经与碳储存相关的CoA依赖性碳链延长制备6碳化学品的方法

经与碳储存相关的CoA依赖性碳链延长制备6碳化学品的方法
【专利摘要】本申请描述了通过在C6脂族主链底物中形成两个末端官能团（包括羧基、胺或者羟基基团）制备己二酸、己内酰胺、6-氨基己酸、六亚甲基二胺或者1，6-己二醇的生物化学途径。本申请所述的这些途径、代谢工程和培养策略取决于与聚羟基烷酸酯累积细菌的碳储存途径相关的CoA依赖性延长酶或者类似的酶。
【专利说明】经与碳储存相关的CoA依赖性碳链延长制备6碳化学品的 方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2011年12月16日提交的美国申请61/576, 401的优先权。将该申请 公开的全部内容通过引用的方式并入本申请。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及使用一种或者多种分离的酶如酮硫解酶、脱氢酶、还原酶、水合 酶、单氧化酶、ω-羟化酶和转氨酶或者使用表达一种或者多种所述酶的重组宿主细胞生物 合成己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、己内酰胺和1，6-己二醇的方法。

【背景技术】
[0004] 尼龙是聚酰胺，其通常通过二胺与二羧酸的缩聚合成。类似地，尼龙可通过内酰胺 的缩聚制备。一种无处不在的尼龙是尼龙6, 6,其通过六亚甲基二胺（HMD)和己二酸的反 应制备。尼龙6通过己内酰胺的开环聚合制备。因此，己二酸、六亚甲基二胺和己内酰胺是 尼龙制备中的重要中间体（Anton&Baird,PolyamidesFibers,EncyclopediaofPolymer ScienceandTechnology, 2001)〇
[0005] 在产业上，己二酸和己内酰胺经环己烷的空气氧化制备。环己烷的空气氧化 在一系列步骤中产生环己酮（K)和环己醇（A)的混合物，其被指定为KA油。KA油的硝 酸氧化产生己二酸（Musser，Adipicacid,Ullmann'sEncyclopediaofIndustrial Chemistry, 2000)。己内酰胺由环己酮经它的厢重排和随后的酸重排制备（Fuchs,Kieczka andMoran,Caprolactam,Ullmann,sEncyclopediaofIndustrialChemistry, 2000)〇
[0006] 在产业上，六亚甲基二胺（HMD)通过以下方法制备：将C6结构单元氢氰化成己二 臆，然后氢化成HMD(HerzogandSmileyjHexamethylenediamine jUllmanr^sEncyclopedia ofIndustrialChemistry, 2012)〇
[0007] 鉴于对石油化学原料的依赖；生物技术提供可选择的经生物催化的途径。生物催 化是使用生物催化剂如酶实施有机化合物的生物化学转换。
[0008] 对于生物催化方法，生物衍生的原料和石油化学原料均为可行的起始原料。
[0009] 从而，在这样的背景下，很明显，需要用于制备己二酸、己内酰胺、6_氨基己酸、六 亚甲基二胺和1，6-己二醇的可持续的方法（下文称为"C6结构单元")，其中所述方法是基 于生物催化剂的（Jangetal.，Biotechnology&Bioengineering，2012，109(10)，2437 - 24 59)。
[0010] 然而，没有野生型原核生物或者真核生物天然地向细胞外环境过度生成或者 分泌C6结构单元。不过，己二酸和己内酰胺的代谢已有报道（Ramsayetal. ,Appl. Environ.Microbiol.,1986,52(1), 152 - 156 ； 和Kulkarni和Kanekar,Current Microbiology, 1998, 37, 191 - 194)。 toon] 该二羧酸，己二酸，被大量的细菌和酵母作为碳源经β-氧化有效地转化成 中心代谢产物。己二酸β-氧化成3-氧代己二酸促进经例如与芳族底物降解相关 的邻位裂解途径进一步代谢。已经充分表征了 3-氧代己二酰基-CoA被数种细菌和 真菌代谢成乙醜基-CoA和玻拍醜基-CoA(Harwood和Parales,AnnualReviewof Microbiology, 1996, 50, 553 - 590)。己二酸和6-氨基己酸是己内酰胺代谢中的中间体，最 后经3-氧代己二酰基-CoA降解成中心代谢产物。
[0012] 已经提出了由生物质-糖制备己二酸的潜在的代谢途径：（1)以生物化学的方式 经邻位裂解芳烃降解途径从葡萄糖转化成顺式，顺式-粘康酸，然后化学催化成己二酸； (2)经琥珀酰基-CoA和乙酰基-CoA的缩合的可逆的己二酸降解途径和（3)组合β-氧化、 脂肪酸合成酶和ω-氧化。然而，没有报道过使用这些策略的信息（Jangetal.，Biotech nology&Bioengineering, 2012, 109(10), 2437 - 2459)〇
[0013] 最优性原理指出，微生物调节它们的生物化学网络以支持最大生物质生长。除了 在宿主生物体中表达异源性途径的需要之外，将碳通量引导至用作碳源而非用作生物质生 长组分的C6结构单元与最优性原理矛盾。例如，与天然制造者的生产性能相比，将1-丁 醇途径从梭菌属物种转移至其它生产菌株中经常下降一个数量级（Shenetal.，Appl. Environ.Microbiol. , 2011, 77(9), 2905 - 2915)〇
[0014] 在C6脂族主链上形成末端官能团如羧基、胺或者羟基基团之前，六碳的脂族主链 前体的有效合成是合成C6结构单元中的重要考虑因素。


【发明内容】

[0015] 本申请至少部分地基于以下发现：可构建用于制备六碳的链式脂族主链前体的 生物化学途径，在所述六碳的链式脂族主链前体中可形成两个官能团如羧基、胺或者羟基， 导致合成以下物质中的一个或者多个：己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、己内酰胺和 1，6-己二醇（下文称为"C6结构单元"）。本申请所述的这些途径、代谢工程和培养策略依 赖于与聚羟基烷酸酯累积细菌如钩虫贪铜菌的碳储存途径相关的CoA依赖性延长酶或者 其类似物。
[0016] 面对最优性原理，意料不到地发现，可将适当的非天然途径、原料、宿主微生物、对 宿主的生物化学网络的弱化策略和培养策略组合起来，从而有效率地制备C6结构单元。
[0017] 在一些实施方案中，用于转化成C6结构单元的C6脂族主链可由乙酰基-CoA经两 个CoA依赖性碳链延长循环使用NADH或者NADPH依赖性酶形成。参见图1和图2。
[0018] 在一些实施方案中，在产生C6脂族主链的CoA依赖性碳链延长途径中的酶催化不 可逆酶促步骤。
[0019] 在一些实施方案中，所述末端羧基基团可使用酰基-CoA水解酶、醛脱氢酶、6-氧 代己酸脱氢酶或者细胞色素P450/ω-羟化酶酶促形成。参见图3和图4。
[0020] 在一些实施方案中，所述末端胺基团可使用ω-转氨酶或者二胺转氨酶酶促形 成。参见图5和图6。
[0021] 在一些实施方案中，所述末端羟基基团可使用细胞色素Ρ450、单氧化酶或者醇脱 氢酶酶促形成。参见图7和图8。
[0022] 在一个方面，本申请的特征在于生物合成一种或者多种产物的方法，所述产物选 自己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、己内酰胺和1，6-己二醇。所述方法包括酶促合成六 碳的链式脂族主链（例如，己酰基-CoA)和在一个或者多个步骤中在主链中酶促形成两个 选自羧基、胺和羟基基团的末端官能团，从而直接制备产物或者在随后的步骤中制备产物。 所述两个末端官能团可相同或者可不同。
[0023] 己酰基-CoA可由乙酰基-CoA经两个循环的CoA依赖性碳链延长使用NADH或者 NADPH依赖性酶酶促合成。己酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC1. 3. 1. 44、 EC1. 3. 1. 38或者EC1. 3. 1. 8下的烯酰基-CoA还原酶如ter或者tdter的基因产物转化 己-2-烯酰基-CoA。己-2-烯酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC4. 2. 1. 17下 的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（S) 3-羟基己酰基-CoA或者通过归类在EC4. 2. 1. 119 下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（R) 3-羟基己酰基-CoA。反式-2-烯酰基-CoA水 合酶可为crt的基因产物。（S) 3-羟基己酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC I.I. 1. 35下的3-羟基酰基-CoA脱氢酶如由fadB编码的3-羟基酰基-CoA脱氢酶转化 3-氧代己酰基-CoA。3-氧代己酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC2. 3. 1. 16 下的乙酰基-CoAC-酰基转移酶如由bktB编码的乙酰基-CoAC-酰基转移酶转化丁酰 基-CoA。丁酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC1.3. 1.44、EC1.3. 1.38或者EC 1. 3. 1. 8下的烯酰基-CoA还原酶转化巴豆酰基-CoA。巴豆酰基-CoA可通过以下方法形成： 通过归类在EC4. 2. 1. 17下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（S) 3-羟基丁酰基-CoA。 (S) 3-羟基丁酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在ECI.I. 1. 157下的3-羟基丁酰 基-CoA脱氢酶如由hbd编码的3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶转化乙酰乙酰基-CoA。乙酰乙 酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC2. 3. 1. 9下的乙酰基-CoAC-酰基转移酶 如由atoB或者phaA编码的乙酰基-CoAC-酰基转移酶转化乙酰基-CoA。乙酰乙酰基-CoA 可通过以下方法形成：通过归类在EC2. 3. 1. 194下的乙酰乙酰基-CoA合成酶转化丙二酸 单酰基-CoA。丙二酸单酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC6.4. 1.2下的乙酰 基-CoA羧化酶转化乙酰基-CoA。反式-2-烯酰基-CoA水合酶可为phaj的基因产物。
[0024] (R) 3-羟基己酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在ECI.I.L100下的 3_氧代酰基-CoA还原酶如由fabG编码的3-氧代酰基-CoA还原酶转化3-氧代己酰 基-CoA。巴豆酰基-CoA可通过以下方法形成：通过归类在EC4. 2. 1. 119下的反式-2-烯 酰基-CoA水合酶转化（R) 3-羟基丁酰基-CoA。（R) 3-羟基丁酰基-CoA可通过以下方法形 成：通过归类在ECI.I. 1. 36下的乙酰酰基-CoA还原酶如由phaB编码的乙酰酰基-CoA还 原酶转化乙酰乙酰基-CoA。
[0025] 在本申请所述的任何方法中，所述方法可包括通过以下方法产生己酸 (hexanoate):使用酰基-CoA水解酶和醒脱氢酶或者硫酯酶在己酰基CoA中形成第一末端 羧基基团。酰基-CoA水解酶或者硫酯酶可由YciA、tesB或者Acotl3编码。
[0026] 己酸可通过以下方法产生：通过归类在EC1.2. 1.4下的醛脱氢酶在己醛中形成 第一末端羧基基团。己醛可通过以下方法形成：通过归类在EC1. 2. 1. 57下的丁醛脱氢酶 转化己酰基-CoA。
[0027] 在本申请所述的任何方法中，所述方法可包括使用一种或者多种酶促转化将己酸 转化成己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、ε己内酰胺或者1，6己二醇，其中所述酶促转 化中的一种引入第二末端官能团。方法可包括使用细胞色素Ρ450/ω-羟化酶如来自家族 CYP153如CYP152A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸。使用⑴醇脱氢酶如由YMR318C编 码的那些、（ii) 6-羟基己酸脱氢酶如由ChnD编码的那些，或者（iii)细胞色素P450/ω-羟 化酶，可将6-羟基己酸转化成己二酸半醛。
[0028] 在本申请所述的任何方法中，己二酸可通过以下方法产生：使用（i)归类在EC 1.2. 1.3下的醛脱氢酶、（ii)归类在EC1.2. 1.63下的6-氧代己酸脱氢酶如由ChnE编码 的那些或者iii)细胞色素Ρ450/ω-羟化酶，在己二酸半醛中形成第二末端官能团。
[0029] 在本申请所述的任何方法中，6-氨基己酸可通过以下方法产生：使用归类在EC 2. 61. 18、EC2. 6. 1. 19或者EC2. 6. 1. 48下的ω-转氨酶，在己二酸半醛中形成第二末端 官能团。
[0030] 在本申请所述的任何方法中，己内酰胺可由6-氨基己酸使用归类在EC 3. 5. 2.-下的内酰胺酶产生。与己内酰胺有关的酰胺键是首先具有末端羧基基团和末端胺 基团然后形成键的结果。使用归类在EC1.2. 99. 6下的羧酸还原酶如连同npt的基因产物 由car编码的那些，t或者由GriC&GriD编码的那些，可将6-氨基己酸转化成6-氨基己醛。
[0031] 在本申请所述的任何方法中，六亚甲基二胺可通过以下方法产生：使用归类在EC 2. 6. 1.29或者EC2. 6. 1.82下的二胺转氨酶，在6-氨基己醛中形成第二末端官能团。
[0032] 在本申请所述的任何方法中，1，6己二醇可通过以下方法产生：使用归类在EC I.I. 1. -(1，2, 21，184)下的醇脱氢酶在6-羟基己醛中形成第二末端官能团。
[0033] 在一些实施方案中，所述生物原料为以下物质，包含以下物质，或者衍生自以下物 质：单糖、二糖、木质纤维素、半纤维素、纤维素、木质素如Y-戊酮酸和糠醛、木质素、甘油 三酯如甘油和脂肪酸、农业废物或者城市废物。
[0034] 在一些实施方案中，所述非生物原料为或者衍生自：天然气、合成气、C02/H2、甲醇、 乙醇、来自环己烷氧化过程的非挥发性残留物（NVR)或者碱洗废物流。
[0035] 在一些实施方案中，所述宿主微生物为原核生物。例如，所述原核生物可来自 埃希氏菌属如大肠杆菌；来自梭状芽胞杆菌属如杨氏梭菌、自产乙醇梭菌（Clostridium autoethanogenum)或者克鲁佛梭菌；来自棒状杆菌属如谷氨酸棒状杆菌；来自贪铜菌属如 钩虫贪铜菌或者耐金属贪铜菌（Cupriavidusmetallidurans);来自假单胞菌属如突光假 单胞菌、恶臭假单胞菌或者食油假单胞菌（Pseudomonasoleavorans);来自代尔夫特菌属 如食酸代尔夫特菌；来自芽孢杆菌属如枯草芽胞杆菌；来自乳杆菌属如德氏乳杆菌；或者 来自乳球菌属如乳酸乳球菌。这种原核生物也可为用于构建本申请所述的能够产生C6结 构单元的重组宿主细胞的基因来源。
[0036] 在一些实施方案中，所述宿主微生物为真核生物（例如，真菌如酵母）。例如，真核 生物可来自真菌曲霉菌属如黑曲霉菌；来自酵母菌属如酿酒酵母菌；来自毕赤氏酵母属如 巴斯德毕赤酵母（Pichiapastoris);来自耶罗维亚酵母属如解脂耶罗维亚酵母（Yarrowia Iipolytica);来自伊萨酵母属如东方伊萨酵母；来自德巴利酵母属如汉逊德巴利酵母 (Debaryomyceshansenii);来自Arxula酵母属如Arxulaadenoinivorans;或者来自克鲁 维酵母菌属如乳酸克鲁维酵母菌（KluyveromycesIactis)。这种真核生物也可为用于构建 本申请所述的能够产生C6结构单元的重组宿主细胞的基因来源。
[0037] 在一些实施方案中，所述宿主微生物对高浓度的一种或者多种C6结构单元的耐 受性通过在选择性环境中的连续培养而改善。
[0038] 在一些实施方案中，将所述宿主微生物的生物化学网络弱化或者强化以（1)确保 乙酰基-CoA的细胞内可用度，（2)创造NADH或者NADPH不平衡，其仅可经一种或者多种C6 结构单元的形成来平衡，（3)防止降解导致和包含C6结构单元的中心代谢产物、中心前体 和（4)确保来自细胞的有效外向通量。
[0039] 在一些实施方案中，非循环培养策略用于实现缺氧的、微需氧的或者需氧的培养 条件。
[0040] 在一些实施方案中，循环培养策略用于在缺氧的和需氧的培养条件之间交替。
[0041] 在一些实施方案中，所述培养策略包括限制养分，例如限制氮、磷酸盐 (phosphate)或者氧。
[0042] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过单一类型的微生物（例如，含 有一种或者多种外源性核酸的重组宿主），使用非循环或者循环发酵策略产生。
[0043] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过以下方法产生：使用非循环 或者循环发酵策略，共同培养超过一种类型的微生物，例如，两种或者更多种不同的重组宿 主，每一宿主含有一组特定的外源性核酸。
[0044] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过以下方法产生：连续发酵，其 中将来自前发酵的肉汤或者离心滤液作为原料、中心代谢产物或者中心前体的来源供料至 相继的发酵；最后产生C6结构单元。
[0045] 本申请的特征还在于重组宿主，其包含至少一种外源性核酸，所述外源性核酸 编码例如以下物质中的一种或者多种：甲酸脱氢酶、烯酰基-CoA还原酶、反式-2-烯酰 基-CoA水合酶、3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶、乙酰基-CoAC-酰基转移酶、乙酰酰基-CoA还 原酶、乙酰基-CoA合成酶、乙酰基-CoA羧化酶、苹果酸酶、批陡（puridine)核苷酸转氢酶、 甘油醛-3P-脱氢酶、酰基-CoA水解酶、醛脱氢酶、硫酯酶、细胞色素P450/ω-羟化酶、醇脱 氢酶、6-羟基己酸脱氢酶、6-氧代己酸脱氢酶、二胺转氨酶、丙酰基-CoA合成酶和羧酸还 原酶，其中所述宿主包含以下的一种或者多种缺乏，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶、乙酸激酶、 将丙酮酸降解至乳酸的酶、介导磷酸烯醇丙酮酸降解至琥珀酸的酶、醇脱氢酶、丙酮酸脱羧 酶、2-酮酸脱羧酶、磷酸丙糖异构酶、谷氨酸脱氢酶。
[0046] 除非另外定义，本申请使用的所有技术和科学术语的定义与本发明所述领域的普 通技术人员所通常理解的含义相同。下面描述适合的方法和材料，不过与本申请所述的方 法和材料相似或者相同的方法和材料也可用于实践本发明。将本申请提及的所有公开、专 利申请、专利和其它参考文献的全部内容通过引用的方式并入本申请。在冲突的情况下，以 本发明说明书（包括定义）为准。另外，材料、方法和实施例仅为说明性的并且不意图限制 本发明。
[0047] 本发明的一个或者多个实施方案的细节在附图和下面的描述中阐明。根据说明书 和附图，并根据权利要求，本发明的其它特征、目的和优点将显而易见。根据专利法的标准 实践，词语"包含"在权利要求中可被"基本上由…组成"或者"由…组成"替代。

【专利附图】

【附图说明】
[0048] 图1是示例性生物化学途径的示意图，其使用NADH依赖性酶导致己酰基-CoA并 以乙酰基-CoA作为中心代谢产物。
[0049] 图2是示例性生物化学途径的示意图，其使用NADPH依赖性酶导致己酰基-CoA并 以乙酰基-CoA作为中心代谢产物。
[0050] 图3是示例性生物化学途径的示意图，其使用己酰基-CoA作为中心代谢产物导致 己酸。
[0051] 图4是示例性生物化学途径的示意图，其使用己酸作为中心前体导致己二酸。
[0052] 图5是示例性生物化学途径的示意图，其使用己酸作为中心前体导致6-氨基己 酸。
[0053] 图6是示例性生物化学途径的示意图，其使用6-氨基己酸作为中心前体导致六亚 甲基二胺。
[0054] 图7是示例性生物化学途径的示意图，其使用己酸作为中心前体导致6-羟基己 酸。
[0055] 图8是示例性生物化学途径的示意图，其使用6-羟基己酸作为中心前体导致 1，6_己二醇。

【具体实施方式】
[0056] 总的来说，本申请提供酶、非天然途径、培养策略、原料、宿主微生物和对宿主的 生物化学网络的弱化，其从中心代谢产物产生六碳的链式脂族主链，在所述中心代谢产物 中可形成两个末端官能团，从而合成己二酸、己内酰胺、6_氨基己酸、六亚甲基二胺或者 1，6-己二醇（本申请中称为"C6结构单元"）。本申请使用的术语〃中心前体〃用于表示 导致C6结构单元的合成的途径中的重要代谢产物。术语"中心代谢产物"在本申请中用 于表不在所有微生物中产生以支持生长的代谢产物。
[0057] 因此，本申请所述的宿主微生物可包括可操纵使得可产生一种或多种C6结构单 元的内源性途径。在内源性途径中，宿主微生物天然地表达催化在该途径内的反应的所有 酶。含有工程化途径的宿主微生物不天然地表达催化在该途径内反应的所有酶，但是已经 被工程化以使得在宿主中表达在途径内的所有酶。在工程化途径内，酶可来自单一来源， 即，来自一个物种或者属，或者可来自多个来源，即，不同物种或者属。编码本申请所述的 酶的核酸已经从各种生物鉴别出并可在公开资料数据库如GenBank或者EMBL中容易地得 至IJ。工程化宿主不可天然地表达本申请所述途径的酶，或者可天然地表达本申请所述途径 的酶中的一些（例如，一种或者多种，两种或者更多种，三种或者更多种，四种或者更多种， 五种或者更多种，或者六种或者更多种）。也可将工程化宿主的内源性基因破坏以防止形 成不希望的代谢物，或者防止在途径中的中间体通过作用于这种中间体的其它酶导致的损 失。可将工程化宿主称为重组宿主或者重组宿主细胞。因此，如本申请所述，重组宿主可 包含核酸，所述核酸编码以下物质中的一种或者多种：酮硫解酶、脱氢酶、还原酶、水合 酶、单氧化酶、ω-羟化酶或者转氨酶，如下面更详细地描述。
[0058] 另外，C6结构单元的产生可在体外使用本申请所述的分离的酶，使用宿主微生物 的溶胞产物（例如，细胞溶解产物）作为酶源，或者使用来自不同宿主微生物的多种溶胞产 物作为酶源进行。
[0059] 本申请所述的途径的反应可在一种或者多种宿主菌株中进行，所述宿主菌株（a) 天然表达一种或者多种相关的酶，（b)被基因工程化以表达一种或者多种相关的酶，或者 (C)天然表达一种或者多种相关的酶并被基因工程化以表达一种或者多种相关的酶。可 选择地，可将相关的酶从上述类型的宿主细胞中提取出来并以纯化的或者半纯化的形式使 用。而且，这种提取物包括可用作相关的酶的来源的溶胞产物（例如细胞裂解物）。在本申 请提供的方法中，所有步骤可在宿主细胞中进行，所有步骤可使用提取的酶进行，或者一些 步骤可在细胞中进行并且其它步骤可使用提取的酶进行。
[0060] 4. 1产生用于转化成C6结构单元的C6脂族主链的酶
[0061] 如图1和图2中所示，用于转化成C6结构单元的C6脂族主链可由乙酰基-CoA经 两个循环的CoA依赖性碳链延长使用NADH或者NADPH依赖性酶形成。在一些实施方案中， CoA依赖性碳链延长循环包含乙酰基-CoAC-酰基转移酶（其将乙酰基-CoA转化成乙酰 乙醜基_CoA和将丁醜基-CoA转化成3-氧代己醜基-CoA)，或者乙醜基-CoA羧化酶（其 将乙酰基-CoA转化成丙二酸单酰基-CoA)，以及乙酰乙酰基-CoA合成酶（其将丙二酸单 酰基-CoA转化成乙酰乙酰基-CoA)，3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶（其将乙酰乙酰基-CoA转 化成3-羟基丁酰基CoA)或者3-氧代酰基-CoA还原酶/3-羟基酰基-CoA脱氢酶（其将 3-氧代己酰基-CoA转化成3-羟基己酰基-CoA)，烯酰基-CoA水合酶（其将3-羟基丁酰 基-CoA转化成巴?醜基-CoA和将3_轻基己醜基-CoA转化成己_2_稀醜基-CoA)和反 式-2_稀醜基-CoA还原酶（其将巴?醜基-CoA转化成丁醜基-CoA和将己_2_稀醜基-CoA 转化成己酰基-CoA)。
[0062] 在一些实施方案中，乙酰基-CoAC-酰基转移酶可归类在EC2. 3. 1.9下，例如 atoB或者phaA的基因产物，或者归类在EC2. 3. 1. 16下，例如bktB的基因产物。
[0063] 由atoB或者phaA编码的β-酮硫解酶接受乙酰基-CoA作为底物，从而形成 丁醜基_CoA(Haywoodetal·，FEMSMicrobiologyLetters，1988,52,91_96;Slateret al.，JournalofBacteriology, 1998, 180(8)，1979-1987)。
[0064] 来自钩虫贪铜菌的由bktB编码的β-酮硫解酶接受乙酰基-CoA和丁酰基-CoA 作为底物，从而形成CoA活化的C6脂族主链（Haywoodetal.，FEMSMicrobiology Letters, 1988, 52, 91-96；Slateretal. ,JournalofBacteriology, 1998, 180(8), 1979-1987)。
[0065] 在一些实施方案中，乙酰基-CoA羧化酶可归类在EC6. 4.I. 2下。
[0066] 已经显示，通过乙酰基-CoA羧化酶将乙酰基-CoA转化成丙二酸单酰基-CoA提高 脂肪酸合成速率（Davisetal·，TheJournalofBiologicalChemistry, 2000, 275 (37)， 28593 - 28598)。
[0067] 在一些实施方案中，乙酰乙酰基-CoA合成酶可归类在EC2. 3.I. 194下。
[0068] 已经证实，乙酰乙酰基-CoA合成酶在与多羟基丁酸合成相关的碳链延长中 可用作phaA的基因产物的不可逆替代物（irreversiblesubstitute)(Matsumotoet al.，Biosci.Biotechnol.Biochem.，2011，75 (2)，364 - 366)。
[0069] 在一些实施方案中，3_轻基酰基-CoA脱氢酶可归类在ECI.I. 1. 35下，例如 fadB的基因产物，或者3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶可归类在ECI.I. 1. 157下，例如hbd的 基因产物，或者乙酰乙酰基-CoA还原酶可归类在ECI.I. 1. 36下，例如phaB的基因产物 (Liu&Chen,Appl.Microbiol.Biotechnol. , 2007, 76(5), 1153 - 1159；Shenetal. ,Appl. Environ.Microbiol. , 2011, 77(9), 2905 - 2915；Buddeetal. ,JournalofBacteriology ,2010,192(20), 5319 - 5328) 〇
[0070] 在一些实施方案中，3-氧代酰基-CoA还原酶可归类在ECI.I.I. 100下，例如 fabG的基因产物（Buddeetal·，JournalofBacteriology, 2010, 192 (20) ,5319 - 5328; Nomuraetal. ,Appl.Environ.Microbiol. , 2005, 71(8), 4297 - 4306) 〇
[0071] 在一些实施方案中，烯酰基-CoA水合酶可归类在EC4. 2.I. 17下，例如crt的基 因产物，或者归类在EC4·2·l·119下，例如phaJ的基因产物（Shenetal·，Appl·Environ· Microbiol. , 2011, 77(9), 2905 - 2915；Fukuietal. ,JournalofBacteriology, 1998, 18 0(3), 667 - 673).
[0072] 在一些实施方案中，反式-2-烯酰基-CoA还原酶可归类在EC1.3.I. 38、EC I. 3. 1. 8 或者ECI. 3. 1. 44 下，例如ter或者tdter的基因产物（附811；[1]^1^6七31.，]\ Biochem. , 1984, 95, 1315 - 1321；Shenetal.,Appl.Environ.Microbiol. , 2011, 77(9), 29 05 - 2915) ;Bond_Wattsetal·,Biochemistry, 2012, 51，6827-6837)。
[0073] 4. 2在C6结构单元的生物合成中产生末端羧基基团的酶
[0074] 如图3和图4中所示，末端羧基基团可使用酰基-CoA水解酶、醛脱氢酶、6-氧代己 酸脱氢酶或者细胞色素P450/ω-羟化酶酶促形成。
[0075] 在一些实施方案中，导致C6结构单元的合成的第一末端羧基基团通过归类在EC 3. 1. 2.-下的酰基-CoA水解酶或者硫酯酶在己酰基-CoA中酶促形成，从而导致己酸的 生成。酰基-CoA水解酶或者硫酯酶可为YciA、tesB或者Acotl3的基因产物（Cantuet al.,ProteinScience, 2010, 19, 1281 - 1295；Zhuangetal.,Biochemistry, 2008, 47(9), 2789 - 2796；Naggertetal. ,JournalofBiologicalChemistry, 1991, 266 (17), 11044 -11050)。
[0076] 在一些实施方案中，导致C6结构单元的合成的第一末端羧基基团通过归类在EC I. 2. 1. 4下的醒脱氢酶在己醒中酶促形成（Ho&Weiner,JournalofBacteriology, 2005, 18 7 (3)，1067 - 1073)，从而导致己酸的生成。
[0077] 在一些实施方案中，导致己二酸的合成的第二末端羧基基团通过归类在EC I. 2. 1.3下的醒脱氢酶在己二酸半醒中酶促形成（Guerrillot&Vandecasteele,Eur. J. Biochem.，1977, 81，185 - 192)。
[0078] 在一些实施方案中，导致己二酸的合成的第二末端羧基基团通过归类在EC 1. 2. 1. 63下的6-氧代己酸脱氢酶如ChnE的基因产物在己二酸半醒中酶促形成（Iwakiet al.，Appl.Environ.Microbiol.，1999, 65(11)，5158-5162)〇
[0079] 在一些实施方案中，导致己二酸的合成的第二末端羧基基团通过 细胞色素P450在己二酸半醒中酶促形成（Sandersetal.，Journalof LipidResearch, 2005,46 (5), 1001-1008；SandersetaI. ,TheFASEB Journal, 2008, 22(6), 2064 - 2071)〇
[0080] 在将羧基基团引入烷烃中ω-氧化的利用已经在酵母热带念珠菌中证实，从而导 致己二酸的合成（Okuharaetal.，Agr.Boil.Chem.，1971，35 (9)，1376 - 1380)。
[0081] 4. 3在C6结构单元的生物合成中产生末端胺基团的酶
[0082] 如图5和图6中所示，末端胺基团可使用ω-转氨酶或者二胺转氨酶酶促形成。
[0083] 在一些实施方案中，通过归类在EC2. 6. 1. 18下的ω-转氨酶如得自河流弧菌或 者青紫色素杆菌的那些，或者归类在EC2.6. 1.19下的ω-转氨酶如得自灰色链霉菌的那 些，或者归类在2. 6.I. 48下的ω-转氨酶如得自Clostridiumviride的那些，导致6-氨 基己酸的合成的第一末端胺基团在己二酸半醛中酶促形成。
[0084]来自青紫色素杆菌的可逆ω-转氨酶具有已证实的接受6-氨基己酸作为氨基 供体的活性，由此在己二酸半醒中形成第一末端胺基团（Kaulmannetal.，Enzymeand MicrobialTechnology, 2007, 41，628 - 637)。
[0085] 来自灰色链霉菌的可逆4-氨基丁酸：2-氧代戊二酸转氨酶具有已证实的将6-氨 基己酸转化成己二酸半醒的活性（Yonahaetal.，Eur.J.Biochem.，1985, 146, 101-106)。
[0086] 来自Clostridiumviride的可逆5-氨基戊酸转氨酶具有已证实的将6-氨基己 酸转化成己二酸半醒的活性（Barkeretal·，TheJournalofBiologicalChemistry, 19 87, 262(19)，8994 - 9003)。
[0087] 在一些实施方案中，导致六亚甲基二胺的合成的第二末端胺基团通过归类在EC 2. 6. 1. 29下的二胺转氨酶或者归类在EC2. 6. 1. 82下的二胺转氨酶如YgjG的基因产物在 6_氨基己醛中酶促形成。
[0088] ygjG的基因产物接受宽范围的二胺碳链长度底物，例如腐胺、尸胺和精脒 (Samsonova et al.，BMC Microbiology, 2003,3:2)。
[0089] 来自大肠杆菌菌株B的二胺转氨酶具有已证实的针对1，5二氨基戊烷和 1，7二氨基庚烷的活性，1，6二氨基己烷（HMD)预期是活性的（Kim，TheJournalOf Chemistry, 1963, 239(3)，783 - 786)。
[0090] 4. 4在C6结构单元的生物合成中产生末端羟基基团的酶
[0091] 如图7和图8中所示，末端羟基基团可使用细胞色素P450、单氧化酶或者醇脱氢酶 酶促形成。
[0092] 在一些实施方案中，导致C6结构单元的合成的第一末端羟基基团通过单氧化酶、 细胞色素P450或者ω-羟化酶如来自CYP153家族如CYP153A6的那些在己酸中酶促形成 (VanBeilen&Funhoff,CurrentOpinioninBiotechnology, 2005, 16, 308 - 314；Kochet al.,Appl.Environ.Microbiol.,2009, 75(2),337-344;Nieder和Shapiro,JournalofBa cteriology, 1975, 122(I)，93-98)。
[0093] 末端ω-轻化酶的底物特异性已经成功地加宽（1(〇(3116七31.，4口口1』11￥；[1'011· Microbiol.，2009, 75 (2)，337-344)。不过，
[0094] 在一些实施方案中，导致1，6己二醇的合成的第二末端羟基基团通过归类在EC I.I. 1.-(例如，1，2, 21，或者184)下的醇脱氢酶在6-羟基己醛中酶促形成。尽管在体外观 察到CYP153A6的非末端羟基化，在体内仅1-羟基化发生（Funhoffetal.，JournalofB acteriology, 2006, 188(14), 5220 - 5227)〇
[0095] 4. 5生物化学途径
[0096] 4. 5. 1得到己酰基-CoA的途径，所述己酰基-CoA为导致C6结构单元的中心前体 的前体
[0097] 在一些实施方案中，己酰基-CoA由中心代谢产物乙酰基-CoA通过以下方法合成： 通过乙酰乙酰基-CoA硫解酶（EC2. 3. 1. 9)如atoB或者phaA的基因产物，或者通过乙酰 基-CoA羧化酶（EC6. 4. 1. 2)和乙酰乙酰基-CoA合成酶（EC2. 3. 1. 194)经丙二酸单酰 基-CoA将乙酰基-CoA转化成乙酰乙酰基-CoA;然后通过3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶（EC I.I.I. 157)如hbd的基因产物将乙酰乙酰基-CoA转化成⑶3-羟基丁酰基-CoA;然后通 过烯酰基-CoA水合酶（EC4. 2. 1. 17)如crt的基因产物将（S) 3-羟基丁酰基-CoA转化成 巴豆酰基-CoA;然后通过反式-2-烯酰基-CoA还原酶（EC1. 3. 1. 44)如ter的基因产物将 巴豆酰基-CoA转化成丁酰基-CoA;然后通过乙酰基-CoAC-酰基转移酶（EC2. 3. 1. 16)如 bktB的基因产物将丁酰基-CoA转化成3-氧代-己酰基-CoA;然后通过3-轻基酰基-CoA 脱氢酶（ECI.I. 1. 35)如fabB的基因产物将3-氧代-己酰基-CoA转化成（S) 3-羟基己酰 基-CoA;然后通过烯酰基-CoA水合酶（EC4. 2. 1. 17)如crt的基因产物将（S) 3-羟基己酰 基-CoA转化成己_2_稀醜基-CoA;然后通过反式_2_稀醜基-CoA还原酶（EC1. 3. 1. 44) 如ter或者tdter的基因产物将己-2-烯酰基-CoA转化成己酰基-CoA。参见图1。
[0098] 在一些实施方案中，己酰基-CoA由中心代谢产物乙酰基-CoA通过以下方法合成： 通过乙酰乙酰基-CoA硫解酶（EC2. 3. 1. 9)如atoB或者phaA的基因产物，或者通过乙酰 基-CoA羧化酶（EC6. 4. 1. 2)和乙酰乙酰基-CoA合成酶（EC2. 3. 1. 194)经丙二酸单酰 基-CoA将乙醜基-CoA转化成乙醜乙醜基-CoA;然后通过3_乙醜乙醜基-CoA还原酶（EC I.I. 1. 36)如phaB的基因产物将乙酰乙酰基-CoA转化成（R) 3-羟基丁酰基-CoA;然后通 过烯酰基-CoA水合酶（EC4. 2. 1. 119)如phaj的基因产物将（R) 3-羟基丁酰基-CoA转化 成巴豆酰基-CoA;然后通过反式-2-烯酰基-CoA还原酶（EC1. 3. 1. 38)将巴豆酰基-CoA 转化成丁酰基-CoA;然后通过乙酰基-CoAC-酰基转移酶（EC2. 3. 1. 16)如bktB的基因 产物将丁酰基-CoA转化成3-氧代-己酰基-CoA;然后通过3-氧代酰基-CoA还原酶（EC I.I. 1. 100)如fabG的基因产物将3-氧代-己酰基-CoA转化成（R) 3-羟基己酰基-CoA; 然后通过烯酰基-CoA水合酶（EC4.2. 1. 119)如phaj的基因产物将（R)3-羟基己酰 基-CoA转化成己_2_稀醜基-CoA;然后通过反式_2_稀醜基-CoA还原酶（EC1. 3. 1. 38) 将己_2_稀醜基-CoA转化成己醜基-CoA。参见图2。
[0099] 4. 5. 2使用己酰基-CoA作为导致中心前体己酸的前体的途径
[0100] 在一些实施方案中，己酸由中心代谢产物己酰基-CoA通过以下方法合成：通过酰 基-CoA水解酶或者硫酯酶（EC3. 1. 2.-)如YciA、tesB或者Acotl3的基因产物将己酰 基-CoA转化成己酸。
[0101] 在一些实施方案中，己酸由中心代谢产物己酰基-CoA通过以下方法合成：通过丁 醛脱氢酶（EC1. 2. 1. 57)将己酰基-CoA转化成己醛；然后通过醛脱氢酶（EC1. 2. 1. 4)将 己醛转化成己酸。参见图3。
[0102] 对于NADH和NADPH作为辅因子，己酰基-CoA转化成己醒已经被证实（Palosaari 和Rogers,JournalofBacteriology, 1988, 170 (7)，2971 - 2976)。
[0103] 4. 5. 3.使用己酸作为己二酸的中心前体的途径
[0104] 在一些实施方案中，己二酸由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧化酶或 者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸；然后 通过醇脱氢酶（ECI.I. 1. 2)如YMR318C的基因产物将6-羟基己酸转化成己二酸半醛；然 后通过6-氧代己酸脱氢酶（EC1. 2. 1. 63)将己二酸半醛转化成己二酸。参见图4。
[0105] 由YMR318C编码的醇脱氢酶具有宽的底物特异性，包括C6醇的氧化。
[0106] 在一些实施方案中，己二酸由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧化酶或 者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸；然后 通过6-轻基己酸脱氢酶（ECI.I.I. 258)如ChnD的基因产物将6-轻基己酸转化成己二酸 半醒（Iwakietal·，Appl.Environ.Microbiol. ,1999, 65 (11) ,5158-5162);然后通过醒脱 氢酶（EC1. 2. 1. 3)将己二酸半醛转化成己二酸。参见图4。
[0107]在一些实施方案中，己二酸由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧 化酶或者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟 基己酸；然后通过细胞色素P450将6-轻基己酸转化成己二酸半醒（Sanderset al. ,JournalofLipidResearch, 2005, 46(5), 1001-1008；Sandersetal. ,TheFASEB Journal, 2008, 22 (6)，2064 - 2071);然后通过细胞色素P450将己二酸半醛转化成己二酸。 参见图4。
[0108] 4. 5. 4使用己酸作为6_氨基己酸（6-aminohexanoate)和e-己内酰胺的中心前 体的途径
[0109] 在一些实施方案中，6-氨基己酸由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧化 酶或者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸； 然后通过醇脱氢酶（ECI.I. 1. 2)或者6-羟基己酸脱氢酶（ECI.I. 1. 258)将6-羟基己酸 转化成己二酸半醛；然后通过ω-转氨酶（EC2. 6.I. 18、EC2. 6.I. 19、EC2. 6. 1. 48)将己 二酸半醛转化成6-氨基己酸。参见图5。
[0110] 在一些实施方案中，e-己内酰胺由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧 化酶或者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸； 然后通过醇脱氢酶（ECI.I. 1. 2)或者6-羟基己酸脱氢酶（ECI.I. 1. 258)将6-羟基己酸 转化成己二酸半醛；然后通过ω-转氨酶（EC2. 6. 1. 18、EC2. 6. 1. 19、EC2. 6. 1. 48)将己 二酸半醛转化成6-氨基己酸；然后通过水解酶（EC3. 5. 2.-)将6-氨基己酸转化成e-己 内酰胺。参见图5。
[0111] 4. 5. 5使用6-氨基己酸作为六亚甲基二胺的中心前体的途径
[0112] 在一些实施方案中，六亚甲基二胺由中心前体6-氨基己酸通过以下方法 合成：通过羧酸还原酶（EC1.2. 99. 6)，如car的基因产物连同npt的基因产物，或 者GriC&GriD的基因产物，将6-氨基己酸转化成6-氨基己醛（Suzukietal.，J. Antibiot.，2007, 60 (6)，380 - 387);然后通过二胺转氨酶（EC2. 6.L29,EC2. 6.L82)将 6_氨基己醛转化成六亚甲基二胺。参见图6。
[0113] 由car和增强子npt的基因产物编码的羧酸还原酶具有宽的底物特异性，包 括末端二官會泛C4 和C5 竣酸(Venkitasubramanianetal. ,EnzymeandMicrobial Technology,2008, 42, 130 - 137)。
[0114] 4. 5. 6使用己酸作为1，6-己二醇的中心前体的途径
[0115] 在一些实施方案中，6-羟基己酸由中心前体己酸通过以下方法合成：通过单氧化 酶或者细胞色素P450如来自CYP153家族如CYP153A6的那些将己酸转化成6-羟基己酸。 参见图7。
[0116] 在一些实施方案中，1，6己二醇由中心前体6-羟基己酸通过以下方法合成：通过 羧酸还原酶（EC1. 2. 99. 6)如car的基因产物连同npt的基因产物将6-羟基己酸转化成 6-羟基己醛；然后通过醇脱氢酶（例如，ECLLLUECI.I.L2、ECI.I.L21或者EC I.LL184)将 6-羟基己醛转化成 1，6 己二醇（Liuetal.，Microbiology, 2009, 155, 2078 -2085)〇
[0117] 4.6培养策略
[0118] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元在重组宿主中使用缺氧的、需氧的 或者微需氧的培养条件生物合成。非循环或者循环培养策略可用于实现希望的培养条件。 例如，非循环策略可用于实现缺氧的、需氧的或者微需氧的培养条件。
[0119] 在一些实施方案中，循环培养策略可用于在缺氧的培养条件和需氧的培养条件之 间交替。
[0120] 在一些实施方案中，所述培养策略经氮、磷酸盐或者氧限制进行养分限制。
[0121] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过单一微生物经非循环或者循 环发酵策略产生。
[0122] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过以下方法产生：经非循环或者 循环发酵策略共同培养超过一种微生物。
[0123] 在一些实施方案中，一种或者多种C6结构单元通过以下方法产生：连续发酵，其 中将来自前发酵的肉汤或者离心滤液作为原料供料至相继的发酵；最后产生C6结构单元。
[0124] 在一些实施方案中，使用例如陶瓷中空纤维膜的细胞保留策略用于在分批补料或 者连续补料发酵期间实现和维持高细胞密度。
[0125] 在一些实施方案中，在C6结构单元的合成中供料至发酵的主要碳源衍生自生物 或者非生物原料。
[0126] 在一些实施方案中，所述生物原料是，包含，或者衍生自以下物质：单糖、二糖、木 质纤维素、半纤维素、纤维素、木质素如Y-戊酮酸和糠醛、木质素、甘油三酯如甘油和脂肪 酸、农业废物或者城市废物。
[0127] 来自生化柴油生产的粗甘油的有效分解代谢已经在数种微生物如大肠杆菌、 钩虫贪铜菌、假单胞菌属、恶臭假单胞菌和解脂耶罗维亚酵母（YarrowiaIipolytica) 中被证实（Leeetal·，Appl.Biochem.Biotechnol. ,2012, 166, 1801 - 1813;Yanget al. ,BiotechnologyforBiofuels，2012,5:13;MeijnenetaI. ,Appl.Microbiol. Biotechnol.，2011，90, 885-893)。
[0128] 木质纤维素衍生的Y-戊酮酸的有效分解代谢已经在经前体丙酰基-CoA合 成3-羟基戊酸中在数种有机体如钩虫贪铜菌和恶臭假单胞菌中被证实（Jaremko和 Yu,JournalofBiotechnology, 2011，155, 2011，293 - 298 ;Martin和Prather,Journalof Biotechnology,2009,139, 61 - 67)〇
[0129] 木质素衍生的芳族化合物如苯甲酸类似物（benzoateanalogues)的有效分解 代谢已经在数种微生物如恶臭假单胞菌、钩虫贪铜菌中被证实（Buggetal.,Current OpinioninBiotechnology, 2011, 22, 394 - 400 ；Perez-Pantojaetal. ,FEMSMicrobiol. Rev.，2008, 32, 736 - 794)。
[0130] 农业废物如橄榄油厂废水的有效利用已经在数种微生物（包 括YarrowiaIipolytica)中被证 实(Papanikolaouetal.,Bioresour. Technol.，2008, 99(7)，2419-2428)。
[0131] 对于数种微生物如大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌和德氏乳杆菌和乳酸乳 球菌，衍生自纤维素、半纤维素、蔗糖蜜和甜菜糖蜜、木薯、玉米和其它农业来 源的可发酵糖如单糖和二糖的有效利用已经被证实（参见，例如，Hermannet al,JournalofBiotechnology, 2003, 104, 155 - 172；Weeetal. ,FoodTechnol. Biotechnol.，2006,44(2)，163 - 172 ;0hashietal. ,JournalofBioscienceandBioen gineering，1999, 87 (5)，647-654)。
[0132] 对于钩虫贪铜菌，衍生自多种农业木质纤维来源的糠醛的有效利用已经被证实 (Li et al·，Biodegradation，2011，22, 1215 - 1225)。
[0133] 在一些实施方案中，所述非生物原料是或者衍生自天然气、合成气、C02/H2、甲醇、 乙醇、来自环己烷氧化过程的非挥发性残留物（NVR)或者碱洗废物流。
[0134]对于巴斯德毕赤酵母（Pichiapastoris)，甲醇的有效分解代谢已经被证实。
[0135] 对于克氏梭状芽胞杆菌，乙醇的有效分解代谢已经被证实（Seedorfet al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，2008, 105 (6) 2128-2133)。
[0136] 对于钩虫贪铜菌，0)2和氏（其可衍生自天然气和其它化学和石油化学来 源）的有效分解代谢已经被证实（Prybylskietal·，Energy，Sustainabilityand Society，2012, 2:11)。
[0137]对于大量微生物如ClostridiumIjungdahlii和Clostridiumautoethanogenum， 合成气的有效分解代谢已经被证实（K6pkeetal.,AppliedandEnvironmentalMicro biology，2011，77(15)，5467 - 5475) ?
[0138] 对于大量微生物如食酸代尔夫特菌和钩虫贪铜菌，来自环己烷工艺的非挥发性残 留物废物流的有效分解代谢已经被证实（Ramsayetal·，AppliedandEnvironmentalMi crobiology，1986, 52(1)，152 - 156)。
[0139] 在一些实施方案中，所述宿主为原核生物。例如，所述原核生物可来自埃希氏菌属 如大肠杆菌；来自梭状芽胞杆菌属如杨氏梭菌、自产乙醇梭菌或者克鲁佛梭菌；来自棒状 杆菌属如谷氨酸棒状杆菌；来自贪铜菌属如钩虫贪铜菌或者耐金属贪铜菌；来自假单胞菌 属如荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌或者食油假单胞菌；来自代尔夫特菌属如食酸代尔夫特 菌；来自芽孢杆菌属如枯草芽胞杆菌；来自乳杆菌属如德氏乳杆菌；或者来自乳球菌属如 乳酸乳球菌。这种原核生物也可为构建本申请所述的能够产生C6结构单元的重组宿主细 胞的基因来源。
[0140] 在一些实施方案中，所述宿主为真核生物。例如，所述真核生物可来自曲霉菌属如 黑曲霉菌；来自酵母菌属如酿酒酵母菌；来自毕赤氏酵母属如巴斯德毕赤酵母；或者来自 耶罗维亚酵母属如解脂耶罗维亚酵母；来自伊萨酵母属如东方伊萨酵母；来自德巴利酵母 属如汉逊德巴利酵母；来自Arxula属如Arxulaadenoinivorans;或者来自克鲁维酵母菌 属如乳酸克鲁维酵母菌。这种真核生物也可为构建本申请所述的能够产生C6结构单元的 重组宿主细胞的基因来源。
[0141] 4. 7代谢工程
[0142] 本文件提供方法，所述方法包括对所有上面途径所述的少于所有步骤。这种方法 可包括，例如，这些步骤中的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或者 更多。在这种方法包含少于所有步骤的情况下，第一步骤可为所列步骤中的任何步骤。
[0143] 而且，本申请所述的重组宿主可包括上面的酶中的任何组合，使得所述步骤中的 一个或者多个，例如，这些步骤中的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十 个或者更多可在重组宿主内实施。本申请提供所列出的和基因工程化以表达本申请列举的 任何酶的一个或者多个（例如，两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、10个、11个、 12个或者更多）重组形式的任何属和种的宿主细胞。因此，例如，宿主细胞可含有外源性核 酸，所述外源性核酸编码催化本申请所述途径的任何一个或者多个步骤的酶。
[0144] 另外，本申请认识到，在酶已经被描述为接受CoA活化的底物的情况下，存在与 [acp]结合底物相关的相似的酶活性，其不一定为相同的酶种类。
[0145] 此外，本申请认识到，在酶已经被描述为接受底物的（R)-对映异构体的情况下， 存在与底物的（S)-对映异构体相关的相似的酶活性，其不一定为相同的酶种类。
[0146] 本申请还认识到，在酶已经显示接受特定辅助因子如NADPH或者辅助底物如乙酰 基-CoA的情况下，许多酶在催化特定酶活性中在接受大量不同辅因子或者辅助底物方面 是泛宿主性的。此外，本申请认识到，在酶对例如特定辅助因子如NADH具有高特异性的情 况下，对辅助因子NADPH具有高特异性的具有相似或者相同活性的酶可为不同的酶种类。
[0147] 在一些实施方案中，在4. 5节中所述的途径中的酶是经非直接或者合理酶设计方 法酶工程的结果，目的在于改善活性、改善特异性、降低反馈抑制、降低阻抑、改善酶溶解 性、改变立体特异性，或者改变辅助因子特异性。
[0148] 在一些实施方案中，将在4. 5节中所述的途径中的酶经附加型或者染色体整合方 法基因给予（即，过表达）至所得的基因修饰的有机体内。
[0149] 在一些实施方案中，使用基因组级别（genome-scale)的系统生物学技术如通量 平衡分析来设计用于将碳通量导至C6结构单元的基因组级别的弱化或者敲除策略。
[0150] 弱化策略包括但不限于使用转座子、同源重组（双交叉的方法）、诱变、酶抑制剂 和RNAi干扰。
[0151]在一些实施方案中，使用通量组（fluxomic)、代谢组（metabolomic)和转录组 (transcriptomal)数据告知或者支持基因组级别的系统生物学技术，由此在将碳通量导向 C6结构单元中设计基因组级别的弱化或者敲除策略。
[0152] 在一些实施方案中，所述宿主微生物的对高浓度的C6结构单元的耐受性通过在 选择性环境中的连续培养来改善。
[0153] 在一些实施方案中，将所述宿主微生物的生物化学网络弱化或者强化以（1)确保 乙酰基-CoA的细胞内可用度，（2)创造NADH或者NADPH不平衡，其仅可经C6结构单元的 形成来平衡，（3)防止降解导致和包含C6结构单元的中心代谢产物，中心前体和（4)确保 来自细胞的有效率的外向通量。
[0154] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA的细胞内可用度的一些实施方案中， 产生乙酸的憐酸乙酸转移酶如pta弱化（Shenetal·，Appl.Environ.Microbiol. ,2011，7 7(9), 2905 - 2915) 〇
[0155] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA的细胞内可用度的一些实施方案中， 在乙酸合成途径中编码乙酸激酶的基因如ack弱化。
[0156] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA和NADH的细胞内可用度的一些实施 方案中，编码降解丙酮酸至乳酸的基因如IdhA弱化（Shenetal·，Appl.Environ.Microbi ol.，2011，77(9)，2905-2915)。
[0157] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA和NADH的细胞内可用度的一些实 施方案中，编码降解磷酸烯醇丙酮酸至琥珀酸的基因如frdBC弱化（参见例如，Shenet al.，2011，如上）。
[0158] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA和NADH的细胞内可用度的一些实 施方案中，编码降解乙酰基-CoA至乙醇的基因如由adhE编码的醇脱氢酶弱化（Shenet al.，2011，如上）。
[0159] 在一些实施方案中，编码降解丙酮酸至乙醇的基因如丙酮酸脱羧酶弱化。
[0160] 在一些实施方案中，编码生成异丁醇的基因如2-酮酸脱羧酶弱化。
[0161] 在需要用于C6结构单元合成的乙酰基-CoA的细胞内可用度的一些实施方案 中，乙酰基-CoA合成酶如acs的基因产物在微生物中过表达（Satohetal.，Journalof BioscienceandBioengineering, 2003,95(4)，335 - 341) 〇
[0162] 在一些实施方案中，通过弱化6-磷酸葡萄糖异构酶将碳通量导至磷酸戊糖循环 中（EC5. 3. 1. 9)。
[0163] 在一些实施方案中，在途径需要用于C6结构单元合成的过量NADH辅助因子的情 况下，甲酸脱氢酶基因在所述宿主有机体中过表达（Shenetal.，2011，如上）。
[0164] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，批陡核苷酸转氢酶基因如UdhA在所述宿主有机体中过表达（Brighametal.,Advanced BiofuelsandBioproducts，2012,Chapter39, 1065-1090)。
[0165] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，甘油醛-3P-脱氢酶基因如GapN在所述宿主有机体中过表达（Brighametal·，2012， 如上）。
[0166] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，苹果酸酶基因如maeA或者maeB在所述宿主有机体中过表达（Brighametal.，2012， 如上）。
[0167] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，6-磷酸葡糖脱氢酶基因如zwf在所述宿主有机体中过表达（Limetal.，Journalof Bioscience和Bioengineering, 2002, 93(6)，543-549)。
[0168] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，果糖1,6二磷酸酶基因如fbp在所述宿主有机体中过表达（Beckeretal.，Journalof Biotechnology, 2007, 132, 99-109)〇
[0169] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，磷酸丙糖异构酶（EC5. 3.I. 1)弱化。
[0170] 在一些实施方案中，在途径在合成C6结构单元中需要过量NADPH辅助因子的情况 下，葡萄糖脱氢酶如gdh的基因产物在所述宿主有机体中过表达（Satohetal.,Journal ofBioscienceandBioengineering, 2003,95(4)，335 - 341)〇
[0171] 在一些实施方案中，促进NADPH转化成NADH的酶弱化，例如可经ECI. 4.I. 2(NADH 特异性）和ECI. 4.I. 4 (NADPH特异性）中的谷氨酸脱氢酶的相互转化产生的NADH生成循 环。
[0172] 在一些实施方案中，利用NADH和NADPH辅因子的谷氨酸脱氢酶（EC1. 4. 1.3)弱 化。
[0173] 在一些实施方案中，膜结合细胞色素Ρ450/ω-羟化酶经截短将P450锚 定至内质网的N-端区域而增溶（Schelleretal.，TheJournalofBiological Chemistry, 1994, 269(17)，12779 0 12783)。
[0174] 在使用天然积累聚羟基烷酸酯的宿主的一些实施方案中，聚合物合成酶酶可在所 述宿主菌株中弱化。
[0175] 在需要用于C6结构单元合成的丁酰基-CoA的细胞内可用度的一些 实施方案中，丙酰基-CoA合成酶如PrpE-RS的基因产物在微生物中过表达 (Rajashekhara&Watanabe，FEBSLetters, 2004, 556, 143 - 147)。
[0176] 在一些实施方案中，降解中心代谢产物的氧化酶和导致和包含C6结构单元的 中心前体弱化。
[0177] 在一些实施方案中，经辅酶A酯化而活化C6结构单元的酶如CoA-连接酶弱化。
[0178] 在一些实施方案中，通过对细胞膜的基因工程结构修饰或者提高用于C6结构单 元的任何相关的转运蛋白活性，C6结构单元穿越细胞膜到达细胞外介质的外向通量强化或 者放大。
[0179] 本发明将在下面的实施例中进一步描述，这些实施例不限制权利要求中所述的本 发明的范围。
[0180] 实施例
[0181] 实施例1
[0182] 用于在酿酒酵母菌中由葡萄糖循环合成己二酸的基因组级别的弱化策略
[0183] 基因组级别的通量平衡分析使用指定为iMM904的酿酒酵母菌的基因组级别的模 型来进行（Moetal·，BMCSystemsBiology, 2009, 3 (37) ,1-17)。
[0184]IMM904模型通过以下方法扩展：包含发表的作品中所概述的用于真核有机体的 ^^-氧化途径（Sandersetal·，JournalofLipidResearch, 2005, 46 (5) ,1001 - 1008)。 而且，在iMM904模型的过氧化物酶体中的β-氧化反应被扩展并且包含相关的膜转运反 应。在验证扩展的模型期间需要富马酸还原酶的钝化，以使模型通量与实验通量数据协调。
[0185] 将在图1中所述的NADH特异性酶反应结合至模型中。
[0186] 允许己酸和己二酸膜转运至细胞外介质以及己酸和己二酸从细胞外介质膜转运。
[0187] 当过表达甲酸脱氢酶时，在大肠杆菌中产生1- 丁醇中NADH的化学计量平衡更加 有效率（Shenetal·，Appl.Environ.Microbiol. ,2011,77 (9) ,2905 - 2915)。iMM904 模型 包含甲酸脱氢酶，但是缺乏丙酮酸甲酸裂解酶活性，其包含在酿酒酵母菌模型中。
[0188] 评估了NAD(H)或者NADP(H)依赖性酶的辅助因子特异性，并且在已公开的文献在 特异性方面不明确的情况下，假定了泛宿主性的酶。
[0189] 使用代谢工程工作台Optflux搜索与用于弱化策略的生物化学网络相关的解空 间，所述弱化策略（1)以缺氧的方式由葡萄糖产生己酸，然后（2)以需氧的方式由细胞外己 酸产生己二酸，同时共同供料葡萄糖作为碳和能量来源。
[0190] 优化试验发现四种有利的弱化；即，（1)弱化6-磷酸葡萄糖异构酶，从而将通量 导至磷酸戊糖循环中；（2)弱化丙酮酸脱羧酶或者醇脱氢酶，从而防止乙醇产生；（3)弱化 2_酮酸脱羧酶，从而防止异丁醇产生和（4)钝化β-氧化，从而防止中心前体、中心代谢产 物和己二酸降解。
[0191] 在这种使用葡萄糖作为碳和能量来源的酿酒酵母突变体中的弱化有利于作为最 大化生物质生长手段的经己酸的产生平衡NADH。
[0192] 甲酸脱氢酶在酿酒酵母突变体中的过表达消除甲酸（formate)和丙酮酸 (pyruvate)的副产物形成，从而以0. 62的摩尔收率[(mol己酸）/(mol葡萄糖）]产生己 酸。
[0193] 从缺氧培养循环至需氧培养，同时维持葡萄糖供料速率以匹配在缺氧条件下的生 长速率，得到0. 38的总摩尔收率[(mol己二酸）Amol总葡萄糖）]。
[0194] 使用经验证的模型在计算机上进行的生物化学网络弱化确定（In-silico attenuationofthebiochemicalnetworkusingavalidatedmodeldetermined that)，在缺氧条件和需氧条件之间循环的培养策略从供料的葡萄糖主要产生己二酸。
[0195] 实施例2
[0196] 在酿酒酵母菌中使用NADH不平衡以将碳通量导向己二酸的用于从葡萄糖开始的 微需氧合成的基因组级别的弱化策略
[0197] 使用实施例1中所述的iMM904模型评估使用葡萄糖作为碳和能量来源在微需氧 的、底物氧化和生长限制培养条件下的己二酸的非循环制备。
[0198] 通过使用扩展的iMM904模型和代谢工程工作台Optflux，优化试验发现了优 化的弱化策略，所述优化的弱化策略包括（1)弱化向细胞外介质的己酸转运；（2)弱 化向细胞外介质的乙醇分泌；（3)弱化2-轻基丁酸氧化还原酶（2-hydroxybutyrate oxidoreductase),从而防止 2_ 轻基丁酸（2-hydroxybutyrate)产生；（4)弱化DL甘 油-3-磷酸酶，从而防止甘油产生和（5)弱化苹果酸脱氢酶，从而防止NADH与NADPH的相 互转化。
[0199] 所得的酿酒酵母突变体产生己二酸作为最有利的平衡NADH的手段以最大化生物 质生长，从而以0.71的摩尔收率[(mol己二酸）Amol葡萄糖）]产生己二酸。
[0200] 使用经验证的模型在计算机上进行的生物化学网络弱化确定，在微需氧条件下的 非循环培养策略从供料的葡萄糖主要产生己二酸。
[0201] 实施例3
[0202] 在酿酒酵母菌中使用NADPH不平衡以将碳通量导向己二酸的用于从葡萄糖开始 的需氧合成的基因组级别的弱化策略
[0203] 使用实施例1中所述的iMM904模型评价使用葡萄糖作为碳和能量来源在需氧培 养和生长限制条件下的己二酸的非循环制备。
[0204] 图1中所述的NADH特异性酶促反应被图2中所述的相当的NADPH特异性酶促反 应替代。
[0205] 通过使用扩展的iMM904模型和代谢工程工作台Optflux，优化试验发现了优化的 弱化策略，所述优化的弱化策略包括（1)弱化磷酸丙糖异构酶/磷酸葡糖异构酶，从而将通 量改向至磷酸戊糖循环中；（2)通过弱化NADH依赖性谷氨酸脱氢酶和脯氨酸氧化酶，防止 NADPH与NADH的相互转化。
[0206] 所得的酿酒酵母突变体产生己二酸作为最有利的平衡NADPH的手段以最大化生 物质生长，从而以0.4的摩尔收率[(mol己二酸V(mol葡萄糖）]产生己二酸。
[0207] 使用经验证的模型在计算机上进行的生物化学网络弱化确定，在需氧条件下的非 循环培养策略从供料的葡萄糖主要产生己二酸。
[0208] 其它实施方案
[0209] 应理解的是，尽管协同发明的具体描述描述了本发明，但是前面的描述意图说明 并且不限制发明的范围，发明的范围由所附权利要求的范围限定。其它方面、优点和修饰也 在权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 生物合成选自己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、己内酰胺和1，6-己二醇的一种 或者多种产物的方法，所述方法包括酶促合成六碳的链式脂族主链和在一个或者多个步骤 中在所述主链中酶促形成两个选自羧基、胺和羟基基团的末端官能团，从而直接产生所述 产物或者在后续步骤中产生所述产物。
2. 权利要求1的方法，其中所述两个末端官能团是相同的。
3. 权利要求1的方法，其中所述两个末端官能团是不同的。
4. 权利要求1的方法，其中所述六碳的链式脂族主链为己酰基-CoA。
5. 权利要求4的方法，其中所述己酰基-CoA是由乙酰基-CoA经两个CoA依赖性碳链 延长循环使用NADH或者NADPH依赖性酶酶促合成的。
6. 权利要求4或者5的方法，其中所述己酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在EC I. 3.I. 44、EC1. 3. 1. 38或者EC1. 3. 1. 8下的烯酰基-CoA还原酶转化己-2-烯酰基-CoA。
7. 权利要求6的方法，其中所述烯酰基-CoA还原酶是ter或者tdter的基因产物。
8. 权利要求6的方法，其中己-2-烯酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在EC 4. 2. 1. 17下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（S) 3-羟基己酰基-CoA，或者通过归类在 EC4. 2. 1. 119下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（R) 3-羟基己酰基-CoA。
9. 权利要求8的方法，其中所述反式-2-烯酰基-CoA水合酶是crt的基因产物。
10. 权利要求8或者权利要求9的方法，其中⑶3-羟基己酰基-CoA通过以下方法形 成：通过归类在ECI.I. 1. 35下的3-羟基酰基-CoA脱氢酶转化3-氧代己酰基-CoA。
11. 权利要求10的方法，其中所述3-羟基酰基-CoA脱氢酶是通过fadB编码的。
12. 权利要求10或者权利要求11的方法，其中3-氧代己酰基-CoA通过以下方法形 成：通过归类在EC2. 3. 1. 16下的乙酰基-CoAC-酰基转移酶转化丁酰基-CoA。
13. 权利要求12的方法，其中所述乙酰基-CoAC-酰基转移酶是通过bktB编码的。
14. 权利要求12或者权利要求13的方法，其中丁酰基-CoA通过以下方法形成：通过 归类在EC1.3. 1.44、EC1.3. 1.38或者EC1.3. 1.8下的烯酰基-CoA还原酶转化巴豆酰 基 _CoA。
15. 权利要求14的方法，其中所述巴豆酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在EC 4. 2. 1. 17下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（S) 3-羟基丁酰基-CoA。
16. 权利要求15的方法，其中（S) 3-羟基丁酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在ECI.I. 1. 157下的3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶转化乙酰乙酰基-CoA。
17. 权利要求16的方法，其中所述3-羟基丁酰基-CoA脱氢酶是通过hbd编码的。
18. 权利要求16或者权利要求17的方法，其中乙酰乙酰基-CoA通过以下方法形成： 通过归类在EC2. 3. 1. 9下的乙酰基-CoAC-酰基转移酶转化乙酰基-CoA。
19. 权利要求18的方法，其中所述乙酰基-CoAC-酰基转移酶是通过atoB或者phaA 编码的。
20. 权利要求18或者权利要求19的方法，其中乙酰乙酰基-CoA通过以下方法形成： 通过归类在EC2. 3. 1. 194下的乙酰乙酰基-CoA合成酶转化丙二酸单酰基-CoA。
21. 权利要求20的方法，其中丙二酸单酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在EC 6. 4. 1. 2下的乙酰基-CoA羧化酶转化乙酰基-CoA。
22. 权利要求8的方法，其中所述反式-2-烯酰基-CoA水合酶是phaj的基因产物。
23. 权利要求8或者权利要求22的方法，其中（R) 3-羟基己酰基-CoA通过以下方法形 成：通过归类在ECI.I. 1. 100下的3_氧代醜基-CoA还原酶转化3_氧代己醜基-CoA。
24. 权利要求23的方法，其中所述3-氧代酰基-CoA还原酶是通过fabG编码的。
25. 权利要求14的方法，其中巴豆酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在EC 4. 2. 1. 119下的反式-2-烯酰基-CoA水合酶转化（R) 3-羟基丁酰基-CoA。
26. 权利要求25的方法，其中（R) 3-羟基丁酰基-CoA通过以下方法形成：通过归类在ECI.I. 1. 36下的乙酰酰基-CoA还原酶转化乙酰乙酰基-CoA。
27. 权利要求26的方法，其中所述乙酰酰基-CoA还原酶是通过phaB编码的。
28. 权利要求1-4中的任一项的方法，其包括通过以下方法产生己酸：使用酰基-CoA 水解酶和醛脱氢酶或者硫酯酶在己酰基CoA中形成第一末端羧基基团。
29. 权利要求28的方法，其中所述酰基-CoA水解酶或者硫酯酶是通过YciA、tesB或 者Acot13编码的。
30. 权利要求1-4中的任一项的方法，其包括通过以下方法产生己酸：通过归类在EC 1. 2. 1. 4下的醛脱氢酶在己醛中形成第一末端羧基基团。
31. 权利要求30的方法，其中己醛通过以下方法形成：通过归类在EC1.2. 1.57下的 丁醛脱氢酶转化己酰基-CoA。
32. 权利要求29-31中的任一项的方法，其还包括使用一种或者多种酶促转化将己酸 转化成己二酸、6-氨基己酸、六亚甲基二胺、ε己内酰胺或者1，6己二醇，其中所述酶促转 化中的一种引入第二末端官能团。
33. 权利要求32的方法，其包括使用细胞色素Ρ450/ω-羟化酶将己酸转化成6-羟基 己酸。
34. 权利要求33的方法，其中所述细胞色素Ρ450/ω-羟化酶来自家族CYP153如 CYP152A6。
35. 权利要求33或者权利要求34的方法，其包括使用（i)醇脱氢酶、（ii) 6-羟基己酸 脱氢酶或者（iii)细胞色素Ρ450/ω-羟化酶将6-羟基己酸转化成己二酸半醛。
36. 权利要求35的方法，其中所述醇脱氢酶是通过YMR318C编码的。
37. 权利要求35或者权利要求36的方法，其中所述6-羟基己酸脱氢酶是通过ChnD编 码的。
38. 权利要求1-3或者32中的任一项的方法，其包括通过以下方法产生己二酸：使用 (i)归类在EC1. 2. 1. 3下的醛脱氢酶、（ii)归类在EC1. 2. 1. 63下的6-氧代己酸脱氢酶 或者（iii)细胞色素Ρ450/ω-羟化酶在己二酸半醛中形成第二末端官能团。
39. 权利要求38的方法，其中所述6-氧代己酸脱氢酶是通过ChnE编码的。
40. 权利要求32或者33的方法，其包括通过以下方法产生6-氨基己酸：使用归类在 EC2. 61. 18、EC2. 6. 1. 19或者EC2. 6. 1. 48下的ω-转氨酶在己二酸半醛中形成第二末 端官能团。
41. 权利要求1、32或者40的方法，其包括使用归类在EC3. 5. 2.-下的内酰胺酶由 6_氨基己酸产生己内酰胺。
42. 权利要求41的方法，其包括使用归类在EC1.2. 99. 6下的羧酸还原酶将6-氨基己 酸转化成6-氨基己醛。
43. 权利要求1、32或者42的方法，其包括通过以下方法产生六亚甲基二胺：使用归类 在EC2. 6. 1.29或者EC2. 6. 1.82下的二胺转氨酶在6-氨基己醛中形成第二末端官能团。
44. 权利要求42或者43的方法，其中所述羧酸还原酶是连同npt的基因产物通过car 编码的。
45. 权利要求42或者43的方法，其中所述羧酸还原酶是通过GriC&GriD编码的。
46. 权利要求1、33或者34中的任一项的方法，其包括通过以下方法产生1，6己二醇： 使用归类在ECI.I. 1.-(1，2, 21，184)下的醇脱氢酶在6-羟基己醛中形成第二末端官能 团。
47. 前述权利要求中的任一项的方法，其中所述方法使用包含所述酶的细胞裂解物实 施。
48. 前述权利要求中的任一项的方法，其中所述方法在重组宿主中实施。
49. 权利要求48的方法，其中所述宿主在缺氧的、需氧的或者微需氧的培养条件下培 养。
50. 权利要求48的方法，其中所述宿主经受循环培养策略，以使所述宿主在缺氧的培 养条件和需氧的培养条件之间交替。
51. 权利要求48的方法，其中所述宿主经氮、磷酸盐或者氧的限制在营养限制的条件 下培养。
52. 权利要求48-51中的任一项的方法，其中所述C6结构单元通过单一微生物菌株经 非循环或者循环发酵策略产生。
53. 权利要求48-51中的任一项的方法，其中所述C6结构单元通过共同培养两种或者 更多种微生物菌株经非循环或者循环发酵策略产生。
54. 权利要求48-50中的任一项的方法，其中所述C6结构单元通过连续发酵产生，其中 将来自前发酵的肉汤或者离心滤液作为原料、中心代谢产物或者中心前体的来源供料至相 继的发酵；最后产生所述C6结构单元。
55. 权利要求48-51中的任一项的方法，其中将所述重组宿主细胞保留在陶瓷中空纤 维膜中以在发酵期间维持高细胞密度。
56. 权利要求49或者50的方法，其中供料至发酵的主要碳源来源于生物或者非生物原 料。
57. 权利要求56的方法，其中所述生物原料是或者来源于：单糖、二糖、木质纤维素、半 纤维素、纤维素、木质素如Y-戊酮酸和糠醛、木质素、甘油三酯如甘油和脂肪酸、农业废物 或者城市废物。
58. 权利要求56的方法，其中所述非生物原料是或者来源于：天然气、合成气、C02/H2、 甲醇、乙醇、来自环己烷氧化过程的非挥发性残留物（NVR)或者碱洗废物流。
59. 权利要求49的方法，其中所述宿主为原核生物或者真核生物。
60. 权利要求59的方法，其中所述宿主为原核生物，所述原核生物来自埃希氏菌属如 大肠杆菌；来自梭状芽胞杆菌属如杨氏梭菌、自产乙醇梭菌或者克鲁佛梭菌；来自棒状杆 菌属如谷氨酸棒状杆菌；来自贪铜菌属如钩虫贪铜菌或者耐金属贪铜菌；来自假单胞菌属 如荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌或者食油假单胞菌；来自代尔夫特菌属如食酸代尔夫特菌； 来自芽孢杆菌属如枯草芽胞杆菌；来自乳杆菌属如德氏乳杆菌；或者来自乳球菌属如乳酸 乳球菌。
61.权利要求59的方法，其中所述宿主为真核生物，所述真核生物来自曲霉菌属如黑 曲霉菌；来自酵母菌属如酿酒酵母菌；来自毕赤氏酵母属如巴斯德毕赤酵母；来自耶罗维 亚酵母属如解脂耶罗维亚酵母；来自伊萨酵母属如东方伊萨酵母；来自德巴利酵母属如汉 逊德巴利酵母；来自Arxula属如Arxula adenoinivorans ;或者来自克鲁维酵母菌属如乳 酸克鲁维酵母菌。
62.权利要求59的方法，其中所述宿主对高浓度的C6结构单元的耐受性通过在选择性 环境中的连续培养而得到改善。
63.权利要求59的方法，其中所述宿主天然地累积聚羟基烷酸酯，并且其中聚合物合 成酶在宿主菌株中弱化。
64.权利要求51的方法，其中通过弱化降解乙酰基-CoA的基因，用于C6结构单元的生 物合成的乙酰基-CoA的细胞内浓度在所述宿主中提高。
65.权利要求48的方法，其中产生NADH的不平衡，其仅可经C6结构单元的形成来平 衡。
66. 权利要求65的方法，其中编码甲酸脱氢酶的基因过表达，编码丙酮酸甲酸裂解酶 的基因过表达，2-羟基丁酸氧化还原酶活性弱化，DL甘油-3-磷酸酶活性弱化，和/或苹果 酸脱氢酶活性弱化。
67.权利要求65的方法，其中通过弱化归类在EC 5. 3. 1.9下的6-磷酸葡萄糖异构酶， 将碳通量导入所述宿主中的磷酸戊糖循环中。
68.权利要求64或者65的方法，其中编码乙酸激酶的基因如ack在所述宿主中弱化。
69.权利要求64或者65的方法，其中编码介导丙酮酸降解至乳酸的酶的基因如IdhA 在所述宿主中弱化。
70.权利要求64或者65的方法，其中编码介导磷酸烯醇丙酮酸降解至琥珀酸的酶的基 因如frdBC在所述宿主中弱化。
71.权利要求64或者65的方法，其中编码介导乙酰基-CoA降解至乙醇的酶如通过 adhE编码的醇脱氢酶的基因在所述宿主中弱化。
72.权利要求64或者65的方法，其中编码介导丙酮酸降解至乙醇的酶如丙酮酸脱羧酶 的基因在所述宿主中弱化。
73.权利要求64或者65的方法，其中编码介导异丁醇的生成的酶如2-酮酸脱羧酶的 基因在所述宿主中弱化。
74.权利要求48的方法，其中通过过表达形成乙酰基-CoA的基因，用于C6结构单元的 生物合成的乙酰基-CoA的细胞内浓度在所述宿主中提高。
75.权利要求74的方法，其中乙酰基-CoA合成酶如acs的基因产物在所述宿主中过表 达。
76.权利要求48的方法，其中在所述宿主中产生NADPH的不平衡，其仅可经C6结构单 元的形成来平衡。
77.权利要求76的方法，其中吡啶核苷酸转氢酶基因如UdhA在所述宿主中过表达。
78.权利要求76的方法，其中甘油醛-3P-脱氢酶基因如GapN在所述宿主中过表达，苹 果酸酶基因如maeA或者maeB在所述宿主中过表达，6_磷酸葡糖脱氢酶基因如zwf在所述 宿主中过表达，果糖1，6二磷酸酶基因如fbp在所述宿主中过表达，磷酸丙糖异构酶的活性 在所述宿主中弱化，和/或苹果酸脱氢酶的活性弱化。
79. 权利要求76的方法，其中膜结合细胞色素P450/ω-羟化酶经将所述P450锚定至 内质网的N-端区域的截短在所述宿主中增溶。
80. 权利要求76的方法，其中葡萄糖脱氢酶如gdh的基因产物在所述宿主中过表达。
81. 权利要求76的方法，其中促进NADPH转化至NADH的酶在所述宿主中弱化或者己酸 向细胞外介质的转运弱化。
82. 权利要求76的方法，其中可经ECI. 4.I. 2 (NADH特异性的）和ECI. 4.I. 4(NADPH 特异性的）中的谷氨酸脱氢酶的互变产生的NADH生成循环在所述宿主中弱化。
83. 权利要求76的方法，其中利用NADH和NADPH作为辅因子的谷氨酸脱氢酶（EC 1. 4. 1. 3)在所述宿主中弱化。
84. 权利要求48的方法，其中导致己酰基-CoA形成的中心代谢产物的降解在所述宿主 中弱化。
85. 权利要求84的方法，其中丙酰基-CoA合成酶如PrpE-RS的基因产物在所述宿主中 过表达。
86. 权利要求84的方法，其中降解中心代谢产物和中心前体的β-氧化酶在所述宿主 中弱化,所述中心代谢产物和中心前体导致和包括C6结构单元。
87. 权利要求84的方法，其中经辅酶A酯化活化C6结构单元的酶如CoA-连接酶弱化。
88. 权利要求48的方法，其中通过对细胞膜的基因工程结构修饰或者提高对C6结构单 元的任何相关转运蛋白活性，增强或者放大C6结构单元穿越细胞膜到达细胞外介质的外 向通量。
89.重组宿主，其包含至少一种外源性核酸，所述外源性核酸编码以下物质中的一种 或者多种：甲酸脱氢酶、烯酰基-CoA还原酶、反式-2-烯酰基-CoA水合酶、3-羟基丁酰 基-CoA脱氢酶、乙酰基-CoA C-酰基转移酶、乙酰酰基-CoA还原酶、乙酰基-CoA合成酶、 乙酰基-CoA羧化酶、苹果酸酶、吡啶核苷酸转氢酶、甘油醛-3Ρ-脱氢酶、酰基-CoA水解酶、 醛脱氢酶、硫酯酶、细胞色素Ρ450/ω-羟化酶、醇脱氢酶、6-羟基己酸脱氢酶、6-氧代己酸 脱氢酶、二胺转氨酶、丙酰基-CoA合成酶和羧酸还原酶，其中所述宿主包含以下的一种或 者多种缺乏：6_磷酸葡萄糖异构酶、乙酸激酶、将丙酮酸降解至乳酸的酶、介导磷酸烯醇丙 酮酸降解至琥珀酸的酶、醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、2-酮酸脱羧酶、磷酸丙糖异构酶、谷氨酸 脱氢酶。
【文档编号】C12P13/00GK104220601SQ201280069823
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】A.波蒂斯, A.V.E.康拉蒂 申请人:英威达技术有限责任公司