[发明专利]在重组宿主中生产化合物

说明书

技术领域

本发明涉及来自工业生产生物的宿主细胞，以及这类宿主细胞在生产 感兴趣的化合物中的用途。

背景技术

许多药物源自天然产物。天然产物自身是活性药物成分(API)，或者， 应用一次或多次转化来获得API。前一类的一些例子是紫杉醇(由紫杉树 生产)、他克莫司(tacrolimus)和雷怕霉素(均由Streptomyces的物种生 产)、艾普西隆B(epothilon B)(由Sorangium cellulosum生产)和青霉素 G(由Penicillium的物种生产)。后一类的一些例子是普伐他汀(源自制 甲羟酶素)、辛伐他汀(源自洛伐他汀)、卡泊芬净(源自优博坎丁 (pneumocandins))、克拉霉素(源自红霉素)和半合成的青霉素类和头孢 菌素类(源自青霉素G或头孢菌素C)。

大部分上述产物都存在共同的生产问题，即相对高的生产成本，这是 天然生产宿主的低供给导致的。在一些情况下该问题由于增长的世界消耗 而越来越重要，这导致药物价格非常高。该领域中的一个好例子是紫杉醇 的生产，其中目前的API价格超过每千克200,000 USD。由于紫杉醇的原 始来源——紫杉树中的紫杉醇浓度非常低(0.02％)，因此需要许多树来分离 足够量的产物。随着对从中间体(即浆果赤霉素III，其可以以稍微更高的 浓度存在于树中)开始的半合成生产途径的开发，紫杉醇的生产成本被降 低，但是仍然有很大改进空间，因为仍然需要巨大量的树来分离足够的中 间体以生产紫杉醇。将这与微生物中产物的典型生产效价(在从mg/L到 g/L发酵液的范围中)相比，我们毫不惊讶科学家正积极追求在微生物中 生产化合物如紫杉醇，因为这具有若干种优点(容易控制、更高的生产效 价、更低的产物分离成本、更少的废弃(生物质)材料)。在紫杉醇的情 况下，小组如Strobel et al.和Croteau et al.的工作对其进行了示例，他们分 别描述了从自然中分离的能生产紫杉醇的微生物和对Saccharomyces cerevisiae的工程改造(参阅例如Stierle et al.Science 1993，Apr 9，260(5105)， 214-216和De Jong et al.Biotechnol.Bioeng.2006，Feb 5，93(2)，212-224)。

尽管非常有前景，但是这些途径仍然存在若干缺点。从自然界中分离 能够生产API的微生物完全取决于这类微生物的实际存在。如果它们存 在，则它们通常会小量生产API，因为这是微生物在其天然环境中存活所 需的最小量。这是数年间分离的能够生产紫杉醇的所有微生物的情况。典 型地，这些微生物在mg/L的范围内生产，这对于经济上可行的方法来说 太低了。因此，需要大量努力，使用例如UV-诱变和/或代谢工程的技术来 提高这些物种的生产效价。另外，需要开发针对这些微生物和/或产物的合 适的发酵培养基。总而言之，这要进行漫长而昂贵的研究。

第二种选择也是非常有前景的，即从天然宿主到微生物的途径转移。 然而，该手段也具有若干缺点。该手段的一个前提条件是能获得编码生物 合成途径的酶的所有基因。对紫杉醇的情况而言，仍然有若干个基因必须 被分离，但是有能够获得所有基因并将其转移至其它物种的例子。例如， Tang et al.(Science 2000，Jan 28；287(5453)，640-642)将艾普西隆的生物合成 途径从Sorangium cellulosum转移至Streptomyces coelicolor。第一种生物中 缺乏令人满意的发酵过程(其导致经济上不实用的生产)引发了在“发酵 友好的”异源宿主中生产艾普西隆A和B。这是一种合乎逻辑的途径，但 不幸的是结果不是很有前景。尽管Sorangium cellulosum能够生产多达20 mg/L，Streptomyces coelicolor转化体生产50-100mg/L，但是这事实上是 低20-40倍的生产效价。

因此，通过发酵解决低API和/或API-构建块(building block)效价问题 的经济上可行的方式尚不能获得，它们是人们极端需要的。

发明内容