Способ получения органических композиций из гремучего газа и co2 через ацетоацетил-коа в качестве промежуточного продукта - RU2016100993A

1. Способ получения органических соединений, при этом способ включает этапы:

A) получения в водной среде водородокисляющей бактерии, имеющей по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁, который способен катализировать превращение 2-ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА и КоА;

B) приведения в контакт водной среды с газом, включающим H₂, CO₂ и O₂ в весовом отношении 20-70 к 10-45 к 5-35, более конкретно, 30-55 к 15-40 к 10-30, и необязательно

C) очищения органического соединения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водородокисляющая бактерия выбрана из перечня родов Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. O1, Kyrpidia, Metallosphaera, Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Treponema, Thiocapsa, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, где Cupriavidus является особенно предпочтительным.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фермент E₁ выбран из ацетил-КoA:ацетил-КoA-C-ацетилтрансфераз из класса ферментов EC 2.3.1.9.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фермент E₁ выбран из AAC26023.1, ABR35750.1 и ABR25255.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газ на этапе B) способа включает синтез-газ.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ на этапе B) способа составляет по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 70 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 90 вес.% всех источников углерода, доступных для водородокисляющей бактерии на этапе B) способа.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что CO₂ на этапе B) способа составляет по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 70 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 90 вес.% от всех источников углерода, доступных для водородокисляющей бактерии на этапе B) способа.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутанол, бутен, пропен или 2-гидроксимасляную кислоту, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₂, который способен катализировать превращение ацетоацетил-КoA и НАДН или НАДФН в 3-гидроксибутирил-КoA и НАД+ или НАДФ+.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что фермент E₂ выбран из 3-гидроксибутирил-КoA-дегидрогеназ из класса ферментов EC:1.1.1.157.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что фермент E₂ выбран из NP_349314.1, YP_001307469.1 и CAQ53138.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутанол, бутен, масляную кислоту или пропен, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₃, который способен катализировать превращение 3-гидроксибутирил-КоА в кротонил-КоА и воду.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что фермент E₃ выбран из 3-гидроксибутирил-КoA-дегидратаз из класса ферментов EC:4.2.1.55.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что фермент E₃ выбран из NP_349318.1, YP_001307465.1 и CAQ53134.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутанол, бутен, масляную кислоту или пропен, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₄, который способен катализировать превращение кротонил-КоА и НАДН или НАДФН в бутирил-КоА и НАД+ или НАДФ+.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что фермент E₄ выбран из бутирил-КoA-дегидрогеназ из класса ферментов EC:1.3.99.2.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что фермент E₄ выбран из NP_349317.1, YP_001307466.1 и CAQ53135.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутанол или бутен, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₅, который способен катализировать превращение бутирил-КоА и НАДН или НАДФН в бутиральдегид, НАД+ или НАДФ+ и HS-КоА или превращение бутирил-КоА и НАДН или НАДФН в бутиральдегид, НАД+ или НАДФ+ и HS-КоА, и бутиральдегида и НАДН или НАДФН в н-бутанол и НАД+ или НАДФ+.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что фермент E₅ выбран из бифункциональных альдегид/алкогольдегидрогеназ из класса ферментов EC:1.2.1.10 или EC:1.1.1.1 или из бутиральдегиддегидрогеназ из класса ферментов EC:1.2.1.10.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что фермент E₅ выбран из NP_149199.1, NP_563447.1 и YP_002861217.1, YP_001310903.1 и CAQ57983.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутанол или бутен, и водородокисляющая бактерия имеет повышенную активность, по сравнению с ее диким типом, фермента E₆, который способен катализировать превращение бутиральдегида и НАД(Ф)Н в н-бутанол и НАД(Ф)+.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что фермент E₆ выбран из бутанолдегидрогеназ из класса ферментов EC:1.1.1.-.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что фермент E₆ выбран из YP_001310904.1, YP_001310904 и CAQ53139.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₇, выбранного из переносящих электроны флавопротеинов из класса ферментов EC:2.8.3.9.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что фермент E₇ представляет собой гетеродимерный фермент, сконструированный из двух субъединиц, где альфа-субъединица выбрана из NP_349315.1, YP_001307468.1 и CAQ53137.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации, и бета-субъединица выбрана из NP_349316.1, YP_001307467.1 и CAQ53136.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой бутен, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₈, который способен катализировать превращение н-бутанола в 1-бутен и воду.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что фермент E₈ выбран из олеатгидратаз из класса ферментов EC:4.2.1.53, киевитонгидратаз из класса ферментов EC:4.2.1.95 и фазеоллидингидратаз из класса ферментов EC:4.2.1.97.

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что фермент E₈ выбран из ACT54545, OLHYD_STRPZ, OLHYD_FLAME и AAA87627.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

28. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой пропен или масляную кислоту, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₉, который способен катализировать превращение бутирил-КoA и Ф_н в бутирилфосфат и HS-КoA.

29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что фермент E₉ выбран из фосфатбутирилтрансфераз из класса ферментов EC:2.3.1.19.

30. Способ по п. 29, отличающийся тем, что фермент E₉ выбран из ABR32393.1 и ZP_05394269.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

31. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой пропен или масляную кислоту, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₀, который способен катализировать превращение бутирилфосфата и АДФ в бутират и АТФ.

32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что фермент E₁₀ выбран из бутираткиназ из класса ферментов EC:2.7.2.7.

33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что фермент E₁₀ выбран из ABR32394.1 и ZP_05392467.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

34. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой пропен, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₁, который способен катализировать превращение бутирата и H₂O₂ в пропен и H₂O.

35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что фермент E₁₁ выбран из цитохрома P450 из семейства CYP152.

36. Способ по п. 35, отличающийся тем, что фермент E₁₁ выбран из HQ709266.1, NP_388092.1 и NP_739069.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

37. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество выбрано из ацетона, 2-пропанола и пропена, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₂, который способен катализировать превращение ацетоацетил-КоА в ацетоацетат и КоА.

38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что фермент E₁₂ выбран из ацетоацетил-КoA:ацетат/ацил:КoA-трансфераз из класса ферментов EC:3.1.2.11, из бутиратацетоацетат-КoA-трансфераз из класса ферментов EC:2.8.3.9 или из ацил-КoA-гидролаз из класса ферментов EC:3.1.2.20.

39. Способ по п. 38, отличающийся тем, что фермент Е₁₂ выбран из гетеродимерных ацетоацетил-КoA:ацетат/ацил:КoA-трансфераз, сконструированных из двух субъединиц, где альфа-субъединица выбрана из NP_149326.1, YP_001310904.1 и CAQ57984.1, и бета-субъединица выбрана из NP_149327.1, YP_001310905.1 и CAQ57985.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации, бутират-ацетоацетат-КoA-трансфераз ctfA и ctfB из Clostridium acetobutylicum, а также atoD и atoA из Escherichia coli, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации, и ацетил-КoA-гидролаз teII из B. subtilis и ybgC из Heamophilus influenzae, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

40. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество выбрано из ацетона, 2-пропанола и пропена, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₃, который способен катализировать превращение ацетоацетата в ацетон и CO₂.

41. Способ по п. 40, отличающийся тем, что фермент E₁₃ выбран из ацетоацетатдекарбоксилаз из класса ферментов EC:4.1.1.4 или из ацетон:CO₂-лигаз из класса ферментов EC 6.4.1.6.

42. Способ по п. 41, отличающийся тем, что фермент E₁₃ выбран из NP_149328.1, YP_001310906.1 и CAQ57986.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

43. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество выбрано из 2-пропанола и пропена, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₄, который способен катализировать превращение ацетона, НАДФН и Н+ в пропан-2-ол + НАДФ+.

44. Способ по п. 43, отличающийся тем, что фермент E₁₄ выбран из пропан-2-ол:НАДФ+-оксидоредуктазы из класса ферментов EC:1.1.1.80.

45. Способ по п. 44, отличающийся тем, что фермент E₁₄ выбран из P14941.1, P35630.1, P75214.1 и P25984.1, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

46. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическое вещество представляет собой 2-гидроксиизомасляную кислоту, и водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенную активность фермента E₁₅, который способен катализировать превращение 3-гидроксибутирил-коэнзима А в 2-гидроксиизобутирил-коэнзим А.

47. Способ по п. 46, отличающийся тем, что фермент E₁₅ выбран из гидроксиизобутирил-КoA-мутаз, изобутирил-КoA-мутаз из класса ферментов EC 5.4.99.13 и метилмалонил-КoA-мутаз из класса ферментов EC 5.4.99.2.

48. Способ по п. 47, отличающийся тем, что фермент E₁₅ выбран из тех ферментов, которые могут быть выделены из микроорганизмов Aquincola tertiaricarbonis L108, DSM18028, DSM18512, Methylibium petroleiphilum PM1, Methylibium sp. R8, Xanthobacter autotrophicus Py2, Rhodobacter sphaeroides (ATCC 17029), Nocardioides sp. JS614, Marinobacter algicola DG893, Sinorhizobium medicae WSM419, Roseovarius sp. 217, Pyrococcus furiosus DSM 3638.

49. Способ по п. 46, отличающийся тем, что фермент E₁₅ представляет собой гетеродимерный фермент, включающий последовательности, выбранные из Seq. ID No. 78 и Seq. ID No. 80, а также белков, имеющих полипептидную последовательность, в которой до 60% аминокислотных остатков модифицированы относительно вышеупомянутых эталонных последовательностей путем делеции, вставки, замены или их комбинации.

50. Способ по п. 46, отличающийся тем, что водородокисляющая бактерия имеет по сравнению с ее диким типом повышенное количество белка MeaB, в частности такового с Seq ID No. 82.