Sistema de producción de compuestos bio-orgánicos.

Un sistema de producción de un compuesto bio-orgánico que comprende:

a. un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros;

b. un medio acuoso, en el recipiente, formando una primera fase;

c. una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, en el medio acuoso, capaces de convertir una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en al menos un compuesto bio-orgánico que tiene al menos diez átomos de carbono; y

d. una segunda fase orgánica líquida, que comprende el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad del 40-99 % o de al menos 90 %, en contacto con la primera fase;

en el que el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto isoprenoide; y en el que en la segunda fase orgánica se forma espontáneamente.

Sistema de producción de compuestos bio-orgánicos Antecedentes de la invención Tradicionalmente, los compuestos bio-orgánicos de interés se han fabricado por extracción a partir de fuentes naturales tales como plantas, microbios y animales. Sin embargo, los rendimientos de la extracción son normalmente muy bajos ya que, de naturaleza, los compuestos bio-orgánicos se acumulan en pequeñas cantidades. Dado que estas cantidades son muchos menores en comparación con muchas aplicaciones comerciales, continúa existiendo una necesidad de sistemas y procedimientos que produzcan compuestos bio-orgánicos a escala industrial. Newman et al., Biotechnology and Bioengineering, vol. 95, 28 de julio de 2006, páginas 684-691 describen la producción a alto nivel de amoría-4, 11-dieno en un bioreactor de división bifásico de Escherichia coli modificada metabólicamente por ingeniería genética.

La presente invención aborda esta necesidad. Se proporcionan diversos sistemas a escala industrial para elaborar compuestos bio-orgánicos usando células hospedadoras. Estos compuestos bio-orgánicos tienen al menos cinco átomos de carbono y pueden ser un hidrato de carbono, tal como, un mono o poli-alcohol, éster, éter, aldehído, acetona o un hidrocarburo tal como un alcano, alqueno o alquino. El compuesto bio-orgánico puede ser lineal o cíclico y puede estar saturado o insaturado.

Sumario de la invención La presente invención proporciona diversos sistemas de producción de compuestos bio-orgánicos de acuerdo con las reivindicaciones. En un aspecto, se proporciona un sistema de producción de compuestos bio-orgánicos que comprende:

a. al menos un recipiente que tenga una capacidad de al menos 100 litros;

b. un medio acuoso, dentro del recipiente, que comprenda una primera fase;

c. una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, dentro del medio acuoso, capaz de convertir una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso, en al menos un compuesto bio-orgánico que tenga al menos diez átomos de carbono; y

d. una segunda fase orgánica líquida, que comprenda el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad de 40-99 % o al menos 90 %, en contacto con la primera fase; en la que el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto isoprenoide; y en la que la segunda fase orgánica se forme espontáneamente.

En otro aspecto, se proporciona un método de producción de al menos un compuesto bio-orgánico. El método comprende:

a. cultivar, en un medio acuoso, una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas que produzcan al menos un compuesto bio-orgánico que tenga al menos diez átomos de carbono, en el que el medio acuoso forme una primera fase, y en el que las células en la pluralidad conviertan una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en el al menos un compuesto bio-orgánico que tenga al menos diez átomos de carbono;

b. formar una segunda fase orgánica líquida, que comprenda el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad de 40-99 %, en contacto con la primera fase;

c. separar de la primera fase al menos una parte de la segunda fase; y

d. aislar el al menos un compuesto bio-orgánico de la segunda fase; en el que el al menos un compuesto bioorgánico es un compuesto isoprenoide; y en el que la segunda fase orgánica se forma espontáneamente;

Breve descripción de las figuras La Figura 1 es un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros, para su uso en la presente invención.

La Figura 2 es otra realización del recipiente.

La Figura 3 es una representación esquemática de la ruta del mevalonato (“MEV”) para la producción de isopentenil difosfato (“IPP”) .

La Figura 4 es una representación esquemática de la ruta DXP para la producción de IPP y dimetilalil pirofosfato (“DMAPP”) . Dxs es 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato sintasa; Dxr es 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato reducto isomerasa (conocida también como IspC) ; IspD es 4-difosfocitidil-2C-metil-D-eritritol sintasa; IspE es 4-difosfocitidil-2C-metilD-eritritol sintasa; IspF es 2C-metil-D-eritritol 2, 4-ciclodifosfato sintasa; IspG es 1-hidroxi-2-metil-2- (E) -butenil 4difosfato sintasa (IspG) ; e ispH es isopentenil/dimetilalil difosfato sintasa.

La Figura 5 es una representación esquemática de la conversión de IPP y DMAPP a geranil pirofosfato (“GPP”) , farnesil pirofosfato (“FPP”) y geranilgeranil pirofosfato (“GGPP”) .

La Figura 6 muestra un mapa del plásmido de expresión pMBIS-ggps.

La Figura 7 muestra un mapa del plásmido de expresión Pam00408.

La Figura 8 muestra un mapa del plásmido de expresión pAM424.

La Figura 9 muestra un mapa de los plásmidos de expresión pTrc99A-ADS, pTrc99A-FSA, pTrc99A-LLS, pTrc99A-LMS, pTrc99AGTS, pTrc99A-APS, pTrc99A-BPS, pTrc99A-PHS, pTrc99A-TS, pTrc99A-CS, pTrc99A- SS y pAM373.

La Figura 10 son esquemas para la construcción de los plásmidos pAM489-pAM498.

Descripción detallada de la invención Definición A menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el normalmente entendido por un experto habitual en la técnica a la cual pertenece esta invención. En el presente documento se hace referencia a diversos términos que se definirán y que tienen los siguientes significados:

“Compuesto bio-orgánico” se refiere a un compuesto orgánico que tiene al menos cinco átomos de carbono que puede elaborar una célula hospedadora tomando una fuente de carbono del hidrato de carbono y convirtiendo la fuente de carbono del hidrato de carbono en el producto deseado.

“Ruta de la desoxixilulosa 5-fosfato” o “ruta DXP”, como se usa el presente documento, se refiere a la ruta que convierte el gliceraldehído-3-fosfato y el piruvato en IPP y DMAPP. La ruta DXP se ilustra esquemáticamente en la Figura 4.

“Endógeno” se refiere a una sustancia o proceso que puede producirse de manera natural, por ejemplo, en una célula hospedadora no recombinante.

“Ã?cido nucleico heterólogo” como se usa en el presente documento se refiere a un ácido nucleico en el que al menos uno de lo siguiente es cierto: (a) el ácido nucleico es ajeno (“exógeno”) a (es decir, no se encuentra de manera natural en) una célula hospedadora determinada; (b) el ácido nucleico comprende una secuencia de nucleótidos que se encuentra de manera natural en (es decir, es “endógena a”) una célula hospedadora determinada, pero la secuencia de nucleótidos se produce en una cantidad no natural (por ejemplo, mayor que la esperada o mayor que la encontrada en la naturaleza) en la célula; (c) el ácido nucleico comprende una secuencia de nucleótidos que es diferente de la secuencia de una secuencia de nucleótidos endógena, pero la secuencia de nucleótidos codifica la misma proteína (que tiene la misma o sustancialmente la misma secuencia de aminoácidos) y se produce en una cantidad no natural (por ejemplo, mayor que la esperada o mayor que la encontrada en la naturaleza) en la célula; o (d) el ácido nucleico comprende dos o más secuencias de nucleótidos que no se encuentran en la misma relación entre sí de otra manera en la naturaleza (por ejemplo, el ácido nucleico es recombinante) .

“Célula hospedadora” y “microorganismo” se usan indistintamente en el presente documento para referirse a cualquier célula viva arqueobacteriana, bacteriana o eucariota en la que se ha insertado o puede insertarse un ácido nucleico heterólogo. La expresión también se refiere a la descendencia de la célula original, que puede no ser necesariamente completamente idéntica, en cuanto a morfología o complemento de ADN genómico o total, al precursor original, debido a una mutación natural, accidental o deliberada.

“Isoprenoide” y “compuesto isoprenoide” se usan indistintamente en el presente documento y se refiere a un compuesto que puede obtenerse del isopentenil difosfato.

“Aislado” y “aislamiento”, cuando se refiere a un compuesto bio-orgánico, es el enriquecimiento de la cantidad del compuesto bio-orgánico en una composición. Por consiguiente, la cantidad del compuesto bio-orgánico en una composición después de haber aislado el compuesto bio-orgánico o haberlo sometido a la etapa de aislamiento es mayor que la cantidad presente en la composición antes de realizar dicha etapa.

En el presente documento la “ruta del melavonato” o “ruta... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de producción de un compuesto bio-orgánico que comprende:

a. un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros;

b. un medio acuoso, en el recipiente, formando una primera fase;

c. una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, en el medio acuoso, capaces de convertir una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en al menos un compuesto bio-orgánico que tiene al menos diez átomos de carbono; y

d. una segunda fase orgánica líquida, que comprende el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad de.

4. 99 % o de al menos 90 %, en contacto con la primera fase;

en el que el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto isoprenoide; y en el que en la segunda fase orgánica se forma espontáneamente.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto bio-orgánico C10, un compuesto bio-orgánico C15, un compuesto bio-orgánico C20 o un compuesto bio-orgánico C20+.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el recipiente tiene una capacidad de al menos 1000, al menos 10.000 litros, al menos 50.000 litros, al menos 100.000 litros, al menos 500.000 litros o al menos 1.000.000 litros.

4. Un sistema para elaborar compuestos isoprenoides C10-C20 que comprende:

a. un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros;

b. un medio acuoso, en el recipiente, formando una primera fase;

c. una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, en el medio acuoso, capaces de convertir una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en al menos un isoprenoide C10-C20; y

d. una segunda fase orgánica líquida, que comprende el al menos un isoprenoide en una cantidad de.

4. 99 %, en contacto con la primera fase;

en el que la segunda fase orgánica se forma espontáneamente.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que el compuesto isoprenoide es un monoterpeno, un sesquiterpeno o un diterpeno.

6. Un método de producción de un compuesto bio-orgánico que comprende:

a. cultivar, en un medio acuoso, una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas que producen al menos un compuesto bio-orgánico que tiene al menos diez átomos de carbono, en donde el medio acuoso forma una primera fase, y en donde las células en la pluralidad convierten una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en el al menos un compuesto bio-orgánico que tiene al menos diez átomos de carbono;

b. formar una segunda fase orgánica líquida, que comprende el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad de.

4. 99 %, en contacto con la primera fase;

c. separar de la primera fase al menos una parte de la segunda fase; y

d. aislar el al menos un compuesto bio-orgánico de la segunda fase; en donde el al menos un compuesto bioorgánico es un compuesto isoprenoide; y

en el que la segunda fase orgánica se forma espontáneamente.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la segunda fase orgánica se separa decantando la segunda fase de la primera fase.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto bio-orgánico C10, un compuesto bio-orgánico C15, un compuesto bio-orgánico C20 o un compuesto bio-orgánico C20+.

9. Un método de producción de un compuesto isoprenoide C10-C20 que comprende:

a. cultivar, en un medio acuoso, una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas que producen al menos un compuesto isoprenoide C10-C20 a partir de una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso, en un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros;

b. formar una segunda fase orgánica, que comprende el al menos un compuesto isoprenoide C10-C20 en una

cantidad de.

4. 99 %, en contacto con el medio acuoso;

c. separar del medio acuoso al menos una parte de la segunda fase orgánica; y

d. aislar el al menos un compuesto isoprenoide C10-C20 de la segunda fase orgánica;

en el que la segunda fase orgánica se forma espontáneamente.

10. El método de la reivindicación 9, en el que el al menos un compuesto isoprenoide es un monoterpeno, un sesquiterpeno o un diterpeno.

11. El método de la reivindicación 9, en el que la segunda fase orgánica se separa decantando la segunda fase orgánica de la fase acuosa.

12. El método de las reivindicaciones 6 o 9, en el que la etapa de aislamiento comprende una adsorción, una destilación, una extracción gas-líquido, una extracción líquido-líquido o una ultrafiltración.

13. Un sistema de producción de una composición de combustible que comprende:

a. uno o más sistemas de fermentación que comprenden:

i) al menos un recipiente que tiene una capacidad de al menos 100 litros; ii) un medio acuoso, en el menos un recipiente, formando una primera fase; iii) una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, presentes en el medio acuoso, capaces de convertir una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso en al menos un compuesto bio-orgánico que comprende al menos diez átomos de carbono; y iv) una segunda fase orgánica líquida, que comprende el al menos un compuesto bio-orgánico en una cantidad de.

4. 99 %, en contacto con la primera fase; v) en el que al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto isoprenoide; y

en el que la segunda fase orgánica se forma espontáneamente:

b. uno o varios sistemas de separación de la primera fase mediante los cuales la primera fase y la segunda fase orgánica o uno o más componentes de la segunda fase orgánica se separan;

c. opcionalmente uno o más sistemas de separación de la segunda fase, mediante los cuales el al menos un compuesto bio-orgánico se separa de la segunda fase orgánica;

d. opcionalmente uno o varios reactores o recipientes en los que el al menos un compuesto bio-orgánico se modifica química o biológicamente;

e. opcionalmente uno o varios sistemas de purificación mediante los cuales el compuesto bio-orgánico o el compuesto bio-orgánico modificado se purifican o se purifican adicionalmente;

f. opcionalmente uno o varios recipientes o sistemas de mezcla para mezclar el al menos un compuesto bioorgánico con uno o más componentes combustibles adicionales; y

g. opcionalmente uno o más sistemas de purificación adicionales, mediante los cuales la mezcla del al menos un compuesto bio-orgánico y del uno o más componentes combustibles adicionales se purifica o se purifican adicionalmente.

14. Un método de elaboración de una composición de combustible que comprende:

a. cultivar, en un medio acuoso, una pluralidad de células hospedadoras bacterianas o fúngicas genéticamente modificadas, que convierten una fuente de carbono del hidrato de carbono presente en el medio acuoso, en al menos un compuesto bio-orgánico que comprende al menos diez átomos de carbono, en donde el medio acuoso forma una primera fase; en donde el al menos un compuesto bio-orgánico es un compuesto isoprenoide.

b. formar una segunda fase orgánica líquida, que comprende e.

4. 99 % del al menos un compuesto bioorgánico, en contacto con la primera fase; en donde la segunda fase orgánica se forma espontáneamente;

c. separar de la primera fase al menos una parte de la segunda fase;

d. aislar el al menos un compuesto bio-orgánico de la segunda fase;

e. opcionalmente modificar química o biológicamente el al menos un compuesto bio-orgánico;

f. opcionalmente purificar el compuesto bio-orgánico o el compuesto bio-orgánico modificado;

g. opcionalmente mezclar el al menos un compuesto bio-orgánico con uno o más componentes combustibles adicionales; y

h. opcionalmente purificar la mezcla del uno o más compuestos bio-orgánicos y del uno o más componentes combustibles adicionales.