., Bio/Technology 1: 784-791 (1983) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008148640A1 (en) | 2008-12-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007027006A1 (en) | Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde | |
EP2175024B1 (en) | Microbiological production of 3-hydroxypropionic acid | |
DE112014000710B4 (en) | Bacterial strain with a high yield of 5-aminolevulinic acid, production process and uses thereof | |
EP1067192B1 (en) | L-lysine producing coryneform bacteria and methods for the production of L-lysine | |
EP2354235B1 (en) | Method for the fermentative production of L-amino acids involving the use of coryneform bacteria | |
WO2008119738A1 (en) | Enzyme for the production of methylmalonyl coenzyme a or ethylmalonyl coenzyme a, and use thereof | |
WO2011154503A1 (en) | Microbiological production of c4 bodies from saccharose and carbon dioxide | |
US10513693B2 (en) | Use of glycerol with limited feed of carbohydrates for fermentation | |
DE60115900T2 (en) | NUCLEOTIDE SEQUENCES CODING FOR THE MDHA GENE FROM CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM | |
DE102007059248A1 (en) | Recombinant cell capable of converting bicarbonate to organic compounds utilizes a 16-step metabolic pathway starting with acetyl coenzyme A | |
DE102004009454A1 (en) | Fermentative production of L-amino acids, especially methionine, useful e.g. in animal nutrition, by culturing bacteria in which components of the methionine uptake system are suppressed | |
DE10044681A1 (en) | New L-lactate dehydrogenase gene from coryneform bacteria, useful, when overexpressed, for increasing fermentative production of L-amino acid | |
EP1841859B1 (en) | Alleles of the mqo-gene from coryneform bacteria | |
DE60127425T3 (en) | NUCLEOTIDE SEQUENCES ENCODING THE PPSA GENE | |
EP1259622B1 (en) | Nucleotide sequences encoding proteins that take part in the biosynthesis of l-serine, improved method for microbially producing l-serine, and genetically modified microorganism suitable for use in said method | |
DE10063314A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the ilvE gene | |
DE10045496A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the ptsi gene | |
DE10045487A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the ccsB gene | |
DE10046623A1 (en) | New dps gene of coryneform bacteria, useful when overexpressed, for increasing fermentative production of L-amino acids, encodes a DNA-protection protein | |
DE10047403A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the ppgK gene | |
EP1205553A1 (en) | Nucleotide sequences encoding the sigD gene | |
DE10045579A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the atr61 gene | |
DE10047864A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the truB gene | |
DE10047866A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the dep67 gene | |
DE10047404A1 (en) | New nucleotide sequences coding for the msik gene |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140510 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EVONIK OPERATIONS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: EVONIK DEGUSSA GMBH, 40474 DUESSELDORF, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |