[发明专利]类胡萝卜素和脱辅基类胡萝卜素的生产

说明书

公开生产类胡萝卜素和脱辅基类胡萝卜素的方法。方法包括以下步骤：在宿主细胞中表达表达模块，该表达模块包含表达载体，该表达载体具有编码至少一种优化的类胡萝卜素或脱辅基类胡萝卜素生成酶的编码区，该编码区与启动子可操作地连接。还提供宿主细胞和试剂盒，所述宿主细胞包含表达载体，所述表达载体具有编码至少一种优化的类胡萝卜素或脱辅基类胡萝卜素生成酶的编码区，所述编码区与启动子可操作地连接。特别地，类胡萝卜素或脱辅基类胡萝卜素生成酶形成选自以下的操纵子：a.用于生产α‑紫罗酮的ΔN50‑LsLcyE和TrxA‑桂花CCD1；或b.用于生产β‑紫罗酮的crtY和phCCD1；或c.用于生产ε‑胡萝卜素的ΔN50‑LsLcyE；或d.用于生产视黄醛的crtY和blh；或e.用于生产视黄醇的crtY、blh和ybbO。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月24日提交的新加坡申请第10201701500U号的优先权权益，其内容通过引用整体并入本文用于所有目的。

发明领域

本发明属于类胡萝卜素和脱辅基类胡萝卜素(apocarotenoid)领域，特别地，本发明涉及用于生产脱辅基类胡萝卜素和类胡萝卜素的改进方法。

发明背景

类胡萝卜素是在许多植物、藻类和某些细菌和真菌中合成的一类天然产物。类胡萝卜素具有许多不饱和碳结合，这些结合是共轭的，这促成不同的特征、明亮的颜色(范围从淡黄色到橙色到红色)和有效的抗UV和抗氧化作用。由于这些特征，类胡萝卜素已被广泛用作天然色素和营养制品(nutraceutical)。特别地，八氢番茄红素(phytoene)具有有效的UVB吸收能力并减少人类皮肤中的黑色素合成，因此在化妆品中具有日益增长的市场。番茄红素、β-胡萝卜素和α-胡萝卜素因其抗氧化剂作用而众所周知，并已被广泛用于食品、化妆品、营养制品和动物饲料产品中。

脱辅基类胡萝卜素是通过类胡萝卜素裂解加氧酶衍生自类胡萝卜素的一类化合物。脱辅基类胡萝卜素广泛分布于细菌、真菌、植物和动物中，作为香味(aroma)和气味(scent)化合物(α-紫罗酮和β-紫罗酮)、感光色素(胭脂树素、藏红花素)、激素(脱落酸)和信号传导化合物(独脚金内酯)起作用。在各种脱辅基类胡萝卜素中，α-紫罗酮和β-紫罗酮是两种重要的芳香族化合物。α-紫罗酮具有甜的且紫罗兰样香味，气味阈值为～0.4ppb。其异构体，β-紫罗酮具有温暖、木质且紫罗兰的香味和甚至更低的气味阈值，在空气中为～0.007ppb且在水中为1ppb。由于它们的显著低的气味阈值和令人愉快的气味，它们被广泛用于化妆品和香料工业中。除紫罗酮之外，视黄醇(或维生素A)是另一种商业上重要的脱辅基类胡萝卜素。视黄醇作为抗氧化剂在视力、骨发育和皮肤健康方面发挥至关重要的作用。作为活性化妆品成分和皮肤疾病的有效药物，视黄醇的市场规模估计为约16亿美元。

尽管它们具有高的商业价值，天然紫罗酮和类视黄醇(retinoid)的供给受到其在自然界中的极其低的丰度的严重限制。紫罗酮以亚ppm(sub-ppm)水平在许多花和果实例如玫瑰、桂花、鸢尾根和覆盆子中存在。例如，生产仅1克α-紫罗酮就需要100吨覆盆子或20公顷的农业面积。对于类视黄醇，则不存在来自植物的天然来源。一些动物来源的食物例如鸡蛋和黄油中存在极低量的类视黄醇。因此，目前通过从天然来源提取的供给不能够满足对天然紫罗酮和类视黄醇的日益增长的需求。尽管这些化合物可以进行化学合成，但是脱辅基类胡萝卜素诸如α-紫罗酮具有手性中心，而合成的化合物则通常是不同对映体的混合物。已知许多香料(fragrance)化合物的不同异构体具有不同的气味，因此合成单一异构体而不是异构体混合物是重要的。更重要的是，消费者倾向于喜欢天然香料胜过合成香料，并因此天然成分具有显著更高的价格。α-紫罗酮的生产先前在工程化的大肠杆菌(Escherichia coli)中被证明，但产率非常低。

因此，对以提高的产率提供天然地生产的化合物存在需求。

概述