产油酵母和真菌中类胡萝卜素的产生的制作方法

产油酵母和真菌中类胡萝卜素的产生的制作方法
【专利摘要】本发明提供用于生产表达类胡萝卜素的经工程设计的产油酵母或真菌的系统。
【专利说明】产油酵母和真菌中类胡萝卜素的产生
[0001]本申请是申请日为2006年3月20日，申请号为200680008816.2，发明名称为“产油酵母和真菌中类胡萝卜素的产生”的申请的分案申请。
[0002]相关申请案
[0003]本申请案主张2005年3月18日申请的美国临时申请案第60/663，621号的权益，所述申请案的内容是以全文引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0004]无
【背景技术】
[0005]类胡萝卜素是由某些有机体(包括光合作用有机体)(例如，植物、藻类、蓝藻)和一些真菌自然产生的有机色素，其颜色在黄色到红色的范围内。类胡萝卜素负责使胡萝卜呈橙色，同时也是导致火烈鸟和鲑鱼呈粉红色和龙虾与小虾呈红色的原因。然而，动物无法产生类胡萝卜素并且必须通过饮食来接收类胡萝卜素。
[0006]工业上将类 胡萝卜素色素(例如，胡萝卜素和奸青素(astaxanthin))用作食品和饲料原料的成分，从而提供营养功能并增强消费者的可接受性。举例来说，虾青素广泛用于鲑鱼水产养殖业中以使其具有其野生对应物的橙色特征。一些类胡萝卜素还是维生素A的前体。同时，类胡萝卜素具有抗氧化剂特性，并且可具有多种健康益处(例如，参看Jyonouchi 等人，Nutr.Cancerl6:93,1991 ；Giovannucci 等人，J.Natl.Cancer Inst.87:1767,1995 ；Miki, Pure App1.Chem63:141,1991 ；Chew 等人，Anticancer Res.19:1849,1999 ;Wang 等人，Antimicrob.Agents Chemother.44:2452, 2000)。一些类胡萝卜素(诸如β_胡萝卜素、番茄红素和叶黄素)当前是作为营养补充剂销售。
[0007]一般来说，产生类胡萝卜素的生物系统在工业上极难操作和/或因仅产生低水平的化合物而使工业规模分离无法实行。因此，工业上使用的大多数类胡萝卜素都是通过化学合成制备。故需要经改良的能产生类胡萝卜素的生物系统。先前已对基因工程设计某些细菌或真菌以产生较高水平的类胡萝卜素进行一些尝试(例如，参看Misawa等人，J.Biotechnol.59:169，1998 ;Visser 等人，FEMS Yeast Research4:221,2003)。然而，仍需要允许以较高产量生产并且更易于分离的经改良系统。

【发明内容】

[0008]本发明提供一种重组真菌，其中:a.上述真菌因可以积累占其细胞干重至少约20%的脂质而为产油真菌；且b.上述真菌产生至少一种类胡萝卜素，并且其可积累占其细胞干重至少约I %的所产生的类胡萝卜素；其中上述真菌包含至少一种选自由产类胡萝卜素修饰、产油修饰和其组合组成的群组的修饰，且其中上述至少一种修饰改变上述真菌的产油能力、赋予上述真菌产油能力、赋予上述真菌产生占其细胞干重至少约1%的水平的上述至少一种类胡萝卜素的能力或赋予上述真菌产生至少一种上述真菌不会自然产生的类胡萝卜素的能力。
[0009]上述真菌是自然产油的。
[0010]上述真菌不是自然产油的。
[0011]上述真菌不会自然产生上述至少ー种类胡萝卜素。
[0012]上述真菌自然产生上述至少ー种类胡萝卜素。
[0013]上述真菌不会自然产生至少ー种类胡萝卜素。
[0014]上述真菌自然产生至少ー种类胡萝卜素。
[0015]上述真菌是以单一细胞的形式生长。
[0016]上述真菌为酵母。
[0017]上述真菌含有至少ー种产油修饰。
[0018]上述至少ー种产油修饰赋予上述真菌产油能力。
[0019]上述至少ー种产油修饰改变上述真菌的产油能力。
[0020]上述真菌另外包含至少ー种产类胡萝卜素修饰，其中上述产类胡萝卜素修饰赋予上述真菌产生占其细胞干重至少约1%的水平的上述至少ー种类胡萝卜素的能力，或赋予上述真菌产生至少ー种上述真菌不会自然产生的类胡萝卜素的能力。
[0021]上述至少ー种产油修饰增加至少ー种产油多肽的表达或活性。
[0022]上述至少ー种产油修饰降低至少ー种产油多肽的表达或活性。
[0023]上述至少ー种产油修饰增加至少ー种产油多肽的表达或活性，并且降低至少ー种其它产油多肽的表达或活性。
[0024]上述真菌是红酵母(Xanthophyllomycesdendrorhous)(红法夫酵母(Phqffiarhodozymaノ)。
[0025]上述真菌是酿酒酵母(Saccharomycescerevisae)。
[0026]上述至少ー种产油多肽选自由以下多肽组成的群组:こ酰辅酶A羧化酶多肽、丙酮酸脱羧酶多肽、异柠檬酸脱氢酶多肽、ATP-柠檬酸裂解酶多肽、苹果酸酶多肽、AMP脱氨酶多肽和其组合。
[0027]上述至少ー种产油多肽为至少ー种选自由表1到表6中任一表中的多肽组成的群组的多肽。
[0028]上述至少ー种产油修饰包含在上述真菌中表达至少ー种异源产油多肽。
[0029]上述至少ー种产油修饰包含表达至少一种编码上述至少ー种异源产油多肽的异源基因。
[0030]上述至少ー种异源产油多肽包含动物多肽、哺乳动物多肽、昆虫多肽、植物多肽、真菌多肽、酵母多肽、藻类多肽、细菌多肽、蓝藻多肽、古细菌多肽或原生动物多肽。
[0031]上述至少ー种异源产油多肽包含至少两种异源产油多肽。
[0032]上述至少两种异源产油多肽是来自单ー原始生物体。
[0033]上述至少两种异源产油多肽是来自至少两种不同的原始生物体。
[0034]上述真菌含有至少ー种产类胡萝卜素修饰。
[0035]上述至少ー种产类胡萝卜素修饰赋予上述真菌产生占其细胞干重至少约1%的水平的上述至少ー种类胡萝卜素的能力。
[0036]上述至少ー种产类胡萝卜素修饰赋予上述真菌产生至少ー种上述真菌不会自然产生的类胡萝卜素的能力。
[0037]上述真菌另外包含至少一种产油修饰，其中上述产油修饰改变上述真菌的产油能力或赋予上述真菌产油能力。
[0038]上述至少一种产类胡萝卜素修饰赋予上述真菌产生选自由达到占上述真菌的细胞干重的以下水平组成的群组的上述至少一种类胡萝卜素的能力:至少约2%、至少约3%、至少约5%和至少约10%。
[0039]上述至少一种类胡萝卜素选自由虾青素、胡萝卜素、角黄素、玉米黄素、叶黄素、番茄红素和其组合组成的群组。
[0040]上述至少一种类胡萝卜素主要为虾青素。
[0041]上述至少一种产类胡萝卜素修饰增加产类胡萝卜素多肽的表达或活性。
[0042]上述至少一种产类胡萝卜素修饰降低产类胡萝卜素多肽的表达或活性。
[0043]上述至少一种产类胡萝卜素修饰增加至少一种产类胡萝卜素多肽的表达或活性并且降低至少一种其它产类胡萝卜素多肽的表达或活性。
[0044]上述至少一种产类胡萝卜素修饰包含表达至少一种异源产类胡萝卜素多肽。
[0045]上述至少一种产 类胡萝卜素修饰包含表达至少一种编码上述至少一种异源产类胡萝卜素多肽的异源基因。
[0046]上述产类胡萝卜素多肽选自由以下多肽组成的群组:类异戊二烯生物合成多肽、类胡萝卜素生物合成多肽、类异戊二烯生物合成竞争剂多肽和其组合。
[0047]上述类异戊二烯生物合成多肽选自由以下多肽组成的群组:乙酰乙酰辅酶A硫解酶多肽、HMG-CoA合酶多肽、HMG-CoA还原酶多肽、甲羟戊酸激酶多肽、磷酸甲羟戊酸激酶多肽、甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶多肽、IPP异构酶多肽、FPP合酶多肽和GGPP合酶多肽。
[0048]上述类胡萝卜素生物合成多肽选自由以下多肽组成的群组:八氢番茄红素合酶多肽、八氢番茄红素脱氢酶多肽、番茄红素环化酶多肽、类胡萝卜素酮酶多肽、类胡萝卜素羟化酶多肽、虾青素合酶多肽、类胡萝卜素ε羟化酶多肽、类胡萝卜素葡糖基转移酶多肽、番茄红素环化酶(β和ε亚单位)多肽和酰基辅酶A: 二酰基甘油酰基转移酶多肽。
[0049]上述类异戊二烯生物合成竞争剂多肽选自由角鲨烯合酶多肽、异戊二烯基二磷酸合酶和PHB聚异戊二烯基转移酶组成的群组。
[0050]上述产类胡萝卜素多肽选自由表7-25、表29和表30中任一表中的多肽中的任一种和其组合组成的群组。
[0051]上述至少一种异源产类胡萝卜素多肽包含动物多肽、哺乳动物多肽、昆虫多肽、植物多肽、真菌多肽、酵母多肽、藻类多肽、细菌多肽、蓝藻多肽、古细菌多肽或原生动物多肽。
[0052]上述至少一种异源产类胡萝卜素多肽包含至少两种异源产类胡萝卜素多肽。
[0053]上述至少两种异源产类胡萝卜素多肽是来自单一原始生物体。
[0054]上述至少两种异源产类胡萝卜素多肽是来自至少两种不同的原始生物体。
[0055]上述真菌积累所产生的至少一种类胡萝卜素达到选自由以下水平组成的群组的水平:占上述真菌的细胞干重大于约I %、大于约2%、大于约3%、大于约5%和大于约10%。
[0056]上述真菌积累细胞质体形式的脂质。
[0057]上述至少一种类胡萝卜素积累于上述细胞质油体中。[0058]本发明提供ー种解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)菌株,其包含ー种或ー种以上选自由产油修饰、产类胡萝卜素修饰和其组合组成的群组的修饰，使得上述菌株积累占其细胞干重1%到10%的至少ー种类胡萝卜素。
[0059]上述菌株积累占其细胞干重20%到50%的脂质。
[0060]上述菌株积累占其细胞干重20%到50%的细胞质油体形式的脂质。
[0061]上述菌株包含选自由以下修饰组成的群组的产类胡萝卜素修饰:a.表达选自由以下多肽组成的群组的多肽:缺乏N端跨膜结构域的截短型内源HMG-CoA还原酶多肽、こ酰こ酰辅酶A硫解酶、HMG-CoA合酶、FPP合酶和GGPP合酶；b.表达选自由以下多肽组成的群组的异源多肽:八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素去饱和酶、番茄红素环化酶、类胡萝卜素酮酶、类胡萝卜素羟化酶和其组合；c.降低选自由以下多肽组成的群组的内源多肽的表达或活性:角鲨烯合酶多肽、异戊二烯基二磷酸合酶多肽和PHB聚异戊二烯基转移酶多肽；和其组合。 [0062]上述菌株积累占其细胞干重1% -10%的(6-胡萝卜素。
[0063]上述菌株包含选自由以下修饰组成的群组的产类胡萝卜素修饰:a.表达选自由以下多肽组成的群组的多肽:缺乏N端跨膜结构域的截短型内源HMG-CoA还原酶多肽、こ酰こ酰辅酶A硫解酶、HMG-CoA合酶、FPP合酶和GGPP合酶；b.表达选自由以下多肽组成的群组的异源多肽:八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素去饱和酶、番茄红素环化酶、类胡萝卜素酮酶、类胡萝卜素羟化酶、虾青素合酶、类胡萝卜素e羟化酶、番茄红素环化酶和e亚単位)、类胡萝卜素葡糖基转移酶、酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶和其组合；c.降低内源角鲨烯合酶多肽的表达或活性；和其组合。
[0064]上述菌株积累占其细胞干重1% -10%的虾青素或叶黄素。
[0065]本发明提供一种产生类胡萝卜素的方法，该方法包含以下步骤:a.在允许产生上述类胡萝卜素的条件下，培养上述真菌山.和分离上述所产生的类胡萝卜素。
[0066]上述分离步骤包含分离培养基以获得至少ー个富含类胡萝卜素的部分。
[0067]上述培养步骤包含在允许将上述类胡萝卜素积累于细胞质油体中的条件下培养上述真菌，且上述分离步骤包含分离从上述细胞质油体得到的油。
[0068]上述类胡萝卜素选自由以下物质组成的群组:虾青素、(6-胡萝卜素、角黄素、玉米黄素、叶黄素、番茄红素和其组合。
[0069]上述类胡萝卜素包含虾青素。
[0070]本发明提供一种制备含有类胡萝卜素的食品或饲料添加剂的方法，上述方法包含以下步骤:a.在允许产生上述类胡萝卜素的条件下，培养上述真菌；b.分离上述类胡萝卜素；和c.将上述经分离的类胡萝卜素与ー种或ー种以上其它食品或饲料添加剂组分组合。
[0071]本发明提供用于生物学生产类胡萝卜素的经改良系统。一方面，本发明涵盖在产油生物体中生产类胡萝卜素是合乎需要的这ー发现。不希望受任何特定理论的束缚，本发明提出，如果将类胡萝卜素螯合于脂质体中，那么生物系统就能够积累较高水平的所述化合物。然而，不管绝对水平是否较高，积累于产油生物体脂质体内的类胡萝卜素都可通过脂质体的分离而轻易地分离。
[0072]因此，本发明提供产生ー种或ー种以上类胡萝卜素的产油真菌(例如，包括酵母或其它单细胞真菌)。本发明还提供构造所述酵母和真菌的方法；使用所述酵母和真菌产生类胡萝卜素的方法；和使用在所述产油酵母或真菌中所产生的类胡萝卜素制备含有类胡萝卜素的组合物(诸如食品或饲料添加剂，或营养补充剂)的方法。具体来说，本发明提供用于产生含有一个或一个以上产油和/或产类胡萝卜素修饰的酵母和真菌的系统和方法，与缺乏所述修饰的其它相同生物体相比，所述修饰使所述生物体的产油能力提高和/或改变其产生类胡萝卜素的能力。
[0073]本发明另外涵盖脂质积累系统可用于产生和/或分离亲脂剂(诸如(但不限于)类异戊二烯或类异戊二烯衍生的化合物)的通用识别。因此，根据本发明，需要工程设计生物体以产生所述亲脂剂和/或积累脂质。
[0074]所属领域技术人员根据包括随附权利要求在内的本发明将对本发明的各个其它方面显而易见。
[0075]定义
[0076]产类胡萝卜素修饰:如本文所使用的术语“产类胡萝卜素修饰”是指如本文所述的对宿主生物体进行的调节一种或一种以上类胡萝卜素的产量的修饰。举例来说，产类胡萝
卜素修饰可增加一种或一种以上类胡萝卜素的产量，和/或可改变不同类胡萝卜素的相对产量。大体上，本发明的产类胡萝卜素修饰可为任何化学、生理学、基因或其它修饰，与不经历相同修饰的其它相同生物体中所产生的一种或一种以上类胡萝卜素的水平相比，所述修饰适当地改变宿主生物体中由所述生物体所产生的所述类胡萝卜素的产量。然而，在大部分实施例中，产类胡萝卜素修饰将包含通常引起一种或一种以上所选类胡萝卜素产量增加的基因修饰。在一些实施例中，所选类胡萝卜素为虾青素、β_胡萝卜素、角黄素、叶黄素、番茄红素、八氢番茄红素、玉米黄素和/或玉米黄素或虾青素的变体(例如，糖苷化、酯化玉米黄素或虾青素)中的一种或一种以上。在一些实施例中，所选类胡萝卜素为一种或一种以上叶黄素和/或其变体(例如，糖苷化、酯化叶黄素)。在某些实施例中，所选叶黄素选自由虾青素、叶黄素、玉米黄素、番茄红素和其变体组成的群组。在一些实施例中，所选类胡萝卜素为虾青素、β -胡萝卜素、角黄素、叶黄素、番茄红素和玉米黄素和/或玉米黄素或虾青素的变体中的一种或一种以上。在一些实施例中，类胡萝卜素为胡萝卜素。在一些实施例中，所选类胡萝卜素为虾青素。在一些实施例中，所选类胡萝卜素为除β_胡萝卜素以外的物质。`
[0077]产类胡萝卜素多肽:如本文所使用的术语“产类胡萝卜素多肽”是指在细胞中产生类胡萝卜素的过程中所涉及的任何多肽，且其可包括除产生类胡萝卜素的过程外的其它过程中所涉及的多肽，但所述多肽的活性会(例如)通过清除类胡萝卜素生产中直接涉及的类胡萝卜素多肽所利用的底物或反应物而影响一种或一种以上类胡萝卜素的生产程度或产量。产类胡萝卜素多肽包括类异戊二烯生物合成多肽、类胡萝卜素生物合成多肽和类异戊二烯生物合成竞争剂多肽，所述术语已于本文中定义。所述术语还涵盖可能影响脂质体中类胡萝卜素积累的程度的多肽。
[0078]类胡萝卜素:在所属领域中应将术语“类胡萝卜素”理解为是指由类异戊二烯路径中的中间体得到的一类结构不同的色素。类胡萝卜素生物合成中的约定步骤为由香叶基香叶基焦磷酸形成八氢番茄红素。类胡萝卜素可无环或为环状，并且可含或可不含氧，因此术语类胡萝卜素包括胡萝卜素与叶黄素。总的来说，类胡萝卜素为具有在形式上衍生自五碳化合物IPP的共轭多烯碳骨架的碳氢化合物，包括三萜(C3tl 二-阿朴类胡萝卜素(C30diapocarotenoid))和四職(C4tl类胡萝卜素)，以及其氧化衍生物和例如长度为C35、C5(1、C60, C70, C8tl或其它长度的其它化合物。许多类胡萝卜素都具有强吸光特性，并且其长度可在超过C2tltl的范围内。C3tl 二 -阿朴类胡萝卜素通常是由6个类异戊二烯单元组成，所述类异戊二烯单元是以使类异戊二烯单元的排列在分子中心处倒转从而使两个中心甲基呈1，6位关系而剰余非末端甲基呈1，5位关系的方式连接。在形式上，所述C3tl类胡萝卜素可通过以下方法从具有具共轭双键的长中心链的无环C3tlH42结构获得:(i)氢化；(ii)脱氢；(iii)环化；(iv)氧化；(v)酷化/糖基化；或这些方法的任何组合。C4tl类胡萝卜素通常是由八个类异戊二烯单元组成，所述类异戊二烯单元是以使类异戊二烯单元的排列在分子中心处倒转从而使两个中心甲基呈1，6位关系而剰余非末端甲基呈1，5位关系的方式连接。在形式上，所述C4tl类胡萝卜素可通过以下方法从具有具共轭双键的长中心链的无环C4tlH56结构获得:(i)氢化；(ii)脱氢；(iii)环化；(iv)氧化；(v)酷化/糖基化；或这些方法的任何组合。这类C4tl类胡萝卜素中还包括由碳骨架重排或(形式上)移除部分所述结构而产生的某些化合物。自然界中已鉴别出超过600种不同的类胡萝卜素；某些常见类胡萝卜素已描绘于图1中。类胡萝卜素包括(但不限干):花黄素、金盏花红素、金盏花黄素、虾青素、角黄素、辣椒红素、隐黄素、a-胡萝卜素、卜胡萝卜素、(6, V-胡萝卜素、S-胡萝卜素、e-胡萝卜素、海胆酮、3-羟基海胆酮、3'-羟基海胆酮、Y-胡萝卜素、V-胡萝卜素、4-酮基-Y -胡萝卜素“-胡萝卜素、a -隐黄素、脱氧屈曲黄素、硅藻黄素、7，8- 二脱氢虾青素、二脱氢番爺红素、岩藻黄素、岩藻黄醇、异胡萝卜素(isorenieratene)、P _异胡萝卜素、莴苣黄素(Iactucaxanthin)、叶黄素、番爺红素、myxobactone、新叶黄素、链孢红素、轻基链孢红素、多甲藻素、八氢番茄红素、玫红品、玫红品糖苷、4-酮基-玉红黄素、管藻黄素、球形烯、球形酮、螺菌黄素、圆酵母素、4-酮基-圆酵母素、3-羟基-4-酮基-圆酵母素、乌利奥利德(uriolide)、こ酸乌利奥利德、紫黄素、玉米黄素-P - 二糖苷、玉米黄素和C30类胡萝卜素。此外，类胡萝卜素化合物包括这些分子的衍生物，其可包括羟基-、甲氧基-、氧基-、环氧基-、羧基-或醛式官 能团。另外，所包括的类胡萝卜素化合物包括酷(例如，糖苷酯、脂肪酸酷)和硫酸酯衍生物(例如经酯化叶黄素)。
[0079]类胡萝卜素生物合成多肽:术语“类胡萝卜素生物合成多肽”是指ー种或ー种以上类胡萝卜素的合成过程中所涉及的任何多肽。仅举几例，这些类胡萝卜素生物合成多肽例如包括八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素脱氢酶(或去饱和酶)、番茄红素环化酶、类胡萝
卜素酮酶、类胡萝卜素羟化酶、虾青素合酶、类胡萝卜素e羟化酶、番茄红素环化酶和￡亚单位)、类胡萝卜素葡糖基转移酶和酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶。类胡萝卜素生物合成多肽序列的代表性实例提供于表17-25中。
[0080]基因:如本文所使用的术语“基因” 一般是指编码多肽的核酸，其视情况包括可影响ー种或ー种以上基因产物(即，RNA或蛋白质)的表达的某些调控元件。
[0081]异源:如本文所使用的术语“异源”是指基因或多肽，即指并非自然存在于表达基因或多肽的生物体中的所述基因或多肽。应了解，一般来说，当对异源基因或多肽进行选择以将其引入宿主细胞和/或通过宿主细胞表达时，可选择异源基因或多肽的特定原始生物体对于实践本发明并不重要。有关的需要考虑的事项可包括(例如)潜在来源与宿主生物体在进化过程中如何紧密相关；或原始生物体与已进行其它相关多肽序列选择的其它原始生物体的关系如何。[0082]宿主细胞:如本文所使用的“宿主细胞”为已根据本发明进行处理从而能积累脂质和/或表达一种或一种以上如本文所述的类胡萝卜素的酵母细胞或真菌细胞。如本文所使用的术语“经修饰宿主细胞”为含有根据本发明的至少一种产油修饰和/或至少一种产类胡萝卜素修饰的宿主细胞。
[0083]经分离:如本文所使用的术语“经分离”意谓已将经分离的实体与至少一种先前与其缔合的组分分开。当已将大部分其它组分移除时，所述经分离实体“经纯化”。分离和/或纯化可使用所属领域已知的任何技术进行，例如包括分馏、萃取、沉淀或其它分离方法。[0084]类异戊二烯生物合成竞争剂多肽:如本文所使用的术语“类异戊二烯生物合成竞争剂多肽”是指在细胞中的表达会降低进入类胡萝卜素生物合成路径的可用香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)的水平的多肽。举例来说，类异戊二烯生物合成竞争剂多肽包括对GGPP之前的类异戊二烯中间体起作用从而产生较少GGPP的酶(例如参看图5)。角鲨烯合酶就为一种根据本发明的类异戊二烯生物合成竞争剂多肽；代表性角鲨烯合酶序列提供于表16中。异戊二烯基二磷酸合酶和对羟基苯甲酸(PHB)聚异戊二烯基转移酶也为根据本发明的其它类异戊二烯生物合成竞争剂多肽；代表性异戊二烯基二磷酸合酶和PHB聚异戊二烯基转移酶多肽分别提供于表29和表30中。
[0085]类异戊二烯生物合成多肽:术语“类异戊二烯生物合成多肽”是指类异戊二烯的合成过程中所涉及的任何多肽。举例来说，如本文所论述，乙酰乙酰辅酶A硫解酶、HMG-CoA合酶、HMG-CoA还原酶、甲羟戊酸激酶、磷酸甲羟戊酸激酶、甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶、IPP异构酶、FPP合酶和GGPP合酶为类异戊二烯生物合成的甲羟戊酸路径中所涉及的所有酶。出于本发明的目的，这些蛋白质中的每一种也是类异戊二烯生物合成多肽，并且这些酶的代表性实例的序列提供于表7-15中。
[0086]类异戊二烯路径:在所属领域中应将“类异戊二烯路径”理解为是指产生或利用五碳代谢物焦磷酸异戊酯(IPP)的代谢路径。如本文所论述，有两种不同的路径可产生常见的类异戊二烯前体IPP- “甲羟戊酸路径”和“非甲羟戊酸路径”。术语“类异戊二烯路径”一般足以涵盖这两种类型的路径。由IPP生物合成类异戊二烯是通过若干个五碳异戊二烯亚单位聚合发生。源自IPP的类异戊二烯代谢物具有不同的尺寸和化学结构，包括环状与无环分子。类异戊二烯代谢物包括(但不限于)单萜、倍半萜、二萜、固醇和多萜醇(诸如类胡萝卜素)。
[0087]产油修饰:如本文所使用的术语“产油修饰”是指如本文所述对宿主生物体进行的调节所述宿主生物体的所需产油能力的修饰。在一些情况下，宿主生物体将因具有积累占其细胞干重至少约20%的脂质的能力而为产油生物体。尽管如此，仍然需要根据本发明对此类生物体施行产油修饰，例如以增加(例如，在一些情况下可能降低)其总脂质积累，或调节其所积累的一种或一种以上特定脂质的类型或一种或一种以上特定脂质的量(例如，增加三酰基甘油的相对积累)。在其它情况下，宿主生物体可能为不产油生物体(但可能含有其它生物体中用于积累脂质的一些酶和调控组分)，并且可能需要根据本发明进行产油修饰以便能够产油。本发明还预期对不产油宿主菌株施行产油修饰，从而使其产油能力增加，甚至即使在经修饰后，其可能也不是如本文所定义的产油生物体。大体上，产油修饰可为任何化学、生理学、基因或其它修饰，与未经历产油修饰的其它相同生物体相比，所述修饰使宿主生物体的产油能力适当地改变。然而，在大部分实施例中，产油修饰将包含通常引起ー种或ー种以上产油多肽的产量増加和/或活性增强的基因修饰。在一些实施例中，产油修饰包含至少ー种化学、生理学、基因或其它修饰；在其它实施例中，所述产油修饰包含ー种以上化学、生理学、基因或其它修饰。在利用ー种以上修饰的某些方面，所述修饰可包含化学、生理学、基因或其它修饰的任何组合(例如，ー种或ー种以上基因修饰和化学或生理学修饰)。[0088]产油多肽:如本文所使用的术语“产油多肽”是指细胞脂质积累过程中所涉及的任何多肽，且其可包括除脂质生物合成外的其它过程中所涉及的多肽，但其活性将(例如)通过清除脂质积累直接涉及的产油多肽所利用的底物或反应物而影响ー种或ー种以上脂质积累的程度或水平。举例来说，如本文所论述，在其它蛋白质中こ酰辅酶A羧化酶、丙酮酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶和AMP脱氨酶都涉及于细胞脂质积累中。一般来说，预期降低丙酮酸脱羧酶或异柠檬酸脱氢酶的活性和/或增强こ酰辅酶A羧化酶、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶和/或AMP脱氨酶的活性将促进产油能力。出于本发明的目的，这些蛋白质中的每ー种都为产油多肽，且这些酶的代表性实例的序列提供于表1-6中。
[0089]产油:术语“产油”是指生物体积累占其细胞干重至少约20%的脂质的能力。在本发明的某些实施例中，产油酵母或真菌可积累占其细胞干重至少约25%的脂质。在其它实施例中，本发明的产油酵母或真菌可积累占其细胞干重在约20% -45%范围内的脂质。在其它实施例中，产油生物体可积累占其细胞干重多达约70%的脂质。在本发明的一些实施例中，产油生物体可积累占总脂质积累极大分率的三酰基甘油形式的脂质。在某些实施例中，所积累的大部分脂质都为三酰基甘油的形式。另外或其它，所述脂质可以胞内脂质体或油体的形式积累。在某些实施例中，本发明利用自然产油的酵母或真菌。在ー些方面，自然产油的生物体可经处理(例如，以基因方式、化学方式或其它方式处理)从而进一步增加生物体中所积累的脂质的水平。在其它实施例中，如本文所述对自然不产油的酵母或真菌进行处理(例如，以基因方式、化学方式或其它方式处理)以积累脂质。出于本发明的目的，红酵母(Xanthophyllomyces dendrorhous)(红法夫酵母(Phaffia rhodozyma))和产瓶假丝酵母(Candida utilis)为自然不产油的真菌。
[0090]多肽:如本文所使用的术语“多肽” 一般具有其在所属领域中公认的含义，即具有至少三个氨基酸的聚合物。然而，本术语还用于指特殊功能种类的多肽，诸如产油多肽、产类胡萝卜素多肽、类异戊二烯生物合成多肽、类胡萝卜素生物合成多肽和类异戊二烯生物合成竞争剂多肽。就每一所述种类而言，本说明书都提供所述多肽的已知序列的若干实例。然而，所属领域技术人员将理解，预期术语“多肽”一般不仅足以涵盖具有本文所述(或本文特别提及的參考文献或数据库中所述)的完整序列的多肽，而且还涵盖表示所述完整多肽的功能片段(即，保留至少ー种活性的片段)的多肽。此外，所属领域技术人员应了解，蛋白质序列一般容许在不破坏活性的情况下存在某种取代。因此，如本文所使用的相关术语“多肽”涵盖任何多肽，其保留活性且与相同种类的另ー多肽共有至少约30% -40%，通常大于约50 %、60 %、70 %或80 %的整体序列一致性，且另外通常包括至少ー个具有更高一致性(通常大于90%)的区域，或甚至在ー个或ー个以上高度保守的区域中具有95%、96%、97%、98%或99%的一致性(例如，异柠檬酸脱氢酶多肽通常共有保守AMP结合基序；HMG-CoA还原酶多肽通常包括高度保守的催化结构域(例如參看图7);こ酰辅酶A羧化酶通常具有羧基转移酶结构域；例如参看Downing等人，Chem.Abs.93:484,1980 ；Gil等人，Cell41:249,1985 ;Jitrapakdee 等人 Curr Protein Pept Sc1.4:217, 2003 ;美国专利第5，349，126号，所述参考文献中每一者都是以全文引用的方式并入本文中)，通常涵盖至少3-4个且通常多达20个或更多个氨基酸。
[0091] 原始生物体(source organism):如本文所使用的术语“原始生物体”是指特定多肽序列可发现于自然界的生物体。因此，举例来说，如果在宿主生物体中表达一种或一种以上异源多肽，那么将在自然界中表达所述多肽(和/或最初对其基因进行克隆)的生物体被称为“原始生物体”。如果在宿主生物体中表达一种以上异源多肽，那么可利用一种或一种以上原始生物体来独立选择各异源多肽。应理解，自然含有相关多肽序列的任何生物体和所有生物体都可用作本发明的原始生物体。代表性原始生物体包括(例如)动物、哺乳动物、昆虫、植物、真菌、酵母、藻类、细菌、蓝藻、古细菌和原生动物原始生物体。
【专利附图】

【附图说明】
[0092]图1A-1D描述某些常见类胡萝卜素。
[0093]图2描述足量的乙酰辅酶A和NADPH如何在产油生物体的胞质中积累从而允许产生显著水平的胞质脂质。酶:1，丙酮酸脱羧酶；2，苹果酸脱氢酶；3，苹果酸酶；4，丙酮酸脱氢酶；5，柠檬酸合酶；6，ATP-柠檬酸裂解酶；7，柠檬酸/苹果酸移位酶。
[0094]图3A和3B描述通常在真核生物(包括真菌)中运作的甲羟戊酸类异戊二烯生物合成路径。
[0095]图4描述通常在细菌和植物质体中运作的甲羟戊酸非依赖性类异戊二烯生物合成路径(也称为DXP路径)。
[0096]图5描述类异戊二烯生物合成路径中的中间体和如何将其馈入其它生物分子(包括类胡萝卜素和非类胡萝卜素化合物，诸如固醇、类固醇和诸如维生素E或维生素K的维生素)的生物合成路径中。
[0097]图6A-6D描述各种类胡萝卜素的生物合成路径。图6A突出描述产生各种环状和无环叶黄素的分支路径；图6B绘示产生二环和单环类胡萝卜素(包括虾青素)的某些红酵母(X.dendrorhous)路径；图6C绘示将β -胡萝卜素转化成多种其它类胡萝卜素(包括虾青素)中的任一种的互连路径；图60描述由链孢红素合成环状类胡萝卜素和常见植物与藻类叶黄素的可能途径。
[0098]图7Α-7Ι绘示某些代表性真菌HMG-CoA还原酶多肽的比对。如所见，这些多肽在催化区内具有极高一致性，且还具有复杂的跨膜结构域。在本发明的一些实施例中，这些跨膜结构域被破坏或移除，使得(例如)极度活跃型式的多肽得以产生。
[0099]图8A-8D描述例证中产生且详细描述的质粒的示意性代表图。
【具体实施方式】
[0100]如上文所述，本发明涵盖类胡萝卜素可合乎需要地在产油酵母和真菌中产生这一发现。根据本发明，通过处理宿主细胞来产生具有以下特性的菌株(即，菌株包括例如自然存在的菌株、先前已经修饰的菌株等):(i)积累经常为细胞质油体形式且通常占细胞干重至少约20%的脂质；且(ii)产生占细胞干重至少约1%且在一些实施例中为至少约3%-20%的水平的类胡萝卜素。随后，使用这些经处理的宿主细胞产生类胡萝卜素，从而能够轻易地分离分配到脂质体中的类胡萝卜素。
[0101]一般说来，需要使本发明细胞中的产油能力与类胡萝卜素产量平衡，使得能达成尽可能最低的所需产油水平，从而将能够利用并且转入产物生物合成中的实质上所有的其它碳都转入类胡萝卜素生产路径中。在本发明的一些实施例中，这一战略涉及工程设计产油细胞；在其它实施例中，其涉及工程设计细胞以积累比细胞在缺乏此工程设计的情况下积累的脂质水平高的脂质，尤其细胞质脂质，即使经工程设计的细胞可能无法达到如本文所定义的“产油”时也是如此。在其它实施例中，产油宿主细胞积累脂质的程度实际上已降低，因此剩余的碳可用于类胡萝卜素的生产中。
[0102]宿主细胞
[0103]所属领域技术人员将易于理解，存在自然产油或自然产生类胡萝卜素的各种酵母和真菌菌株。所述菌株中的任一种都可用作本发明的宿主菌株，并且可经工程设计或另外经处理以产生本发明的产油、产类胡萝卜素菌株。或者，也可使用自然不产油也自然不产类胡萝卜素的菌株。此外，甚至当特定菌株具有自然的产油或产生类胡萝卜素的能力时，也可如本文所述对其自然能力进行调节，从而改变脂质和/或类胡萝卜素的产量。在某些实施例中，工程设计或处理菌株将导致对所产生的脂质和/或类胡萝卜素的类型的改变。举例来说，菌株可自然产油和/或产类胡萝卜素，然而，可对菌株进行工程设计或修饰，从而改变所积累的脂质的类型或改变所产生的类胡萝卜素的类型。
[0104]当选择特定酵母或真菌菌株用于本发明中时，一般会需要选择培养特性适于工业规模生产的菌株。举例来说，一般(但通常非必需)需要避免丝状生物体，或对生长条件具有特别罕见或严苛要求的 生物体。然而，当应用允许利用丝状生物体的工业规模生产条件时，可将这些丝状生物体选作宿主细胞。在本发明的一些实施例中，当可视情况将宿主细胞直接调配成食品或饲料添加剂，或视需要调配成营养补充剂时，需要利用可食用生物体作为宿主细胞。为便于生产，本发明的一些实施例利用易于以基因方法处理、适于分子遗传学(例如，尤其可经已确立或可用载体有效转化；视情况可例如连续并入和/或整合多个基因；和/或具有已知的基因序列等)、无复杂的生长要求(例如，对光的需求)、嗜温(例如，优选的生长温度在约25°C _32°C的范围内)、能够吸收多种碳源和氮源和/或能够生长到高细胞密度的宿主细胞。另外或其它，本发明的各个实施例将利用生长为单一细胞而非多细胞生物体(例如，菌丝体)的宿主细胞。
[0105]一般来说，当根据本发明需要利用自然产油的生物体时，任何可修饰且可培养的产油生物体都可使用。在本发明的某些实施例中，所使用的酵母或真菌属包括(但不限于)布拉氏霉属(Blakeslea)、假丝酵母属(Candida)、隐球菌属(Cryptococcus)、小克银汉霉属(Cunninghamella)、油脂酵母属(Lipomyces)、被孢霉属(Mortierella)、毛霉菌属(Mucor)、须霉属(Phycomyces)、腐霉属(Pythium)、红冬孢酵母属(Rhodosporidium)、红酵母属(Rhodotorula)、毛孢子菌属(Trichosporon)和耶氏酵母属(Yarrowia)。在某些特殊实施例中，所使用的生物体种类包括(但不限于)三孢布拉氏霉(Blakeslea trispora)、铁红假丝酵母(Candida pulcherrima)、C.revkauf1、热带假丝酵母(C.tropicalis)、弯曲隐球菌(Cryptococcus curvatus)、刺抱小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata)、绮丽小克银汉霉(C elegans)、高大毛霉(C.japonica)、斯达氏油脂酵母(Lipomycesstarkeyi)、产油油脂酵母(L.1ipoferus)、高山被抱霉(Mortierella alpina)、深黄被孢霉(M.1sabellina)、拉曼被孢霉(M.ramanniana)、葡酒色被孢霉(M.vinacea)、卷枝毛霉(Mucor circinelloides)、布氏须霉(Phycomyces blakesleanus)、畸雌腐霉(Pythium irregulare)、圆红冬抱酵母菌(Rhodosporidium toruloides)、粘红酵母(Rhodotorula glutinis)、瘦弱红酵母(R.gracilis)、牧草红酵母(R.graminis)、粘质红酵母(R.mucilaginosa)、R.pinicola、出芽短梗丝抱酵母(Trichosporon pullans)、皮肤毛抱子菌(T.cutaneum)和解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)。
[0106]在这些自然产油的菌株中，一些菌株也可自然产生类胡萝卜素而ー些菌株不能。在大多数情况下，自然存在的产类胡萝卜素、产油酵母或真菌仅产生低水平的类胡萝卜素(占细胞干重小于约0.05% )。有时会产生较高水平的P -胡萝卜素，但一般不会观察到高水平的其它类胡萝卜素。
[0107]总的来说，可将自然产油但不产生类胡萝卜素(例如，产生小于约0.05%细胞干重的类胡萝卜素、不产生所关注的类胡萝卜素)的任何生物体用作本发明的宿主细胞。在一些实施例中，生物体为来自诸如(但不限干)假丝酵母属、隐球菌属、小克银汉霉属、油脂酵母属、被孢霉属、腐霉属、毛孢子属和耶氏酵母属等种属的酵母或真菌；在一些实施例中，所述生物体属于包括(但不限干)高山被孢霉和解脂耶氏酵母种类的生物体。
[0108]相比之下，本发明可将任何自然产油、产类胡萝卜素的生物体用作宿主细胞。一般来说，本发明可用于增加流入自然产生类胡萝卜素的生物体(尤其是除布拉氏霉属和须霉属外的生物体)中的类异戊二烯路径中的碳，和/或将产生ー种类胡萝卜素(例如(6-胡萝卜素)转变成产生另ー种类胡萝卜素(例如虾青素)。根据本发明，引入ー种或ー种以上产类胡萝卜素修饰(例如，増加ー种或ー种以上内源性或异源性产类胡萝卜素多肽的表达)可达成这些目标。
[0109]在本发明的某些实施例中，所利用的产油、产类胡萝卜素生物体为例如属于诸如(但不限干)布拉氏霉属、毛霉菌属、须霉属、红冬孢酵母属和红酵母属等种属的酵母或真菌；在一些实施例中，所述生物体属于诸如卷枝毛霉和粘红酵母的种类。
[0110]当需要将自然不产油的菌株用作本发明的宿主细胞时，不产油酵母或真菌属包括(但不限于)曲霉属(Aspergillus)、葡萄孢属(Botrytis)、尾孢属(Cercospora)、铼孢菌属(Fusarium)(赤霉属(Gibberella))、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)、链孢霉属(Neurospora)、青霉属(Penicillium)、毕赤酵母属(Pichia)(汉森氏酵母属(Hansenula))、柄镑菌属(Puccinia)、酵母菌属(Saccharomyces)、小核菌属(Sclerotium)、木霉属(Trichoderma)和红酵母属(Xanthophyllomyces)(法夫属(Phaffia));在ー些实施例中，所述生物体的种类包括(但不限于)钩巢曲霉(Aspergillusnidulans)、黑曲霉(A.niger)、土曲霉(A.terreus)、灰葡萄抱菌(Botrytis cinerea)、烟草尾抱(Cercospora nicotianae)、藤仓祿抱霉(Fusarium fujikuroi)(玉蜀黍赤霉(Gibberella zeae))、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces Iactis)、乳酸克鲁维酵母(K.1actis)、粗糖链抱霉(Neurospora crassa)、巴斯得毕赤酵母(Pichia pastoris)、独特镑菌(Puccinia distincta)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、齐整小核菌(Sclerotium rolfsii)、里氏木霉(Trichoderma reesei)和红酵母(XanthophyI1mycesdendrorhous)(红法夫酵母(Phaffia rhodozyma))。[0111]应理解，如本文所使用的术语“不产油”涵盖自然具有积累脂质、尤其细胞质脂质的某种能力但未积累达到足以成为如本文所定义的“产油”的程度的菌株；和不会自然具有积累额外脂质(例如膜外脂质)的任何能力的菌株。另外应理解，在本发明的一些实施例中，即使经修饰细胞无法成为如本文所述的产油细胞，但其足以增加特定宿主细胞的自然产油水平。
[0112]与自然产油的生物体一样，一些自然不产油的真菌自然产生类胡萝卜素，而其它生物体则不能。可合意地用作本发明的宿主细胞的不会自然产生类胡萝卜素(例如，产生小于约0.05%细胞干重的类胡萝卜素、不产生所关注的类胡萝卜素)的自然不产油真菌属包括(但不限于)曲霉属、克鲁维酵母属、青霉菌属、酵母菌属和毕赤酵母属；种类包括(但不限于)黑曲霉和酿酒酵母。不会自然产生类胡萝卜素且可合意地用作本发明的宿主细胞的自然不产油真菌属包括(但不限于)葡萄孢属、尾孢属、镰孢菌属(赤霉属)、链孢霉属、柄锈菌属、小核菌属、木霉属和红酵母属(法夫属)；种类包括(但不限于)红酵母(红法夫酵母)。
[0113]如上文所论述，可将多种生物体中的任一种用作本发明的宿主细胞。在本发明的某些实施例中，宿主细胞将为解脂耶氏酵母细胞。解脂耶氏酵母的优势例如包括遗传学和分子生物学易处理、基因组序列的可用性(例如参看Sherman等人Nucleic AcidsRes.32 (Database issue):D315_8，2004)、对各种节省成本的生长条件的适合性和生长到高细胞密度的能力。此外，解脂耶氏酵母为自然产油生物体，因此可能需要比其它生物体所需的处理少的处理即可产生产油、产类胡萝卜素的解脂耶氏酵母菌株。另外，已对解脂耶氏酵母取得丰富的工业规模生产经验。
[0114]酿酒酵母也特别因为其实验易处理性和研究者已对所述生物体积累丰富经验而成为本发明的有用宿主细胞。尽管在高碳条件下培养酵母菌可能导致乙醇产量的增加，但这一般可通过方法和/或基因改变来处理。
[0115]其它有用的宿主包括实验上易处理并且自然产类胡萝卜素的红酵母(红法夫酵母)。红酵母(红法夫酵母)菌株可产生若干种类胡萝卜素，包括虾青素。
[0116]黑曲霉和高山被孢霉分别积累大量的柠檬酸和脂肪酸；高山被孢霉还可产油。
[0117]链孢霉属或赤霉属也极为有用。其自然不产油且倾向于产生极少量的类胡萝卜素，因此可能需要根据本发明进行广泛修饰。从实验角度看，认为链孢霉属和赤霉属相对易于处理。这两者都为丝状真菌，因此，由于克服对所述菌株的利用是必需的，故工业规模生产将成为一种挑战。
[0118]卷枝毛霉为另一种可用的有用种类。尽管其分子遗传学比一些其它的生物体不易理解，但由于其自然产生β_胡萝卜素，故可能需要比其它可用种类少的修饰。
[0119]可对布拉氏霉进行分子遗传学修饰，但可能需要大量尝试。另外，由于例如可能需要将两种交配型混合，故节省成本的发酵条件可为一项挑战。须霉属真菌也可能成为有可能引起发酵过程中的挑战的原因，并且这些真菌还可能比若干种其它潜在的宿主生物体不易于处理。
[0120]所属领域技术人员应理解，对用于本发明中的特定宿主细胞的选择还将影响(例如)对将要引入所述细胞的任何异源多肽所利用的表达序列的选择，并且还会影响培养条件的各个方面等。现已对本发明中所利用的不同宿主细胞的不同基因调控要求、蛋白质靶向序列要求和培养要求有所了解(例如參看，关于耶氏酵母属的Barth等人FEMSMicrobiol Rev.19:219,1997 ；Madzak 等人 JBiotechnol.109:63, 2004 ；例如參看，关于红酵母属的 Verdoes 等人 Appl Environ Microbiol69:3728-38, 2003 ；Visser 等人 FEMSYeast Res4:221-31,2003 ;Martinez 等人 Antonie Van Leeuwenhoek.73(2): 147-53,1998 ;Kim 等人 Appl Environ Microbiol.64 (5): 1947-9,1998 ;Wery 等人 Gene.184 (I):89-97,1997 ;例如參看，关于酵母菌属的 Guthrie 和 Fink Methods in Emymologyl94:1-933，1991)。举例来说，在某些方面，可有益地包括宿主细胞的靶向序列(或其密切相关的类似物)以指引异源蛋白质亚细胞定位。因此，可将所述有用的靶向序列加到异源序列中以用于具活性的适当胞内定位。在其它方面(例如，线粒体靶向序列的加入方面)，可去除异源靶向序列或使所选异源序列改变(例如，改变或移除原始生物体植物叶绿体靶向序列)。[0121]工程设计产油能力
[0122]所有活的生物体都合成脂质以用于其膜和各种其它结构中。然而，大部分生物体都不会积累超过其细胞干重约10%的总脂质，且所述脂质中的大部分一般会保留在细胞膜内。
[0123]已进行大量生物化学工作来定义赋予微生物产油能力所必需的代谢酶(主要是出于工程设计单细胞油作为花生四烯酸和二十二碳六烯酸的エ业来源的目的；例如參看Ratledge Biochimie86:807，2004，所述文献的全部内容都是以引用的方式并入本文中)。尽管在本发明之前，这项生物化学工作相当引人注目，但尚无有关通过基因工程设计编码关键代谢酶的基因已重新建立产油能力的报导。
[0124]应注意，当在碳过量和氮或其它养分有限的条件下生长时，产油生物体通常仅积累脂质。在这些条件下，生物体易于耗尽有限的养分，但持续吸收碳源。“过量”的碳将被引入脂质生物合成中，因此脂质(通常为三酰基甘油)通常以团体的形式积累于胞质中。
[0125]一般说来，普遍认为，为能够产油，生物体需在胞质中产生こ酰辅酶A和NADPH，随后这两种物质可由脂肪酸合酶机器利用而产生脂质。在至少ー些产油生物体中，こ酰辅酶A是通过催化以下反应的ATP-柠檬酸裂解酶的作用而产生于胞质中:
[0126](I)柠檬酸 +CoA+ATP —こ酰-CoA+ 草酰こ酸 +ADP+Pit)
[0127]当然，为了使ATP-柠檬酸裂解酶在胞质中产生适量的こ酰辅酶A，其必须首先具有可用的其底物柠檬酸库。柠檬酸是通过三羧酸(TCA)循环而产生于所有真核细胞的线粒体中，且可通过柠檬酸/苹果酸移位酶而移到胞质中(以交换苹果酸)。
[0128]在大多数产油生物体和一些不产油生物体中，在线粒体中作为TCA循环的部分运作的酶异柠檬酸脱氢酶具有强AMP依赖性。因此，当将线粒体中的AMP耗尽时，这种酶将失去活性。当异柠檬酸脱氢酶无活性吋，异柠檬酸会积累于线粒体中。随后这ー经积累的柠檬酸可能通过顺乌头酸酶的作用而与柠檬酸达到平衡。因此，在低AMP条件下，柠檬酸会积累于线粒体中。如上文所述，可轻易地将线粒体中的柠檬酸转运到胞质中。
[0129]认为在产油生物体中起始导致细胞质柠檬酸积累(且因此こ酰辅酶A积累)的级联的AMP耗尽是因上文所提及的养分耗尽而发生。当使产油细胞在存在过量碳源的情况下而在限制氮或ー些其它养分的条件下生长时，将强烈诱导催化以下反应的AMP脱氨酶的活性:[0130](2) AMP—肌苷 5'-—磷酸+NH3。
[0131]这种酶活性的增加将耗尽胞质与线粒体中的细胞AMP。普遍认为耗尽线粒体中的AMP会使AMP依赖性异柠檬酸脱氢酶失活，从而导致柠檬酸积累于线粒体中，且因此在胞质中积累。这一系列事件以图解描述于图2中。
[0132]如上文所述，产油能力需要胞质乙酰辅酶A与胞质NADPH。认为在许多产油生物体中，适量的胞质NAPDH是通过苹果酸酶(图2中的酶3)作用而提供。然而，一些产油生物体(例如，油脂酵母属和一些假丝酵母属)中似乎不具有苹果酸酶，因此显然其它酶可提供可比拟的活性，但预期专用的NADPH来源可能为脂肪酸合成所需(例如参看Wynn等人，Microbioll45:1911,1999 ； Rat I edge Adv.App 1.Microbiol.51:1, 2002,所述文献各自是以全文引用的方式并入本文中)。
[0133]因此，根据本发明，可通过修饰胞质乙酰辅酶A和/或NADPH产生中所涉及的一种或一种以上多肽的表达或活性来增强宿主生物体的产油能力。举例来说，根据本发明修饰乙酰辅酶A羧化酶、丙酮酸脱羧酶、异柠檬酸脱氢酶、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶和AMP脱氨酶中一种或一种以上酶的表达或活性可增强产油能力。根据本发明可利用或获得从而增强产油能力的不范性多肽包括(但不限于)那些分别提供于表1、表2、表3、表4、表5和表6中的乙酰辅酶A羧化酶、丙酮酸脱羧酶、异柠檬酸脱氢酶、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶和AMP脱氨酶多肽。
[0134]在本发明的一些实施例中，当使用产油宿主细胞时，与产油能力相关的酶和调控组分已处于适当位置，但可视需要(例如)通过改变一种或一种以上产油多肽的表达或活性和/或通过引入一种或一种以上异源产油多肽来进行修饰。在使用不产油宿主细胞的本发明的那些实施例中，一般 预期将引入至少一种或一种以上异源产油多肽。
[0135]本发明不仅涵盖引入异源产油多肽，而且还涵盖调节异源或内源产油多肽的表达或活性水平，包括(例如)改变组成性或可诱导性表达模式。在本发明的一些实施例中，表达模式经调节从而能够无需在限制养分的条件下生长以诱导产油能力。举例来说，可利用包含调控序列(例如，启动子元件、终止子元件)的改变和/或加入的基因修饰，以赋予对表达模式的特定调控。所述基因修饰可与内源基因组合利用(例如，用于调控内源产油多肽)；或者，可包括所述基因修饰从而赋予对至少一种异源多肽(例如，产油多肽)表达的调控。举例来说，包括(但不限于)TefUGpdl启动子在内的启动子可与内源基因和/或异源基因组合使用以用于修饰内源产油多肽和/或异源产油多肽的表达模式。类似地，示范性终止子序列包括(但不限于)使用解脂耶氏酵母XPR2终止子序列。
[0136]在一些实施例中，将至少一种产油多肽引入宿主细胞中。在本发明的一些实施例中，将多种(例如两种或两种以上)不同的产油多肽引入相同的宿主细胞中。在一些实施例中，多种产油多肽含有来自相同原始生物体的多肽；在其它实施例中，多种多肽包括独立地选自不同原始生物体的多肽。
[0137]根据本发明可引入宿主细胞中或在宿主细胞中进行修饰的各种产油多肽的代表性实例包括(但不限于)提供于表1-6中的那些多肽。如上文所述，预期这些多肽中至少一些(例如，苹果酸酶和ATP-柠檬酸裂解酶)应合意地协调作用，且可能与一种或一种以上脂肪酸合酶组分一起作用，因此，在本发明的一些实施例中，将需要利用两种或两种以上来自相同原始生物体的产油多肽。[0138]总的说来，用于本发明中的产油多肽的原始生物体包括(但不限干)布拉氏霉、假丝酵母属、隐球菌属、小克银汉霉属、油脂酵母属、被孢霉属、毛霉菌属、须霉属、腐霉属、红冬孢酵母属、红酵母属、毛孢子菌属、耶氏酵母、曲霉、葡萄孢属、尾孢属、铼孢菌属(赤霉属)、克鲁维酵母属、链孢霉属、青霉属、毕赤酵母属(汉森氏酵母属)、柄锈菌属、酵母菌属、小核菌属、木霉属和红酵母属(法夫属)。在一些实施例中，こ酰辅酶A羧化酶、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶和/或AMP脱氨酶多肽的原始物种包括(但不限干)钩巢曲霉、新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)、藤仓铼孢霉、乳酸克鲁维酵母、粗糙链孢霉、酿酒酵母、粟酒裂埴酵母(Schizosaccharomyces pombe)、玉米黑粉菌(Ustilago maydis)和解脂耶氏酵母；在ー些实施例中，丙酮酸脱羧酶或异柠檬酸脱氢酶多肽的原始物种包括(但不限干)粗糙链孢霉、红酵母属红酵母(红法夫酵母)、黑曲霉、酿酒酵母、卷枝毛霉、粘红酵母、产朊假丝酵母、高山被孢霉和解脂耶氏酵母。
[0139]工程设计类胡萝卜素的产生
[0140]类胡萝卜素是由类异戊二烯前体合成，所述前体中有一部分还涉及在类固醇和固醇的生产中。大部分常见类异戊二烯生物合成路径(有时称为“甲羟戊酸路径”)大致描述于图3中。如图所示，こ酰辅酶A经由羟甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)而转化成甲羟戊酸。随后将甲羟戊酸磷酸化且转化成五碳化合物异戊烯基焦磷酸(IPP)。使IPP异构化为二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)后，与额外的IPP分子进行的三个连续缩合反应将产生十碳分子香叶基焦磷酸(GPP)，随后产生十五碳分子法尼基焦磷酸(FPP)且最终产生二十碳化合物香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)。
[0141]经ー些生物体(尤其细菌)利用且有时称为“甲羟戊酸非依赖性路径”的可选类异戊二烯生物合成路径描述于图4中。这一路径是由从丙酮酸和甘油醛-3-磷酸合成1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸(DOXP)起始。随后DOXP经由图4中所示的一系列反应而转化成IPP，其异构化成为DMAPP且随后经由GPP和FPP而转化成如图3所示且如上文所论述的GGPP。
[0142]已对多种生物体中类异戊二烯生物合成中所涉及的各种蛋白质进行鉴别并对其特性进行描述。此外，类异戊二烯生物合成路径中的各个方面在真菌、细菌、植物和动物王国中始終保守。举例来说，已对多种生物体和细胞中与图3中所示的こ酰こ酰辅酶A硫解酶、HMG-CoA合酶、HMG-CoA还原酶、甲羟戊酸激酶、磷酸甲羟戊酸激酶、甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶、IPP异构酶、FPP合酶和GGPP合酶对应的多肽进行鉴别，并且将其从所述生物体和细胞中分离。多种所述多肽的代表性实例提供于表7-15中。可利用或获得ー种或ー种以上选自表7-15中任一表所提供的多肽的多肽以用于本发明的方法和组合物中。
[0143]根据本发明，可通过修饰类异戊二烯生物合成过程中所涉及的ー种或ー种以上蛋白质的表达或活性来调节宿主生物体中类胡萝卜素的产量。在一些实施例中，所述修饰涉及将ー种或ー种以上异源类异戊二烯生物合成多肽引入宿主细胞中；另外或其它，可对一种或ー种以上内源或异源类异戊二烯生物合成多肽的表达或活性进行修饰。考虑到类异戊二烯生物合成多肽组分的可观保守性，预期异源类异戊二烯生物合成多肽甚至在显著差异的生物体中通常也会起作用。此外，引入ー种以上异源类异戊二烯生物合成多肽应为合乎需要的，在许多情况中，来自不同原始生物体的多肽将一起起作用。在本发明的一些实施例中，将多种不同的异源类异戊二烯生物合成多肽引入相同的宿主细胞中。在一些实施例中，所述多种多肽仅含有来自相同原始生物体的多肽(例如，相同原始生物体的两种或两种以上序列或源自相同生物体的序列)；在其它实施例中，所述多种多肽包括独立地选自来自不同原始生物体的多肽的多肽(例如，至少两种独立原始生物体的两种或两种以上序列，或源自至少两种独立原始生物体的序列)。[0144]在利用异源类异戊二烯生物合成多肽的本发明的一些实施例中，原始生物体包括(但不限干)布拉氏霉属、假丝酵母属、隐球菌属、小克银汉霉属、油脂酵母属、被孢霉属、毛霉菌属、须霉属、腐霉属、红冬孢酵母属、红酵母属、毛孢子菌属、耶氏酵母、曲霉属、葡萄孢属、尾孢属、铼孢菌属(赤霉属)、克鲁维酵母属、链孢霉属、青霉属、毕赤酵母属(汉森氏酵母属)、柄锈菌属、酵母菌属、裂殖酵母菌属、小核菌属、木霉属、黑粉菌属和红酵母属(法夫属)的真菌。在某些实施例中，原始生物体属于以下种类，包括(但不限干)新型隐球菌、藤仓铼孢霉、乳酸克鲁维酵母、粗糙链孢霉、酿酒酵母、粟酒裂殖酵母、玉米黑粉菌和解脂耶氏酵母。[0145]如上文所述，类异戊二烯生物合成路径中还涉及非类胡萝卜素化合物的生产，诸如固醇、类固醇和维生素(诸如维生素E或维生素K)。因此对类异戊二烯生物合成路径中的中间体起作用并且将其转入非类胡萝卜素化合物的生物合成中的蛋白质为类胡萝卜素生物合成的间接抑制剂(例如參看图5，其说明将类异戊二烯中间体引导到其它生物合成路径中的点)。因此，认为所述蛋白质为类异戊二烯生物合成竞争剂多肽。预期降低所述类异戊二烯生物合成竞争剂多肽的水平或活性将使根据本发明的宿主细胞中类胡萝卜素的产量增加。[0146]在本发明的一些实施例中，可降低或去除宿主细胞中内源类异戊二烯生物合成竞争剂多肽的产量或活性。在一些实施例中，可通过用麦角固醇生物合成路径中的小分子酶抑制剂处理宿主生物体来达成所述类异戊二烯生物合成竞争剂多肽活性的降低或去除。麦角固醇生物合成路径中的酶例如包括角鲨烯合酶、角鲨烯环氧酶、2，3-氧代角鲨烯-羊毛固醇环化酶、细胞色素P450羊毛固醇14 a -脱甲基酶、C-14固醇还原酶、C_4固醇甲基氧化酶、SAM:C-24固醇甲基转移酶、C-8固醇异构酶、C-5固醇去饱和酶、C-22固醇去饱和酶和C-24固醇还原酶。认为这些酶中的每ー种都为类异戊二烯生物合成竞争剂多肽。还可认为这些酶的调控剂为类异戊二烯生物合成竞争剂多肽(例如，酵母蛋白SutUGenebank寄存编号 JC4374G1:2133159)和 Mot3 (Genebank 寄存编号 NP_013786G1:6323715))，其可具有或可不具有其它生物体中的同系物。[0147]在其它实施例中，可通过降低泛醌生物合成路径的活性来达成类异戊二烯生物合成竞争剂多肽活性的降低或去除。泛醌生物合成中的约定步骤为由哺乳动物中的酪氨酸或苯丙氨酸或细菌中的分支酸形成对羟基苯甲酸(PHB)，随后使PHB与异戊二烯前体缩合，导致异戊二烯基的加成。这一反应是由PHB-聚异戊二烯基转移酶催化。泛醌的类异戊二烯侧链是由异戊二烯基二磷酸合酶确定。由PHB与十异戊二烯基二磷酸的缩合反应产生的3-十异戊二烯基-4-羟基苯甲酸将经历其它修饰(其包括羟基化、甲基化和脱羧)，以便形成泛醌(CoQlO)。因此，抑制导致法尼基焦磷酸成为扩展类异戊二烯的异戊二烯基二磷酸合酶或抑制PHB聚异戊二烯基转移酶可用于增加类胡萝卜素生物合成中可用类异戊二烯的量。(异戊二烯基二磷酸合酶和PHB-聚异戊二烯基转移酶的实例分别描述于表29和30中)。[0148]已知的类异戊二烯生物合成竞争剂酶的小分子抑制剂包括(但不限于)萨拉哥酸(zaragosic acid)(包括其类似物,诸如 TAN1607A(Biochem Biophys Res Commun1996年2月 15 日，219 (2):515-520))、RPR107393 (3-羟基 _3-[4_(喹啉-6-基)苯基]-1-氮杂双环[2-2-2]辛烷二盐酸盐 J Pharmacol Exp Ther.1997 年 5 月，281 (2):746-52)、ER-28448 (5- {N- [2- 丁烯基-3- (2-甲氧基苯基)]-N-甲基氨基} -1，1-亚戊基双(膦酸)三钠盐 Journal of Lipid Research，第 41 卷，1136-1144，2000 年 7 月)、BMS-188494 (TheJournal of Clinical Pharmacology, 1998 ;38:1116-1121)、TAK-475(1-[2-[(3R，5S) -1-(3-こ酸氧基_2, 2- 二甲基丙基)-rJ-氣-1,2,3,5-四氧~2~氧代_5-(2, 3- 二甲氧基苯基)-4，1-苯并氮杂卓-3-基]こ酰基]哌啶-4-こ酸；Eur J Pharmaco12003年4月11 日；466 (1-2):155-61)、丫]?-53601(伍)-2-[2-氟-2-(亚喹咛环-3-基)こ氧基]-9H-咔唑单盐酸盐；Br J Pharmacol.2000年9月；131 (1):63-70)或抑制角鲨烯合酶的角鲨抑素I (squalestatin I)、抑制角S烯环氧酶的特比萘芬(terbinafine)、抑制细胞色素P450羊毛固醇14 a -脱甲基酶的各种唑类和抑制C-14固醇还原酶和C-8固醇异构酶的芬普福(fenpropimorph)。在其它实施例中，可利用异源类异戍二烯生物合成竞争剂多肽(无论功能性或非功能性多肽；在ー些实施例中，可使用显性阴性突变体)。 [0149]ー种可用于本发明中的特殊类异戊二烯生物合成竞争剂多肽为已从多种生物体中鉴别出来并予以表征的角鲨烯合酶；表16中包括角鲨烯合酶多肽序列的代表性实例。在利用角鲨烯合酶(或角鲨烯合酶的变体)的本发明的一些实施例中，原始生物体包括(但不限于)粗糙链孢霉、红酵母(红法夫酵母)、黑曲霉、酿酒酵母、卷枝毛霉、粘红酵母、产朊假丝酵母、高山被孢霉和解脂耶氏酵母。
[0150]类胡萝卜素生物合成路径从形成GGPP点处与类异戊二烯生物合成路径分开。类胡萝卜素生物合成中的约定步骤为通过由八氢番茄红素合酶(通常称为crtB，參看图6)催化的两个GGPP分子头-头缩合来形成八氢番茄红素。经ー系列各自使共轭双键的数量增加2个的脱氢反应将八氢番茄红素经由链孢红素转化成番茄红素。所述路径可在产生番茄红素之前和之后的多个点处分叉，因此可产生多种类胡萝卜素。举例来说，环化酶对番茄红素起作用将产生Y-胡萝卜素；而以去饱和酶对番茄红素起作用将产生3，4_ 二脱氢番茄红素。Y-胡萝卜素是通过环化酶作用而转化成(6-胡萝卜素。(6-胡萝卜素可经加工成多种产物中的任ー种(例如參看图6C)，包括虾青素(经由海胆酮、羟基海胆酮和芬尼黄质(pnoenicoxanthinノ)。
[0151]根据本发明，可通过修饰类胡萝卜素生物合成中所涉及的ー种或ー种以上蛋白质的表达或活性来调节宿主生物体中类胡萝卜素的产量。如所述，在一些实施例中，需要将自然产生ー种或ー种以上类胡萝卜素的生物体用作宿主细胞。在ー些其它情况中，关注的焦点将为(例如)通过增加自然产生的类胡萝卜素的合成中所涉及的ー种或ー种蛋白质的水平和/或活性，和/或通过降低竞争性生物合成路径中所涉及的ー种或ー种以上蛋白质的水平或活性来増加所述类胡萝卜素的产量。另外或其它，在一些实施例中，将需要产生ー种或ー种以上并非宿主细胞自然产生的类胡萝卜素的产量。
[0152]根据本发明的一些实施例，将需要将ー种或ー种以上异源产类胡萝卜素多肽引入宿主细胞中。如所属领域技术人员显而易见，可使用多种异源多肽中的任ー种；例如将考虑选择产量有待增强的特定类胡萝卜素。本发明不仅涵盖引入异源产类胡萝卜素多肽，而且还涵盖调节异源或内源产类胡萝卜素多肽的表达或活性，例如包括改变组成性或可诱导性表达模式。在本发明的一些实施例中，表达模式经调节，从而能够无需在限制养分的条件下生长以诱导产油能力。举例来说，可利用包含调控序列(例如，启动子元件、終止子元件)的改变和/或加入的基因修饰，以赋予对表达模式的特定调控。所述基因修饰可与内源基因组合利用(例如，用于调控内源产类胡萝卜素多肽)；或者，可包括所述基因修饰从而赋予对至少ー种异源多肽(例如，产类胡萝卜素多肽)的表达的调控。举例来说，包括(但不限干)Tefl、Gpdl启动子在内的启动子可与内源基因和/或异源基因组合使用以用于修饰内源产类胡萝卜素多肽和/或异源产类胡萝卜素多肽的表达模式。类似地，示范性终止子序列包括(但不限干)使用解脂耶氏酵母XPR2終止子序列。
[0153]如图6和文献中所述，类胡萝卜素生物合成中所涉及的蛋白质包括(但不限干)八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素脱氢酶、番茄红素环化酶、类胡萝卜素酮酶、类胡萝卜素羟化酶、虾青素合酶(见于ー些原始生物体中的単一多功能酶，通常具有酮酶与羟化酶活性)、类胡萝卜素e羟化酶、番茄红素环化酶和e亚单位)、类胡萝卜素葡糖基转移酶和酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶。这些类胡萝卜素生物合成多肽的代表性实例序列提供于表17-25中。
[0154]由于叶黄素的环状端基上存在含氧官能团，故可将其与其它类胡萝卜素相区別。举例来说，叶黄素和玉米黄素在其每ー末端环结构上都含有单ー羟基，而虾青素在每ー末端环上都含有酮基与羟基。这ー特性使得叶黄素的极性比胡萝卜素(诸如(6-胡萝卜素和番茄红素)的极性强，且因此使其在脂肪和脂质中的溶解性显著降低。已发现自然存在的叶黄素通常是呈末端羟基酯(即脂肪酸单酯和二酷)的形式。在某些种类的细菌中，其还作为糖苷存在。通过加入酷部分可极大地改变叶黄素的溶解性和可分散性，且已知酯化也可影响指定类胡萝卜素的可吸收性和/或生物可用性。本发明的目的在于使积累于产油酵母的胞内三酰基甘油酯部分 内的特定叶黄素的量最大化，且达成这一目标的ー个机制为增加所积累的叶黄素产物的疏水性。ー种达成这ー目的的方式是对目标叶黄素化合物的脂肪酰基单酯和/或二酯的产生进行工程设计。
[0155]多种酶可起到酯化类胡萝卜素的作用。举例来说，已在若干种细菌种类中鉴别出类胡萝卜素葡糖基转移酶(例如參看表24)。此外，在三酰基甘油生物合成的最后步骤中起作用的酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶(DGAT)和酰基辅酶A:单酰基甘油酰基转移酶(MGAT)很可能在叶黄素酯化反应中起到额外作用。代表性DGAT多肽展示于表25中。此外，其它酶可对类胡萝卜素和具有类似结构的分子(例如固醇)进行特异性修饰并且可用于修饰和酯生产中。
[0156]在本发明的一些实施例中，类胡萝卜素生物合成多肽的潜在原始生物体包括(但不限于)自然产类胡萝卜素的自然产油或不产油真菌属。这些真菌属包括(但不限干)葡萄孢属、尾孢属、铼孢菌属(赤霉属)、毛霉菌属、链孢霉属、须霉属、柄锈菌属、红酵母属、小核菌属、木霉属和红酵母属。示范性种类包括(但不限干)粗糙链孢霉、红酵母(红法夫酵母)、卷枝毛霉和粘红酵母。当然，类胡萝卜素是由多种不同的生物体产生，诸如植物、藻类、酵母、真菌、细菌、蓝藻等。任何所述生物体都可为本发明的类胡萝卜素生物合成多肽的原始生物体。
[0157]应理解，根据本发明对宿主细胞所作的特定产类胡萝卜素修饰将受需要产生何种类胡萝卜素影响。举例来说，类异戊二烯生物合成多肽与大多数类胡萝卜素的生产相关。类胡萝卜素生物合成多肽也广泛相关。酮酶尤其与角黄素的生产相关，而羟化酶与叶黄素和玉米黄素的生产相关。羟化酶与酮酶(或虾青素合酶)尤其可用于生产虾青素。
[0158]类胡萝卜素的产生和分离
[0159]如上文所论述，脂质体在产油生物体中的积累一般是通过在存在过量碳源和有限氮源的情况下生长相应生物体来诱导。先前已针对多种不同的产油生物体确立用于诱导所述积累的特定条件(例如參看Wolf (编)Nonconventional yeasts in biotechnology第 I卷，Springer-Verlag, Berlin, Germany,第 313-338 页；Lipidsl8 (9):623,1983 ；IndianJ.Exp.Biol.35(3):313,1997 ；J.1nd.Microbiol.Biotechno1.30(I):75,2003 ；BioresourTechnol.95 (3):287, 2004，各所述文献都是以全文引用的方式并入本文中)。
[0160]一般来说，在允许积累占细胞干重至少约20%的脂质的条件下培育本发明的经修饰宿主细胞将是合乎人意的。在其它实施例中，本发明的经修饰宿主细胞是在允许积累占其细胞干重至少约 15% ,16% ,17% ,18% ,19%,20%,21%,22%,23%,24%,25%,30%,35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%或甚至80%或更多脂质的条件下生长。在某些实施例中，所利用的宿主细胞为自然产油且经诱导以产生所需水平的脂质的细胞。在其它实施例中，宿主细胞为自然产生脂质但已经工程设计以增加脂质产量从而产生所需含量的脂质且达成积累的细胞。
[0161]在一些实施例中，本发明的宿主细胞并非自然产油的细胞，但已经工程设计以产生脂质从而能获得所需水平的脂质产生。所属领域技术人员将理解，一般说来，有效诱导原始生物体中脂质积累的生长条件也可能对于诱导已引入原始生物体的产油多肽的宿主细胞中脂质的积累有用。当然，根据宿主细胞的特征，可能需要进行修饰，所述修饰是在所属领域技术人员的技术范围内。
[0162]所属领域技术人员还应理解，一般需要确保本发明的经修饰宿主细胞产生所需类胡萝卜素是在与诱导产油能力从而使类胡萝卜素积累于脂质体中相关的适当时间时发生。在一些实施例中，需要诱导不会自然产生类胡萝卜素的宿主细胞中产生类胡萝卜素，从而产生可检测水平的类胡萝卜素。在某些方面，不会自然产生某种(某些)类胡萝卜素的宿主细胞能够产生其它类胡萝卜素(例如，某些宿主细胞可自然产生(6-胡萝卜素，但可能不会自然产生虾青素)；在其它方面，所述宿主细胞不会自然产生任何类胡萝卜素。在其它实施例中，将需要増加自然产生低水平类胡萝卜素的宿主细胞中类胡萝卜素的产量，从而使所述类胡萝卜素的可检测水平増加。在某些方面，自然产生类胡萝卜素(例如，(6-胡萝卜素)的宿主细胞还产生其它类胡萝卜素(例如，虾青素)；在其它方面，自然产生类胡萝卜素(例如(6-胡萝卜素)的细胞不产生其它类胡萝卜素。
[0163]在本发明的某些实施例中，将需要积累占细胞干重大于至少约1%的水平的类胡萝卜素(即，考虑所有所产生的类胡萝卜素的总量)。在一些实施例中，积累于脂质体中的总类胡萝卜素将达到占其总细胞干重至少约2%、至少约3%、至少约4%、至少约5%、至少约6%、至少约7%、至少约8%、至少约9%、至少约10%、至少约11 %、至少约12%、至少约13 %、至少约14%、至少约15 %、至少约16 %、至少约17 %、至少约18 %、至少约19%、至少约20%或更高的水平。在本发明的某些实施例中，将需要实现占细胞干重大于至少约1%的脂质体中类胡萝卜素积累的总含量(即，考虑所有所产生的类胡萝卜素的总量)。在一些实施例中，积累于脂质体中的总类胡萝卜素将达到占其总细胞干重至少约2%、至少约3 %、至少约4 %、至少约5 %、至少约6 %、至少约7 %、至少约8 %、至少约9 %、至少约10 %、至少约11 %、至少约12%、至少约13%、至少约14%、至少约15%、至少约16%、至少约17%、至少约18%、至少约19%、至少约20%或更高的水平。
[0164]已证实，细菌产类胡萝卜素基因可转移到其它生物体中，且因此尤其适用于本发明中(例如参看Miura等人,Appl.Environ.Microbiol.64: 1226,1998)。在其它实施例中，可能需要利用来自其它原始生物体的基因，诸如植物、藻类或微藻类；这些生物体将提供酮酶和羟化酶多肽的多个潜在来源。其它有用的原始生物体包括多肽的真菌、酵母、昆虫、原生动物和哺乳动物来源。
[0165]在某些实施例中，卷枝毛霉多功能八氢番茄红素合酶/番茄红素环化酶和粗糙链孢霉八氢番茄红素脱氢酶基因都可在解脂耶氏酵母中表达。随后，粗糙链孢霉羟甲基戊二酰辅酶A还原酶的催化结构域的过度表达，和/或用角鲨烯合酶抑制剂萨拉哥酸处理经修饰的解脂耶氏酵母菌株将进一步增加类胡萝卜素的产量。最后，编码类胡萝卜素羟化酶和类胡萝卜素酮酶的副球菌(Paracoccus marcusii)基因将在解脂耶氏酵母产β-胡萝卜素菌株中表达，且这一修饰将导致虾青素的积累。可在能采用的其它产油或不产油宿主生物体中使用利用相同的同源或功能类似的产类胡萝卜素多肽进行的增强类胡萝卜素生产的类似方法。
[0166]应注意，对于产生一种以上类胡萝卜素的本发明的生物体来说，通过调节生长条件来调节所产生的个别类胡萝卜素的相对量有时是可能的。举例来说，据报导，控制培养期间培养物中的溶解氧浓度可调控某些类胡萝卜素(例如β -胡萝卜素、海胆酮、β -隐黄素、3-羟基海胆酮、asteiOidenone、角黄素、玉米黄素、金盏花红素、金盏花黄素和虾青素)的相对产量(例如参看Tsubokura等人的美国专利第6，825，002号，所述专利的完整内容是以引用的方式并入本文中)。
[0167]尤其在针对虾青素生产的本发明的实施例中，通常将需要利用一个或一个以上来自自然产虾青素生物体的基因。但当拟表达多种异源多肽时，可能需要利用相同的原始生物体或利用密切相关的原始生物体。
[0168]本发明所提供的一个优势在于，除允许产生高水平的类胡萝卜素外，由于所产生的化合物积累于产油生物体内的脂质体中，故本发明还使这些所产生的化合物易于分离。已于多种产油生物体中确立分离脂质体的方法和系统(例如参看美国专利第5，164，308号、第 5, 374, 657 号、第 5, 422, 247 号、第 5, 550, 156 号、第 5, 583, 019 号、第 6, 166, 231 号、第6，541，049号、第6，727，373号、第6，750，048号和第6，812，001号，所述专利中每一者都是以全文引用的方式并入本文中)。简单来说，经常通过喷雾干燥、过滤或离心从培养物中回收细胞。在一些情况下，将细胞均质化且随后使其经历超临界液体萃取或溶剂萃取(例如，用诸如氯仿、己烷、二氯甲烷、甲醇、异丙醇、乙酸乙酯等溶剂)，得到粗油性悬浮液。如所属领域所知，可视情况将所述油性悬浮液加以精制。经精制的油状物可直接用作饲料或食品添加剂。另外或其它，可使用常规技术从油状物中分离出类胡萝卜素。
[0169]考虑到类胡萝卜素一般对氧化反应敏感，故本发明的许多实施例中都在类胡萝卜素分离过程中和/或分离之后使用氧化稳定剂(例如，生育酚、维生素C、促长啉(ethoxyquin)、维生素E、BHT、BHA、TBHQ等或其组合)。另外或其它,可使用例如以蛋白质微胶囊化以增加氧化的实体障壁和/或改进处理(例如参看美国专利申请案2004/0191365)。[0170]用途
[0171]根据本发明产生的类胡萝卜素可用于多种应用中的任ー种中，例如开发其生物或营养特性(例如，抗氧化剂、抗增生等)和/或其色素特性。举例来说，根据本发明，类胡萝
卜素可用于药物(例如參看，Bertram, Nutr.Rev.57:182,1999 ；Singh 等人，0ncologyl2:1643,1998 ；Rock, Pharmacol.Ther.75:185,1997 ；Edge 等人，J.Photochem Photobiol41:189,1997 ;美国专利申请案2004/0116514 ;美国专利申请案2004/0259959)、食品补充剂(例如參看，Koyama 等人，J.Photochem Photobiol9:265,1991 ；Bauernfeind, Carotenoidsas colorants and vitamin A precursors, Academic Press, NY, 1981 ;美国专利申请案2004/0115309 ;美国专利申请案2004/0234579)、电光应用、动物饲料添加剂(例如參看，Krinski, Pure Appl.Chem.66: 1003,1994 ；Polazza 等人，Meth.Enzymol.213:403,1992)、化妆品(作为抗氧化剂和/或作为化妆品，包括芳香剂；例如參看美国专利申请案2004/0127554)等中。根据本发明产生的类胡萝卜素还可用作制备其它化合物(例如类固醇等)的中间体。
[0172]举例来说，虾青素和/或其酷可用于多种医药应用和健康食品中，包括治疗发炎性疾病、哮喘、异位性皮炎、敏感症、多发性骨髓瘤、动脉硬化症、心血管疾病、肝病、脑血管疾病、血栓症、血管生成相关疾病(包括癌症、风湿病、糖尿病视网膜病变、黄斑变性和脑部病症)、高脂质血症、肾缺血、糖尿病、高血压、肿瘤增生和转移和代谢病症。此外,类胡萝卜素和虾青素可用于预防和治疗疲劳、改善由发炎性疾病引起的肾病的肾功能并且预防和治疗其它与生活习惯相关的疾病。另外，已发现虾青素作为各个生物学过程的抑制剂的作用，包括白细胞介素抑制剂、磷酸二酯酶抑制剂、磷酸酯酶A2抑制剂、环氧化酶-2抑制剂、基质金属蛋白酶抑制剂、毛细管内皮细胞增生抑制剂、脂肪氧化酶抑制剂。例如參看，20060126公开的日本公开案第2006022121号(20051017申请的JP申请案第2005-301156号)、20060119公开的日本公开案第2006016408号(20051017申请的JP申请案第2005-301155号)、20060119公开的日本公开案第2006016409号(20051017申请的JP申请案第2005-301157号)、20060119公开的日本公开案第2006016407号(20051017申请的JP申请案第2005-301153号),20060112公开的日本公开案第2006008717号(20051017申请的JP申请案第2005-301151号)、20060112公开的日本公开案第2006008716号(20051017申请的JP申请案第2005-301150号),20060112公开的日本公开案第2006008720号(20051017申请的JP申请案第2005-301158号)、20060112公开的日本公开案第2006008719号(20051017申请的JP申请案第2005-301154号)、20060112公开的日本公开案第2006008718号(20051017申请的JP申请案第2005-301152号)、20060112公开的日本公开案第2006008713号(20051017申请的JP申请案第2005-301147号)、20060112公开的日本公开案第2006008715号(20051017申请的JP申请案第2005-301149号),20060112公开的日本公开案第2006008714号(20051017申请的JP申请案第2005-301148号)、20060112公开的日本公开案第2006008712号(20051017申请的JP申请案第2005-301146号)。
[0173]应理解，在本发明的一些实施例中，将由如本文所述的经处理宿主细胞产生的类胡萝卜素并入上下文中的宿主细胞的终产物(例如，食品或饲料补充剂、药物、化妆品、含染料物品等)中。举例来说，可将宿主细胞冻干、冷冻干燥、冷冻或以其它方式灭活，且随后可将全细胞并入终产物中或用作终产物。也可在并入所述产物中之前对宿主细胞进行处理(例如经由溶解)以增加生物可用性。另外或其它，终产物中可仅并入一部分从全细胞中分离的宿主细胞(例如，按尺寸、溶解性分离)。举例来说，在本发明ー些实施例中，将脂质小滴从宿主细胞中分离，并且将其并入终产物中或用作终产物。在其它实施例中，分离类胡萝卜素本身或个别类胡萝卜素化合物并且将其再调配成终产物。
[0174]如上文所述，脂肪酸和糖苷酯为自然界中可见的主要类胡萝卜素酷，但可合成其它酯(例如，用有机酸或无机磷酸)以产生有用的产物形式。对于传递而言，也可将类胡萝
卜素酯调配成酯盐的形式(例如參看，美国专利公开案第20050096477号)。
[0175]并入指定产物中的类胡萝卜素的量可视产物和所涉及的特定类胡萝卜素而显著变化。剂量可例如在小于0.01重量％到大于I重量％、10重量％、20重量％、30重量％或更多产物的范围内；在一些情况下，所述类胡萝卜素可包含100%产物。
[0176]在本发明的一些实施例中，将ー种或ー种以上所产生的类胡萝卜素并入食品或饲料(例如，食品补充剂)组分中。根据本发明，对可并入类胡萝卜素的食品的类型并未特别限制，且其包括饮料，诸如茶、果汁和酒；甜食，诸如果子冻和饼干；含脂肪食品和饮料，诸如奶制品；加工食品，诸如米和软米(或粥)；婴儿配方等。在本发明这一方面的一些实施例中，由于类胡萝卜素可促进并入某些含脂肪食品中，故在可食用脂质体内并入所述类胡萝卜素可为有益的。
[0177]可并入本发明所产生的类胡萝卜素的饲料的实例(例如)包括宠物食品，诸如猫食、狗食等；观赏鱼、养殖鱼或甲壳动物等的饲料；农场动物(包括家畜且另外包括水产养殖业中喂养的鱼或甲壳动物)的饲料。可并入本发明所产生的类胡萝卜素的食品或饲料物质优选可合乎作为预定接受者的生物体的口味。这ー食品或饲料物质可具有当前对食品物质已知的任何物理特性(例如，固体、液体、软)。
[0178]在本发明的一些实施例中，可将ー种或ー种以上所产生的类胡萝卜素并入化妆品中。所述化妆品的实例(例如)包括护肤品`(例如，洗液、乳液、面霜等)、唇膏、防晒化妆品、化妆品、香水、日用品(例如，牙膏、漱ロ水、防口臭试剂、固体肥皂、液体肥皂、洗发精、护理液)等。
[0179]在一些实施例中，将ー种或ー种以上所产生的类胡萝卜素并入药物中。所述药物的实例(例如)包括各类片剂、胶囊、饮用剂、锭剂、漱ロ剂等。在一些实施例中，所述药物适于局部应用。并未对剂型作特别限制，且其包括胶囊、油、颗粒剂、浓缩细粒(granulasubtilae)、冻干粉(pulveres)、片剂、丸剂、锭剂等。由于油和充油胶囊在制造过程中无成分分解，且由于易于将本发明的含类胡萝卜素脂质小滴并入油基调配物中，故其可提供额外优势。
[0180]可根据所属领域中已确立的技术(例如包括如美国药典(United StatesPharmacopoeia)中所述的常用程序)制备本发明的药物。
[0181]可将根据本发明产生的类胡萝卜素并入任何含色素的产品(例如包括织物、油漆等)中。还可将其并入作为环境指示剂的产品中，或用作检测剂的诸如生物感应器的仪器中。
[0182]例证:
[0183]下表26描述以下例证中所使用的解脂耶氏酵母菌株:
[0184]表26:解脂耶氏酵母菌株
【权利要求】
1.一种重组耶氏酵母属(Yarrowia)真菌,其特征在于: a.所述真菌因可以积累占其细胞干重至少约20%的脂质而为产油真菌；且 b.所述耶氏酵母属真菌产生至少一种类胡萝卜素，并且其可积累占其细胞干重至少约I %的所产生的类胡萝卜素； 其中所述真菌包含至少一种产类胡萝卜素修饰，且其中所述至少一种产类胡萝卜素修饰赋予所述真菌产生占其细胞干重至少约I%的水平的所述至少一种类胡萝卜素的能力，或赋予所述真菌产生至少一种所述真菌不会自然产生的类胡萝卜素的能力， 其中所述至少一种产类胡萝卜素修饰增加或降低产类胡萝卜素多肽的表达或活性，所述产类胡萝卜素多肽选自由以下多肽组成的群组:类异戊二烯生物合成多肽、类胡萝卜素生物合成多肽、类异戊二烯生物合成竞争剂多肽和其组合，且其中: (i)所述类异戊二烯生物合成多肽选自由以下组成的群组=HMG-CoA还原酶多肽和GGPP合酶多肽；和/或 (?)所述类胡萝卜素生物合成多肽选自由以下组成的群组:类胡萝卜素酮酶多肽和类胡萝卜素羟化酶多肽；和/或 (iii)所述类异戊二烯生物合成竞争剂多肽是角鲨烯合酶多肽。
2.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述耶氏酵母属真菌为解脂耶氏酵母(Yarrowia Iipolytica)菌株。
3.根据权利要 求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述真菌含有至少一种产油修饰。
4.根据权利要求3所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰改变所述真菌的产油能力。
5.根据权利要求3所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰增加至少一种产油多肽的表达或活性。
6.根据权利要求3所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰降低至少一种产油多肽的表达或活性。
7.根据权利要求3所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰增加至少一种产油多肽的表达或活性，并且降低至少一种其它产油多肽的表达或活性。
8.根据权利要求5或6所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油多肽选自由以下多肽组成的群组:乙酰辅酶A羧化酶多肽、丙酮酸脱羧酶多肽、异柠檬酸脱氢酶多肽、ATP-柠檬酸裂解酶多肽、苹果酸酶多肽、AMP脱氨酶多肽和其组合。
9.根据权利要求5或6所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油多肽为至少一种选自由表1到表6中任一表中的多肽组成的群组的多肽。
10.根据权利要求5或6所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰包含在所述真菌中表达至少一种异源产油多肽。
11.根据权利要求10所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种产油修饰包含表达至少一种编码所述至少一种异源产油多肽的异源基因。
12.根据权利要求10所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少一种异源产油多肽包含至少两种异源产油多肽。
13.根据权利要求12所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少两种异源产油多肽是来自单一原始生物体。
14.根据权利要求12所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少两种异源产油多肽是来自至少两种不同的原始生物体。
15.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种产类胡萝卜素修饰赋予所述真菌产生占其细胞干重至少约I%的水平的所述至少ー种类胡萝卜素的能力。
16.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种产类胡萝卜素修饰赋予所述真菌产生至少ー种所述真菌不会自然产生的类胡萝卜素的能力。
17.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述真菌另外包含至少ー种产油修饰，其中所述产油修饰改变所述真菌的产油能力或赋予所述真菌产油能力。
18.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种类胡萝卜素选自由虾青素、(6-胡萝卜素、角黄素、玉米黄素、叶黄素、番茄红素和其组合组成的群组。
19.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种类胡萝卜素主要为虾青素。
20.根据权利要求1所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种产类胡萝卜素修饰增加至少ー种产类胡萝卜素多肽的表达或活性并且降低至少ー种其它产类胡萝卜素多肽的表达或活性。
21.根据权利要求1或20所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种产类胡萝卜素修饰包含表达至少ー种异源产类胡萝卜素多肽。
22.根据权利要求21所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种产类胡萝卜素修饰包含表达至少一种编码所述至少ー种异源产类胡萝卜素多肽的异源基因。
23.根据权利要求21所·述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种异源产类胡萝卜素多肽包含至少两种异源产类胡萝卜素多肽。
24.根据权利要求23所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少两种异源产类胡萝卜素多肽是来自单ー原始生物体。
25.根据权利要求23所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少两种异源产类胡萝卜素多肽是来自至少两种不同的原始生物体。
26.根据权利要求1-7和15-20中任ー权利要求所述的耶氏酵母属真菌，其特征在于所述真菌积累细胞质体形式的脂质。
27.根据权利要求26所述的耶氏酵母属真菌，其中所述至少ー种类胡萝卜素积累于所述细胞质油体中。
28.—种解脂耶氏酵母(Yarrowia Iipolytica)菌株,其包含ー种或ー种以上产类胡萝卜素修饰，使得所述菌株积累占其细胞干重1%到10%的至少ー种类胡萝卜素，其中所述解脂耶氏酵母菌株包含选自由表达以下异源多肽的修饰组成的群组的产类胡萝卜素修饰:HMG-CoA还原酶多肽、GGPP合酶多肽、类胡萝卜素酮酶多肽、类胡萝卜素羟化酶多肽和角鲨烯合酶多肽。
29.根据权利要求28所述的菌株，其另ー特征在于，其积累占其细胞干重20%到50%的脂质。
30.根据权利要求29所述的菌株，其中所述菌株积累占其细胞干重20%到50%的细胞质油体形式的脂质。
31.根据权利要求28至30中任ー权利要求所述的菌株，其中所述菌株积累占其细胞干重-1o%的e-胡萝卜素。
32.根据权利要求28至30中任ー权利要求所述的菌株，其中所述菌株积累占其细胞干重1% -10%的虾青素或叶黄素。
33.一种产生类胡萝卜素的方法，所述方法包含以下步骤: a.在允许产生所述类胡萝卜素的条件下，培养前述权利要求中任ー权利要求所述的耶氏酵母属真菌； b.和分离所述所产生的类胡萝卜素。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述分离步骤包含分离培养基以获得至少ー个富含类胡萝卜素的部分。
35.根据权利要求33所述的方法，其中:所述培养步骤包含在允许将所述类胡萝卜素积累于细胞质油体中的条件下培养所述耶氏酵母属真菌，且所述分离步骤包含分离从所述细胞质油体得到的油。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述类胡萝卜素选自由以下物质组成的群组:虾青素、(6-胡萝卜素、角黄素、玉米黄素、叶黄素、番茄红素和其组合。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述类胡萝卜素包含虾青素。
38.一种制备含有类胡萝卜素的食品或饲料添加剂的方法，所述方法包含以下步骤: a.在允许产生所述类胡萝卜素的条件下，培养权利要求1至32中任ー权利要求所述的耶氏酵母属真菌；· b.分离所述类胡萝卜素；和 c.将所述经分离的类胡萝卜素与ー种或ー种以上其它食品或饲料添加剂组分组合。
【文档编号】C12N15/80GK103589650SQ201310334980
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2006年3月20日 优先权日:2005年3月18日
【发明者】理查德·贝利, 凯文·T·马登, 乔舒亚·特鲁哈特 申请人:米克罗比亚公司