説明

高光合成生物

本開示は、操作された生物に、改善された産業適合性を付与する経路および機構を特定する。本発明はまた、改善された産業適合性を有する操作された生物を開示する。光捕獲、二酸化炭素固定、NADH産生、NADPH産生、耐熱性、pH耐性、煙道ガス耐性、耐塩性、栄養分非依存性、および近赤外光吸収をもたらす、人工的な生物工学的モジュールが開示される。開示された、操作された生物は、これらのモジュールの1つまたは複数を含みうる。関心対象の炭素ベース産物、バイオマス、または薬学的薬剤を生成するために、操作された生物を使用する方法も提供される。



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【特許請求の範囲】
【請求項1】
光捕獲核酸、二酸化炭素固定経路核酸、NADH経路核酸、NADPH経路核酸、耐熱性核酸、pH耐性核酸、煙道ガス耐性核酸、耐塩性核酸、栄養分非依存性核酸、および近赤外光吸収核酸からなる群より選択される少なくとも1つの操作された核酸を含み、該操作された核酸によってコードされる異種タンパク質を発現するか、該操作された核酸の存在の結果として内因性タンパク質を過剰発現するか、該操作された核酸の存在の結果として内因性タンパク質を下方制御するか、または該操作された核酸の存在の結果として遺伝子がノックアウトされている、操作された光合成細胞。
【請求項2】
複数の操作された光捕獲核酸、二酸化炭素固定経路核酸、NADH経路核酸、NADPH経路核酸、耐熱性核酸、pH耐性核酸、煙道ガス耐性核酸、耐塩性核酸、栄養分非依存性核酸、および近赤外光吸収核酸をさらに含む、請求項1記載の操作された光合成細胞。
【請求項3】
複数の操作された核酸が複数の異種核酸をコードする、請求項2記載の操作された光合成細胞。
【請求項4】
操作された光捕獲核酸が、プロテオロドプシン、バクテリオロドプシン、デルタロドプシン、オプシン、キサントロロドプシン、レチナール生合成経路タンパク質、およびATP合成酵素タンパク質を含む群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項5】
操作された光捕獲核酸が、イソペンテニル二リン酸δイソメラーゼ;15,15’-βカロチンジオキシゲナーゼ;リコペンシクラーゼ;フィトエン合成酵素;フィトエンデヒドロゲナーゼ;ゲラニルゲラニルピロリン酸合成酵素;およびβカロチンケトラーゼタンパク質からなる群より1つまたは複数のタンパク質を含む1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項4記載の操作された光合成細胞。
【請求項6】
ATP合成酵素タンパク質が、膜結合型ATP合成酵素のF0セクター、サブユニットaタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF0セクター、サブユニットcタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF0セクター、サブユニットbタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF1セクター、αサブユニットタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF1セクター、εサブユニットタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF1セクター、βサブユニットタンパク質;膜結合型ATP合成酵素のF1セクター、γサブユニットタンパク質;および膜結合型ATP合成酵素のF1セクター、δサブユニットタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項4記載の操作された光合成細胞。
【請求項7】
操作された核酸が存在することで、ApcEタンパク質、CpcG1タンパク質、CpcA(フィコシアニンαサブユニット)タンパク質、CpcB(フィコシアニンβサブユニット)タンパク質、CpcC(フィコビリソームロッドリンカーペプチド)タンパク質、CpcD(フィコシアニンリンカータンパク質9K)タンパク質、CpcE(フィコビリソーム成熟タンパク質)タンパク質、CpcG(フィコビリソームロッドコアリンカーポリペプチド)タンパク質、CpcF(フィコシアニンαサブユニットフィコシアノビリンリアーゼ)タンパク質、pufA(集光性B875α鎖)タンパク質、およびpufB(集光性B875β鎖)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質の発現が下方制御またはノックアウトされる、請求項4〜6のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項8】
操作された炭素固定経路核酸が、3-ヒドロキシプロピオン酸回路タンパク質、カルビン回路タンパク質、炭素-アセチル-CoAフラックスタンパク質、糖新生経路タンパク質、グリオキシル酸シャント経路タンパク質、ピルビン酸合成経路タンパク質、還元的TCA回路タンパク質、およびウッド-ユングダール経路タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項9】
3-ヒドロキシプロピオン酸回路タンパク質が、アセチル-CoAカルボキシラーゼ(サブユニットα)タンパク質;アセチル-CoAカルボキシラーゼ(サブユニットβ)タンパク質;ビオチン-カルボキシル担体タンパク質(accB)、ビオチン-カルボキシラーゼタンパク質;マロニルCoA還元酵素タンパク質;3-ヒドロキシプロピオニル-CoA合成酵素タンパク質;プロピオニル-CoAカルボキシラーゼ(サブユニットα)タンパク質;プロピオニル-CoAカルボキシラーゼ(サブユニットβ)タンパク質;メチルマロニル-CoAエピメラーゼタンパク質;メチルマロニル-CoAムターゼタンパク質;スクシニル-CoA:L-リンゴ酸CoAトランスフェラーゼ(サブユニットα)タンパク質;スクシニル-CoA:L-リンゴ酸CoAトランスフェラーゼ(サブユニットβ)タンパク質;フマル酸還元酵素-frdA-フラビンタンパク質サブユニットタンパク質;フマル酸還元酵素鉄-硫黄サブユニット-frdbタンパク質;g15サブユニット[フマル酸還元酵素サブユニットc]タンパク質;g13サブユニット[フマル酸還元酵素サブユニットD]タンパク質;フマル酸ヒドラターゼ-クラスI好気性(fumA)タンパク質;フマル酸ヒドラターゼ-クラスI嫌気性(fumB)タンパク質;フマル酸ヒドラターゼ-クラスII(fumC)タンパク質;およびL-マリル-CoAリアーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項10】
カルビン回路タンパク質が、フルクトース-1,6-二リン酸アルドラーゼ-クラスI(Fda)タンパク質;フルクトース-1,6-二リン酸アルドラーゼ-クラスII(FbaA)タンパク質;グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)、cbbGタンパク質;ホスホリブロキナーゼ(PrkA)タンパク質;CP12タンパク質;トランスケトラーゼ(TktA)タンパク質;フルクトース-1,6-ビスホスファターゼ(Fbp)タンパク質;ペントース-5-リン酸-3-エピメラーゼ(Rpe)タンパク質;セドヘプツロース-1,7-二リン酸アルドラーゼ(RpaA)タンパク質;セドヘプツロース-1,7-ビスホスファターゼ(SBPアーゼ)タンパク質;リボース-5-リン酸イソメラーゼ(RpiA)タンパク質;ホスホグリセリン酸キナーゼタンパク質;トリオースリン酸イソメラーゼ(tpiA)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(RubisCo)-小サブユニット-cbbSタンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(RubisCo)-大サブユニットcbbLタンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ-小サブユニット(RbcS)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ-大サブユニット(RbcL)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ-小サブユニット(CbbS)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ-大サブユニット(CbbL)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(CbbM)タンパク質;リブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(RbcL)タンパク質;およびルビスコアクチバーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項11】
炭素-アセチル-CoAフラックスタンパク質が、パントテン酸キナーゼ(panK)タンパク質;ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、αサブユニット(pdhA)タンパク質;およびピルビン酸デヒドロゲナーゼ、αサブユニット(pdhB)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項12】
糖新生経路タンパク質が、ピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼタンパク質、フルクトース-1,6-ビスホスファターゼタンパク質、グルコース-6-ホスファターゼ-dog1タンパク質、およびグルコース-6-ホスファターゼ-dog2タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項13】
グリオキシル酸シャント経路タンパク質が、リンゴ酸合成酵素-aceBタンパク質、リンゴ酸合成酵素-glcBタンパク質、イソクエン酸リアーゼ-aceAタンパク質、およびリンゴ酸デヒドロゲナーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項14】
ピルビン酸合成経路タンパク質が、ピルビン酸合成酵素活性を有するピルビン酸フェレドキシン:酸化還元酵素タンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項15】
還元的TCA回路タンパク質が、ATP-クエン酸リアーゼ、サブユニット1タンパク質;ATP-クエン酸リアーゼ、サブユニット2タンパク質;シトリル-CoA合成酵素(大サブユニット)タンパク質;シトリル-CoA合成酵素(小サブユニット)タンパク質;シトリル-CoAリガーゼタンパク質;リンゴ酸デヒドロゲナーゼタンパク質;フマラーゼヒドラターゼ(好気性アイソザイム、fumA)タンパク質;フマラーゼヒドラターゼ(嫌気性アイソザイム、fumB)タンパク質;フマラーゼヒドラターゼ(fumC)タンパク質;コハク酸デヒドロゲナーゼ(フラビンタンパク質サブユニット-SdhA)タンパク質;SdhB鉄-硫黄サブユニットタンパク質;SdhC膜アンカーサブユニットタンパク質;SdhD膜アンカーサブユニットタンパク質;スクシニル-CoA合成酵素αサブユニット(sucD)タンパク質;スクシニル-CoA合成酵素αサブユニットタンパク質;スクシニル-CoA合成酵素β-サブユニット(sucC)タンパク質;スクシニル-CoA合成酵素βサブユニットタンパク質;α-ケトグルタル酸サブユニットα-korAタンパク質;2-オキソグルタル酸合成酵素タンパク質;2-オキソグルタル酸合成酵素タンパク質;2-オキソグルタル酸合成酵素タンパク質;2-オキソグルタル酸合成酵素タンパク質;α-ケトグルタル酸サブユニットβ-korBタンパク質;イソクエン酸デヒドロゲナーゼ-NADP依存性(Idh)タンパク質;イソクエン酸デヒドロゲナーゼ(Icd)タンパク質;イソクエン酸デヒドロゲナーゼ-NAD依存性サブユニット1タンパク質;イソクエン酸デヒドロゲナーゼ-NAD依存性サブユニット2タンパク質;アコニット酸ヒドラターゼ1(acnA)タンパク質;アコニット酸ヒドラターゼ2(acnB)タンパク質;ピルビン酸合成酵素、サブユニットA porAタンパク質;ピルビン酸合成酵素、サブユニットB porBタンパク質;ピルビン酸合成酵素、サブユニットC porCタンパク質;ピルビン酸合成酵素、サブユニットD porDタンパク質;ホスホエノールピルビン酸合成酵素-ppsAタンパク質;ホスホエノールピルビン酸合成酵素-ppsAタンパク質;およびPEPカルボキシラーゼ、ppCタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項16】
ウッド-ユングダール経路タンパク質が、NADP依存性ギ酸デヒドロゲナーゼ-サブユニットA Mt-fdhAタンパク質;NADP依存性ギ酸デヒドロゲナーゼ-サブユニットB Mt-fdhBタンパク質;ギ酸テトラヒドロ葉酸リガーゼタンパク質;ホルミルテトラヒドロ葉酸合成酵素タンパク質;ギ酸テトラヒドロ葉酸リガーゼタンパク質;メテニルテトラヒドロ葉酸シクロヒドロラーゼタンパク質;メチレンテトラヒドロ葉酸デヒドロゲナーゼ;メチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素(MetF)タンパク質;5-メチルテトラヒドロ葉酸コリノイド/鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ(AcsE)タンパク質;一酸化炭素デヒドロゲナーゼ/アセチル-CoA合成酵素-サブユニットβタンパク質;アセチル-CoAデカルボニラーゼ/合成酵素複合体サブユニットβ(AcsB)タンパク質;および一酸化炭素デヒドロゲナーゼ/アセチル-CoA合成酵素-サブユニットαタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項17】
操作された核酸が存在することで、アシルコエンザイムAデヒドロゲナーゼタンパク質、生合成グリセロール3-リン酸デヒドロゲナーゼタンパク質、および乳酸デヒドロゲナーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質の発現が下方制御またはノックアウトされる、請求項8記載の操作された光合成細胞。
【請求項18】
操作されたNADH経路核酸が、NAD+依存性イソクエン酸デヒドロゲナーゼ-idh1タンパク質;NAD+依存性イソクエン酸デヒドロゲナーゼ-idh2タンパク質;リンゴ酸デヒドロゲナーゼタンパク質;可溶性ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ(sthAまたはudhA)タンパク質;膜結合型ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ、サブユニットα、pntAタンパク質;膜結合型ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ、サブユニットβ、pntBタンパク質;およびNADH:ユビキノン酸化還元酵素(nuo)オペロンタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項19】
NADH:ユビキノン酸化還元酵素(nuo)オペロンタンパク質が、NuoAタンパク質、NuoBタンパク質、NuoCタンパク質、NuoDタンパク質、NuoEタンパク質、NuoFタンパク質、NuoGタンパク質、NuoHタンパク質、NuoIタンパク質、NuoJタンパク質、NuoKタンパク質、NuoLタンパク質、NuoMタンパク質、およびNuoNタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項18記載の操作された光合成細胞。
【請求項20】
操作されたNADPH経路核酸が、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ;zwfタンパク質;6-ホスホグルコノラクトナーゼ-pglタンパク質;6-ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ、gndタンパク質;NADP依存性イソクエン酸デヒドロゲナーゼタンパク質;NADP依存性リンゴ酸酵素;可溶性ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ(sthAまたはudhA)タンパク質;膜結合型ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ、サブユニットα、pntAタンパク質;および膜結合型ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ、サブユニットβ、pntBタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項21】
操作された核酸が存在することで、ホスホグルコースイソメラーゼタンパク質の発現が下方制御またはノックアウトされる、請求項20記載の操作された光合成細胞。
【請求項22】
操作された耐熱性核酸が、ベタイン生合成タンパク質;光化学系安定化タンパク質および修復タンパク質;ならびにタンパク質フォールディングタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項23】
ベタイン生合成タンパク質が、グリシンサルコシンメチルトランスフェラーゼ(ApGSMT)タンパク質およびジメチルグリシンメチルトランスフェラーゼ(ApDMT)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項22記載の操作された光合成細胞。
【請求項24】
光化学系安定化タンパク質および修復タンパク質が、光化学系IIマンガン安定化ポリペプチド(PsbO)タンパク質;PSII複合体12kDa外因性タンパク質(PsbU)タンパク質;およびチトクロムc550(PsbV)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項22記載の操作された光合成細胞。
【請求項25】
タンパク質フォールディングタンパク質が、熱ショックタンパク質分子シャペロン(HspA)タンパク質、シャペロニン1(GroEL-1)タンパク質、シャペロニン2(GroEL-2)タンパク質、コシャペロニン(GroES)タンパク質、およびエンドペプチダーゼ(ClpB)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項22記載の操作された光合成細胞。
【請求項26】
操作された耐熱性核酸が、δ-12-不飽和化酵素(desA)タンパク質、δ-15不飽和化酵素(desB)タンパク質、ステアロイル-CoA 9-不飽和化酵素(desC)タンパク質、δ-6-不飽和化酵素(desD)タンパク質、熱誘導性転写リプレッサータンパク質(hrcA)、およびヒスチジンキナーゼ34タンパク質(hik34)からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質の発現を下方制御またはノックアウトする、請求項22記載の操作された光合成細胞。
【請求項27】
操作されたpH耐性核酸が、グルタミン酸デカルボキシラーゼA(GadA)タンパク質;グルタミン酸デカルボキシラーゼβ(GadB)タンパク質;グルタミン酸:γ-アミノ酪酸アンチポーター(GadC)タンパク質;生分解性アルギニンデカルボキシラーゼ(AdiA)タンパク質;アルギニン:アグマチンアンチポーター(AdiC)タンパク質;シャペロンタンパク質dnaK2(DnaK)タンパク質;DNA指向性RNAポリメラーゼ、σサブユニット(sll0306)タンパク質;Zn依存性プロテアーゼ(sll0528)タンパク質;金属依存性ホスホエステラーゼ(sll0549)タンパク質;酸ストレス関連膜タンパク質(sll0939)タンパク質;熱ショック分子シャペロン(sll1514)タンパク質;マンノース-1-リン酸グアニルトランスフェラーゼ(sll1558)タンパク質;RNAポリメラーゼσ因子(sll2012)タンパク質;カルボキシル末端プロセシングプロテアーゼ(slr0008)タンパク質;分子シャペロン(slr0093)タンパク質;ゲラニルゲラニルピロリン酸合成酵素(slr0611)タンパク質;CheY様レシーバー(slr1214)タンパク質;シグナル伝達ヒスチジンキナーゼ(slr1285)タンパク質;スーパーオキシドジスムターゼ(slr1516)タンパク質;ヒドロゲナーゼ発現/形成タンパク質(slr1675)タンパク質;エステラーゼ(slr1916)タンパク質;ヒドロゲナーゼ成分タンパク質(ssl3044)タンパク質;塩素イオンチャネルタンパク質;および酸ストレス耐性タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項28】
塩素イオンチャネルタンパク質が、塩素イオンチャネルタンパク質(EriC)および塩素イオンチャネルタンパク質(MriT)からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項27記載の操作された光合成細胞。
【請求項29】
酸ストレス耐性タンパク質が、酸ストレス耐性タンパク質(sll0846)、酸ストレス耐性タンパク質(sll1086)、酸ストレス耐性タンパク質(sll1483)、酸ストレス耐性タンパク質(slr0270)、酸ストレス耐性タンパク質(slr0967)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1413)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1544)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1573)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1674)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1676)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1687)、酸ストレス耐性タンパク質(slr1915)、酸ストレス耐性タンパク質(ssl3769)、酸ストレス耐性タンパク質(ssr2016)、および酸ストレス耐性タンパク質(ssr2595)からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項27記載の操作された光合成細胞。
【請求項30】
操作された煙道ガス耐性核酸が、NOx耐性タンパク質、SOx耐性タンパク質、水銀耐性タンパク質、金属耐性タンパク質、および粒子エアロゾル耐性タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項31】
NOx耐性タンパク質が、マルチ銅オキシダーゼ1型(NirK)タンパク質;マルチ銅オキシダーゼ1型(ncgA)タンパク質;チトクロムc、クラスI(ncgB)タンパク質;およびチトクロムc、クラスIC(ncgC)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項30記載の操作された光合成細胞。
【請求項32】
SOx耐性タンパク質が、システイン合成酵素A(cysK)タンパク質、スーパーオキシドジスムターゼ(sodA)タンパク質、およびカタラーゼ(katG)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項30記載の操作された光合成細胞。
【請求項33】
操作された耐塩性核酸が、Na+/H+アンチポータータンパク質(apnhaP)、カタラーゼタンパク質(katG)、塩およびカドミウムストレス関連タンパク質(CW80Cd404)、breast basic conserved(bbc1)タンパク質、ならびにベタイン生合成タンパク質を含む群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項34】
ベタイン生合成タンパク質が、グリシンサルコシンメチルトランスフェラーゼ(ApGSMT)タンパク質およびジメチルグリシンメチルトランスフェラーゼ(ApDMT)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項33記載の操作された光合成細胞。
【請求項35】
操作された近赤外光吸収核酸がクロロフィルd生合成核酸からなる、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項36】
クロロフィルd生合成核酸が、オキシゲナーゼタンパク質、光化学系タンパク質、エポキシド還元酵素タンパク質、およびSAM利用オキシゲナーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項35記載の操作された光合成細胞。
【請求項37】
オキシゲナーゼタンパク質が、フェオホルビドAオキシゲナーゼタンパク質、酸化還元酵素、2-ニトロプロパンジオキシゲナーゼファミリータンパク質、リスケ2Fe-2Sドメインタンパク質、リスケ鉄-硫黄(cytb6f)融合タンパク質、ヘムオキシゲナーゼタンパク質、フィタノイル-CoAジオキシゲナーゼ(PhyH)タンパク質、第1のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、リグノスチルベン-α,β-ジオキシゲナーゼタンパク質、リポキシゲナーゼタンパク質、ヘムオキシゲナーゼタンパク質、第1のレチナール色素上皮膜(COG3670ジオキシゲナーゼファミリーのメンバー)タンパク質、キヌレニン3-モノオキシゲナーゼタンパク質、フィタノイル-CoAジオキシゲナーゼ(PhyH)スーパーファミリータンパク質、ジオキシゲナーゼサブファミリータンパク質、第2のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第2のレチナール色素上皮膜(COG3670ジオキシゲナーゼファミリーのメンバー)タンパク質、ルシフェラーゼ様モノオキシゲナーゼタンパク質、第1の短いリスケ鉄硫黄タンパク質、抗生物質生合成モノオキシゲナーゼドメインタンパク質、サリチル酸1-モノオキシゲナーゼタンパク質、第3のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、キヌレニン3-モノオキシゲナーゼタンパク質、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼタンパク質、リスケ2Fe-2Sドメインタンパク質、ISSタンパク質、第1の酸化還元酵素、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼファミリータンパク質、フェオホルビドAオキシゲナーゼタンパク質、第4のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第5のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第3のレチナール色素上皮膜(COG3670ジオキシゲナーゼファミリーのメンバー)タンパク質、モノオキシゲナーゼ、フラビン結合ファミリータンパク質、芳香環切断ジオキシゲナーゼ様タンパク質、第6のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、モノオキシゲナーゼ、FAD結合タンパク質、第1のリポキシゲナーゼタンパク質、第2の短いリスケ鉄硫黄タンパク質、第2の酸化還元酵素、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼファミリータンパク質、第7のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第1の抗生物質生合成モノオキシゲナーゼタンパク質、第2のリポキシゲナーゼタンパク質、第3の酸化還元酵素、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼファミリータンパク質、リスケ[2Fe-2S]ドメインタンパク質と融合した膜タンパク質、第2の抗生物質生合成モノオキシゲナーゼタンパク質、チトクロムb6f複合体リスケ鉄-硫黄サブユニットPetCタンパク質、第4の酸化還元酵素、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼファミリータンパク質、4-ヒドロキシフェニルピルビン酸ジオキシゲナーゼタンパク質、第8のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第9のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、第5の酸化還元酵素、2OG-Fe(II)オキシゲナーゼファミリータンパク質、第2のリスケ、2Fe-2Sタンパク質、第10のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、亜硝酸還元酵素のフェレドキシンサブユニット、および環ヒドロキシル化ジオキシゲナーゼ、保存されたリスケ(2Fe-2S)領域タンパク質を含有、クロロフィリドオキシゲナーゼ類似体タンパク質、モノオキシゲナーゼ、FAD結合タンパク質、システインジオキシゲナーゼI型ファミリータンパク質、グリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性/ジオキシゲナーゼ、EC1.13.11.27および2.5.1.18タンパク質、フェニルプロピオン酸ジオキシゲナーゼおよび関連する環ヒドロキシル化ジオキシゲナーゼ、大末端サブユニットタンパク質、第1のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼ、EC1.13.11.39および1.13.11.27タンパク質、第11のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、ジオキシゲナーゼタンパク質、ヘムオキシゲナーゼタンパク質、ヘムオキシゲナーゼ(開環)タンパク質、第3の抗生物質生合成モノオキシゲナーゼタンパク質、第4の抗生物質生合成モノオキシゲナーゼタンパク質、第2のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、EC1.13.11.39および1.13.11.27タンパク質、グリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼタンパク質、EC2.5.1.18、ならびに第3のグリオキサラーゼ/ブレオマイシン耐性タンパク質/ジオキシゲナーゼ、EC1.13.11.39および1.13.11.27タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項36記載の操作された光合成細胞。
【請求項38】
エポキシド還元酵素タンパク質が、チオレドキシン還元酵素、ビタミンKエポキシド還元酵素タンパク質、第1のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第2のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第1のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリータンパク質、第2のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリータンパク質、第3のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第4のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第3のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリータンパク質、第5のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第6のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、第4のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリータンパク質、第7のα/βヒドロラーゼフォールドタンパク質、カルボキシエステラーゼNPタンパク質、第5のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリータンパク質、α/βヒドロラーゼタンパク質、リゾホスホリパーゼタンパク質、第6のヒドロラーゼ、α/βフォールドファミリー、および仮説エポキシド還元酵素タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項36記載の操作された光合成細胞。
【請求項39】
SAM利用オキシゲナーゼタンパク質が、S-アデノシル-メチルトランスフェラーゼMraWタンパク質、ラジカルSAMドメイン/B12結合ドメインタンパク質、プレコリン-2 C20-メチルトランスフェラーゼタンパク質、第1のラジカルSAMドメインタンパク質、第2のラジカルSAMドメインタンパク質、第3のラジカルSAMドメインタンパク質、マグネシウムプロトポルフィリンO-メチルトランスフェラーゼタンパク質、ラジカルSAM酵素、Cfrファミリータンパク質、第4のラジカルSAMドメインタンパク質、第5のラジカルSAMドメインタンパク質、およびSAM依存性メチルトランスフェラーゼタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項36記載の操作された光合成細胞。
【請求項40】
光化学系タンパク質が、光化学系IサブユニットPsaAタンパク質、光化学系IサブユニットPsaBタンパク質、光化学系IIサブユニットPsbAタンパク質、光化学系IIサブユニットPsbDタンパク質、光化学系IIコアアンテナサブユニットPsbBタンパク質、および光化学系IIコアアンテナサブユニットPsbCタンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項36記載の操作された光合成細胞。
【請求項41】
操作された栄養分非依存性核酸が、アンモニア同化タンパク質、硝酸/亜硝酸同化タンパク質、硝酸/亜硝酸同化-亜硝酸耐性タンパク質、窒素固定タンパク質、尿素同化タンパク質、ビタミンB12生合成タンパク質、およびビタミンB12生合成-Co2+輸送からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質をコードする、請求項1〜3のいずれか一項記載の操作された光合成細胞。
【請求項42】
アンモニア同化タンパク質が、高親和性アンモニウム/メチルアンモニウムパーミアーゼ(amt1)タンパク質、アンモニウム/メチルアンモニウムパーミアーゼ(amt2)タンパク質、およびアンモニウム/メチルアンモニウムパーミアーゼ(amt3)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項43】
硝酸/亜硝酸同化タンパク質が、ABC型硝酸/亜硝酸輸送系基質結合タンパク質(nrtA)、ABC型硝酸/亜硝酸輸送系パーミアーゼタンパク質(nrtB)、ABC型硝酸/亜硝酸輸送系ATP結合タンパク質(nrtC)、ABC型硝酸/亜硝酸輸送系ATP結合タンパク質(nrtD)、亜硝酸/硝酸パーミアーゼタンパク質(nrtP)、亜硝酸還元酵素タンパク質(nirA)、および硝酸還元酵素タンパク質(narB)からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項44】
硝酸/亜硝酸同化-亜硝酸耐性タンパク質が、マルチ銅オキシダーゼ1型(NirK)タンパク質;マルチ銅オキシダーゼ1型(ncgA)タンパク質;チトクロムc、クラスI(ncgB)タンパク質;およびチトクロムc、クラスIC(ncgC)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項45】
窒素固定タンパク質が、FeMo補因子生合成タンパク質(nifB)、[4Fe-4S]フェレドキシン(fdxN)タンパク質、L-システイン脱硫酵素(nifS)タンパク質、Feクラスターアクセサリータンパク質(nifU)、ニトロゲナーゼ-Feサブユニット(nifH)タンパク質、ニトロゲナーゼ-αサブユニット(nifD)タンパク質、ニトロゲナーゼ-βサブユニット(nifK)タンパク質、FeMo補因子アクセサリータンパク質(nifE)、FeMo補因子アクセサリータンパク質(nifN)、FeMo補因子アクセサリータンパク質(nifX)、FeMo補因子アクセサリータンパク質(nifW)、FeMo補因子アクセサリータンパク質(hesA)、FeSクラスター補因子アセンブリアクセサリータンパク質(hesB)、窒素固定特異的フェレドキシン(FdxH)タンパク質、ピルビン酸:フラボドキシン酸化還元酵素(nifJ)タンパク質、ホモクエン酸合成酵素(nifV)タンパク質、FeMo補因子アクセサリータンパク質(nifZ)、およびFeMo補因子アクセサリータンパク質(nifT)からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項46】
尿素同化タンパク質が、尿素アミドヒドロラーゼ、γサブユニット(ureA)タンパク質;尿素アミドヒドロラーゼ、βサブユニット(ureB)タンパク質;尿素アミドヒドロラーゼ、αサブユニット(ureC)タンパク質;ウレアーゼアクセサリータンパク質(ureD);ウレアーゼアクセサリータンパク質(ureE);ウレアーゼアクセサリータンパク質(ureF);ウレアーゼアクセサリータンパク質(ureG);ABC型、高親和性尿素パーミアーゼペリプラズムドメイン(urtA)タンパク質;ABC型、高親和性尿素パーミアーゼ、膜ドメイン(urtB)タンパク質;ABC型、高親和性尿素パーミアーゼ、膜ドメイン(urtC)タンパク質;ABC型、高親和性尿素パーミアーゼ、ATP結合ドメイン(urtD)タンパク質;およびABC型、高親和性尿素パーミアーゼ、ATP結合ドメイン(urtE)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項47】
ビタミンB12生合成タンパク質が、ウロポルフィリン-III C-メチルトランスフェラーゼコバルトキラターゼ(cysG)タンパク質;シロヒドロクロリンコバルトキラターゼ(cbiK)タンパク質;プレコリン-2 C20-メチルトランスフェラーゼ(cbiL)タンパク質;プレコリン-3Bメチラーゼ(cbiH)タンパク質;二機能CbiG/プレコリンメチルトランスフェラーゼ(cbiG)タンパク質;プレコリン-4 C11-メチルトランスフェラーゼ(cbiF)タンパク質;コバラミン生合成タンパク質(cbiD);NADPH依存性プレコリン-6A還元酵素(cbiJ)タンパク質;プレコリン-6B C5,15-メチルトランスフェラーゼ(cbiE)タンパク質;プレコリン-6B C12デカルボキシラーゼ(cbiT)タンパク質;プレコリン-8X-メチルムターゼ(cbiC)タンパク質;コビリニン酸A,C-ジアミド合成酵素(cbiA)タンパク質;コビリニン酸(I)a,c-ジアミドアデノシルトランスフェラーゼ(btuR)タンパク質;コビリニン酸合成酵素(cbiP)タンパク質;コビリン酸デカルボキシラーゼ(cobD)タンパク質;アデノシルコビナミドリン酸合成酵素(cbiB)タンパク質;αリバゾール-5'-Pホスファターゼ(cobC)タンパク質;コバラミン(5'リン酸)合成酵素(cobS)タンパク質;コビナミドリン酸グアニリルトランスフェラーゼ(cobU)タンパク質;およびニコチン酸-ヌクレオチドジメチルベンズイミダゾール-Pホスホリボシルトランスフェラーゼ(cobT)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項48】
ビタミンB12生合成-Co2+輸送タンパク質が、ABC型Co2+輸送系、パーミアーゼ成分タンパク質;ABC型コバルト輸送系、ペリプラズム成分タンパク質;およびABC型コバルト輸送系、パーミアーゼ成分タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項49】
ビタミンB12非依存性タンパク質が、5-メチルテトラヒドロプテロイルトリグルタミン酸-ホモシステインメチルトランスフェラーゼ(metE)タンパク質;リボヌクレオシド-二リン酸還元酵素、αサブユニット(nrdA)タンパク質;およびリボヌクレオシド-二リン酸還元酵素、βサブユニット(nrdB)タンパク質からなる群より選択される1つまたは複数のタンパク質を含む、請求項41記載の操作された光合成細胞。
【請求項50】
metEタンパク質が、大腸菌(Escherichia coli)K12(アクセッション番号NP_418273.1)またはサーモシネココッカス・エロンガタス(Thermosynechococcus elongatus)BP-1(アクセッション番号NP_681881)に由来する、請求項49記載の操作された光合成細胞。
【請求項51】
耐熱性核酸、pH耐性核酸、煙道ガス耐性核酸、耐塩性核酸、栄養分非依存性核酸、および近赤外光吸収核酸からなる群より選択される少なくとも1つの操作された核酸を含み、該操作された核酸によってコードされる異種タンパク質を発現するか、該操作された核酸の存在の結果として内因性タンパク質を過剰発現するか、該操作された核酸の存在の結果として内因性タンパク質を下方制御するか、または該操作された核酸の存在の結果として遺伝子がノックアウトされている、操作された炭素固定細胞。
【請求項52】
耐熱性核酸、pH耐性核酸、煙道ガス耐性核酸、耐塩性核酸、近赤外光吸収核酸、および栄養分非依存性核酸からなる群より選択される複数の操作された核酸を含む、請求項51記載の操作された光合成細胞。
【請求項53】
関心対象の炭素ベース産物を産生する方法であって、以下の工程を含む方法:
(a)光捕獲核酸、二酸化炭素固定経路核酸、NADH経路核酸、NADPH経路核酸、耐熱性核酸、pH耐性核酸、煙道ガス耐性核酸、耐塩性核酸、栄養分非依存性核酸、および近赤外光吸収核酸からなる群より選択される少なくとも1つの操作された核酸を発現するように、細胞を操作する工程であって、少なくとも1つの操作された核酸の発現が、(i)該操作された核酸によってコードされる異種タンパク質の発現、(ii)該操作された核酸の存在の結果としての内因性タンパク質の過剰発現、または(iii)該操作された核酸の存在の結果としての内因性タンパク質の過小発現を含む、工程;ならびに
(b)CO2および光の存在下で該細胞を培養して、関心対象の炭素ベース産物を産生する工程。
【請求項54】
関心対象の炭素ベース産物を取り出す工程をさらに含む、請求項53記載の方法。
【請求項55】
関心対象の炭素ベース産物が、タンパク質、コエンザイムA、アセチルコエンザイムA、アルデヒド、カルボン酸、エーテル、エステル、カロテノイド、ケトン、アルカン、アルケン、アルキン、ジエン、イソプレン、カルボン酸、界面活性剤、ワックスエステル、ポリマー化学物質[ポリフタレートカーボネート(PPC)、ポリエステルカーボネート(PEC)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリ-β-ヒドロキシ酪酸(PHB)、ポリラクチド(PLA)、およびポリカプロラクトン(PCL)]、モノマー化学物質[プロピレングリコール、エチレングリコール、および1,3-プロパンジオール、エチレン、酢酸、酪酸、3-ヒドロキシプロパン酸(3-HPA)、アクリル酸、マロン酸、脂肪酸、アセチル-CoA結合炭化水素、アセチル-CoA結合炭水化物、およびポリケチド中間体、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、およびオクタデカノール、バイオディーゼル、バイオ原油、「再生可能な石油」、ならびに薬物からなる群より選択される1つまたは複数の産物を含む、請求項53記載の方法。

【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図6A】
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【図6B】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公表番号】特表2011−516029(P2011−516029A)
【公表日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−533328(P2010−533328)
【出願日】平成20年11月10日(2008.11.10)
【国際出願番号】PCT/US2008/083056
【国際公開番号】WO2009/062190
【国際公開日】平成21年5月14日(2009.5.14)
【出願人】(510125785)ジュール アンリミテッド インコーポレイテッド (1)
【Fターム(参考)】