用于生物生產(chǎn)異戊二烯的組合物和方法
【專利說明】
[0001] 關(guān)于序列表的說明
[0002] 以文本格式替代紙印本提供與本申請相關(guān)的序列表，并在此通過引用并入本說明 書中。包括該序列表的文本文件的名稱是200206_411W0_SEQUENCE_LISTING. txt。該文本 文件58. 5KB，創(chuàng)建于2014年3月4日，并通過EFS-Web電子提交。
[0003] 背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本公開提供用于生物生產(chǎn)異戊二烯的組合物和方法，并且更具體地，使用嗜甲烷 細(xì)菌從碳底物諸如甲烷或天然氣生產(chǎn)異戊二烯。
[0005] 相關(guān)技術(shù)的描述
[0006] 異戊二烯也稱為2-甲基-1,3-丁二烯，是揮發(fā)性5-碳烴。異戊二烯由各 種生物體，包括微生物、植物和動物物種產(chǎn)生（Kuzuyama, 2002, Biosci Biotechnol. Biochem. 66:1619-1627)。有兩種異戊二烯生物合成的途徑：甲羥戊酸（MVA)途徑和非-甲 羥戊酸（或甲羥戊酸-非依賴性）途徑，也稱為1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸（DXP)途 徑。MVA途徑存在于真核細(xì)胞、古細(xì)菌和高等植物的細(xì)胞溶質(zhì)中（Kuzuyama，2002, Biosci. Biotechnol. Biochem. 66:1619-1627) dXP途徑發(fā)現(xiàn)于大多數(shù)細(xì)菌、綠藻以及高等植物的葉 綠體中（Kuzuyama, 2002, Biosci Biotechnol. Biochem. 66:1619-1627)。
[0007] 異戊二烯是一種重要的平臺化學(xué)品，用于生產(chǎn)在輪胎和橡膠工業(yè)中使用的聚異戊 二烯；在鞋類、醫(yī)療用品、膠乳、體育用品中使用的彈性體；粘合劑；以及醫(yī)藥用的類異戊二 烯。異戊二烯還可以用作替代燃料。利用催化劑可以將異戊二烯化學(xué)修飾成二聚體（10 個碳）和三聚體（15個碳）烴以制備烯烴（Clement等，2008, Chem. Eur. J. 14:7408-7420; Gordillo等，2009, Adv. Synth. Catal. 351:325-330)。在被氫化以制備長鏈支鏈烷烴后這些 分子可以適合用作柴油或噴氣燃料替代品。
[0008]目前，異戊二烯的工業(yè)用途受限于它的緊缺供應(yīng)。大多數(shù)合成橡膠是基于丁二烯 聚合物，其毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于異戊二烯。天然橡膠從橡膠樹或來自中南美洲和非洲雨林的植物 獲得。異戊二烯還可以從石油最普遍地通過裂解存在于精煉石油的石腦油部分中的烴進(jìn)行 制備。制備一加侖基于化石的異戊二烯需要約七加侖的原油。自天然生產(chǎn)的生物體的異戊 二烯產(chǎn)率沒有商業(yè)吸引力。
[0009] 已經(jīng)作出越來越多的努力以使得能夠或增強(qiáng)從豐富且劃算的可再生資源微生物 生產(chǎn)異戊二烯。具體而言，重組微生物諸如大腸桿菌（E.coli)、藻類和藍(lán)細(xì)菌已被用來將 源于生物質(zhì)的原料轉(zhuǎn)化成異戊二烯。然而，即使使用相對廉價的纖維素生物質(zhì)作為原料，多 于一半質(zhì)量的糖類原料由氧構(gòu)成，其呈現(xiàn)出對轉(zhuǎn)化效率的顯著限制。異戊二烯及它的衍生 物（諸如類異戊二烯）具有比該原料顯著更低的氧含量，該原料由于氧必須作為廢物消除 而限制理論產(chǎn)率。因此，從糖類原料生產(chǎn)異戊二烯及它的衍生物的經(jīng)濟(jì)情況是極其昂貴的。
[0010] 鑒于與用于生產(chǎn)異戊二烯及相關(guān)化合物的基于糖類的發(fā)酵方法關(guān)聯(lián)的限制，在本 領(lǐng)域中需要用于生產(chǎn)異戊二烯的替代的劃算且環(huán)境友好的方法。本公開滿足此類需要，并 進(jìn)一步提供其它相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 概述
[0012] 簡言之，本公開提供包括編碼異戊二烯合成酶（例如，IspS)的外源性核酸的非天 然存在的嗜甲烷細(xì)菌，其中該嗜甲烷細(xì)菌能夠?qū)⑻荚限D(zhuǎn)化成異戊二烯。
[0013] 編碼異戊二烯合成酶的核酸可以源于包含內(nèi)源性異戊二烯合成酶的任何生物 體，諸如銀白楊（Populus alba)、毛果楊（Populus trichocarpa)、美洲山楊（Populus tremuloides)、黑楊（Populus nigra)、銀白楊 x 歐洲山楊（Populus alba x Populus tremula)、銀灰楊（Populus X canescens)、山葛(Pueraria montana)、葛根（Pueraria lobata)、夏櫟（Quercus robur)、蝶形花亞科（Faboideae)、裡色柳（Salix discolor)、無 毛柳（Salix glabra)、五蕊柳（Salix pentandra)或百里香葉柳（Salix serpyllifolia)。 編碼IspS的外源性核酸還可以是為在該嗜甲烷細(xì)菌中表達(dá)而優(yōu)化的密碼子。異戊二烯合 成酶還可以包含包含SEQ ID N0:1-6中任一項的氨基酸序列。該異戊二烯合成酶還可以不 包括N-末端質(zhì)體靶向序列。該編碼異戊二烯合成酶的核酸還可以包含SEQ ID N0:14-19 中的任一項。
[0014] 編碼異戊二烯合成酶的外源性核酸還可以與表達(dá)控制序列可操作地連接。該表達(dá) 控制序列還可以是選自由甲醇脫氫酶啟動子、己酮糖-6-磷酸合成酶啟動子、核糖體蛋白 S16啟動子、絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶啟動子、絲氨酸乙醛酸氨基轉(zhuǎn)移酶啟動子、磷酸烯醇丙酮 酸羧化酶啟動子、T5啟動子和Trc啟動子組成的組中的啟動子。
[0015] 該非天然存在的嗜甲烷細(xì)菌還可以包括嗜甲烷細(xì)菌，與內(nèi)源性DXP途徑酶的正常 表達(dá)水平相比，該嗜甲烷細(xì)菌過度表達(dá)過表達(dá)內(nèi)源性DXP途徑酶，用編碼DXP途徑酶的外 源性核酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，或它們的組合。該DXP途徑酶可以是DXS、DXR、IDI、IspD、IspE、IspF、 I spG、I spH或它們的組合。該非天然存在的嗜甲烷細(xì)菌還可以包括表達(dá)經(jīng)轉(zhuǎn)化的編碼甲羥 戊酸途徑酶的外源性核酸的嗜甲烷細(xì)菌。該甲羥戊酸途徑酶可以是乙酰乙酰輔酶A硫解 酶、3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶、3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶、甲羥戊酸激 酶、磷酸甲羥戊酸激酶、甲羥戊酸焦磷酸脫羧酶、異戊烯基二磷酸異構(gòu)酶或它們的組合。該 非天然存在的嗜甲烷細(xì)菌還可以包括至少一種編碼變異體DXP途徑酶的外源性核酸。該變 異體DXP途徑酶可以包括突變型丙酮酸脫氫酶（PDH)和突變型3, 4二羥基-2- 丁酮4-磷 酸合成酶（DHBPS)。
[0016] 該嗜甲烷細(xì)菌還可以生產(chǎn)約lmg/L至約500g/L的異戊二烯。
[0017] 可以將編碼異戊二烯合成酶的外源性核酸導(dǎo)入嗜甲烷細(xì)菌中，諸如甲基單胞 菌屬（Methylomonas)、甲基桿菌屬（Methylobacter)、甲基球菌屬（Methylococcus)、 甲基彎曲菌屬（Methylosinus)、甲基孢囊菌屬（Methylocystis)、甲基微菌屬 (Methylomicrobium)、甲燒單胞菌屬（Methanomonas)、甲基細(xì)胞菌屬（Methylocella)、 甲基帽菌屬（Methylocapsa)。在某些實施方案中，該嗜甲烷細(xì)菌是莢膜甲基球菌Bath 菌株（Methylococcus capsulatus Bath strain)、甲燒甲基單胞菌（Methylomonas methanica)16a(ATCC PTA 2402)、甲燒氧化菌（Methylosinus trichosporium)0B3b(NRRL B-ll, 196)、生抱甲基彎曲菌（Methylosinus sporium)(NRRL B-ll, 197)、小甲基抱囊菌 (Methylocystis parvus) (NRRL B-ll, 198)、甲燒甲基單胞菌（Methylomonas methanica) (NRRL B-ll, 199)、白色甲基單胞菌（Methylomonas albus)(NRRL B-ll, 200)、莢膜甲基桿 菌（Methylobacter capsulatus) (NRRL B-11,201)、嗜有機(jī)物甲基桿菌（Methylobacterium organophilum)(ATCC 27,886)、甲基單胞菌 sp AJ_3670(FERM P-2400)、Methylocella silvestris、沼澤甲基細(xì)胞菌（Methylocella palustris)(ATCC 700799)、凍原甲基細(xì)胞菌 (Methylocella tundrae)、Methylocystis daltona 菌株 SB2、Methylocystis bryophila、 金黃甲基帽菌（Methylocapsa aurea)KYG、極端嗜酸甲燒氧化菌（Methylacidiphilum infernorum)、Methylacidiphilum fumariolicum、Methyloacida kamchatkensis、甲基 叔丁基釀降解菌（Methylibium petroleiphilum)或嗜喊甲基微菌（Methylomicrobium alcaliphilum)〇
[0018] 在某些實施方案中，該碳原料是甲烷、甲醇、天然氣或非常規(guī)天然氣。
[0019] 本文還提供用于生產(chǎn)異戊二烯的方法，其包括：在碳原料存在下在足以生產(chǎn)異戊 二烯的條件下培養(yǎng)包含編碼異戊二烯合成酶的外源性核酸的非天然存在的嗜甲烷細(xì)菌。該 方法包括使用對該非天然存在的嗜甲烷細(xì)菌所述的各種實施方案。在某些實施方案中，該 方法還包括回收由發(fā)酵廢氣生產(chǎn)的異戊二烯?？梢詫⒒厥盏漠愇於┻M(jìn)一步修飾成二聚體 (10個碳）烴、三聚體（15個碳）烴，或它們的組合?？梢詫⒃摱垠w烴、三聚體烴或它們的 組合進(jìn)一步氫化成為長鏈支鏈烷烴。在其它實施方案中，可以將回收的異戊二烯進(jìn)一步修 飾成類異戊二烯產(chǎn)品。
[0020] 在另一方面，本公開提供用于篩選突變型嗜甲烷細(xì)菌的方法，其包括：a)使該嗜 甲烷細(xì)菌暴露于誘變劑以生產(chǎn)突變型嗜甲烷細(xì)菌；b)用編碼香葉基香葉基二磷酸合成酶 (GGPPS)、八氫番茄紅素合成酶（CRTB)和八氫番茄紅素脫氫酶（CRTI)的外源性核酸轉(zhuǎn)化該 突變型嗜甲烷細(xì)菌；和c)在足夠生長的條件下培養(yǎng)來自步驟b)的突變型嗜甲烷細(xì)菌；其 中與已暴露于誘變劑并已用編碼GGPPS、CRTB和CRTI的外源性核酸轉(zhuǎn)化的參考嗜甲烷細(xì) 菌相比，呈現(xiàn)出增強(qiáng)的紅色著色的突變型嗜甲烷細(xì)菌，表明具有增強(qiáng)的紅色著色的該突變 型嗜甲烷細(xì)菌呈現(xiàn)出與該參考嗜甲烷細(xì)菌相比增高的異戊二烯前體合成。在某些實施方案 中，該誘變劑是輻射物（radiation)、化學(xué)品、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子。在某些實施方案中，將具有增 強(qiáng)的紅色著色的突變型嗜甲烷細(xì)菌或它的克隆細(xì)胞用編碼IspS的外源性核酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 在其它實施方案中，將至少一種編碼GGPPS、CRTB和CRTI的核酸從具有增強(qiáng)的紅色著色的 突變型嗜甲烷細(xì)菌中除去或滅活。
[0021] 在又一方面，本公開提供用于在嗜甲烷細(xì)菌中篩選異戊二烯途徑基因的方法，其 包括：a)用以下轉(zhuǎn)化該嗜甲烷細(xì)菌：i)至少一種編碼異戊二烯途徑酶的外源性核酸；ii) 編碼香葉基香葉基二磷酸合成酶（GGPPS)、八氫番茄紅素合成酶（CRTB)和八氫番茄紅素脫 氫酶（CRTI)的外源性核酸；和b)在足夠生長的條件下培養(yǎng)來自步驟a)的嗜甲烷細(xì)菌；其 中與已用編碼GGPPS、CRTB和CRTI的外源性核酸轉(zhuǎn)化并且不包含至少一種編碼異戊二烯途 徑酶的外源性核酸的參考嗜甲烷細(xì)菌相比，呈現(xiàn)出增強(qiáng)的紅色著色的轉(zhuǎn)化的嗜甲烷細(xì)菌， 表明該至少一種編碼異戊二烯途徑酶的外源性核酸賦予與該參考嗜甲烷細(xì)菌相比增高的 異戊二烯前體合成。該異戊二烯途徑酶包括DXP途徑酶或甲羥戊酸途徑酶。該至少一種編 碼異戊二烯途徑酶的外源性核酸可以包括異源性或同源性核酸。該至少一種編碼異戊二烯 途徑酶的外源性核酸可以是為在宿主嗜甲烷細(xì)菌中表達(dá)而優(yōu)化的密碼子。該同源性核酸可 以在該嗜甲烷細(xì)菌中過表達(dá)。該至少一種編碼異戊二烯途徑酶的外源性核酸可以包括非天 然存在的變異體。
[0022] 本公開還提供一種異戊二烯組合物，其中該異戊二烯具有約-30%至約-50%范 圍中的S 13C分布。
[0023] 附圖簡述
[0024] 圖1顯示用于異戊二烯合成的1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸（DXP)途徑。所用的 縮寫：DXS = 1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸（DXP)合成酶；DXR = 1-脫氧-D-木酮糖-5-磷 酸（DXP)還原異構(gòu)酶，也稱為IspC ;IspD = 4-二磷酸胞苷基-2-C-甲基-D-赤蘚糖醇 (⑶P-ME)合成酶；IspE = 4-二磷酸胞苷基-2-C-甲基-D-赤蘚糖醇（⑶P-ME)激酶； IspF = 2-C-甲基-D-赤蘚糖醇2, 4-環(huán)二磷酸（ME-cPP)合成酶；IspG = 1-羥基-2-甲 基-2-(E)_ 丁烯基4-二磷酸（HMBPP)合成酶；IspH = 1-羥基-2-甲基-丁烯基4-二磷 酸（HMBPP)還原酶；IDI =異戊烯基二磷酸（IPP)異構(gòu)酶，也稱為IPI ;IspS =異戊二烯合 成酶。
[0025] 圖2顯示用于異戊二烯合成的甲羥戊酸（MVA)途徑。所用的縮寫：AACT =乙酰 乙酰輔酶A硫解酶；HMGS =羥甲基戊二酰輔酶A(HMG)合成酶；HMGR =羥甲基戊二酰輔酶 A(HMG)還原酶;MK =甲羥戊酸（MVA)激酶；PMK =磷酸甲羥戊酸激酶;MPD =甲羥戊酸焦磷 酸脫羧酶，也稱為二磷酸甲羥戊酸脫羧酶（DPMDC) ;IDI =異戊烯基二磷酸（IPP)異構(gòu)酶； IspS =異戊二稀合成酶。
[0026] 圖3以實例的方式顯示如本公開中提供的嗜甲烷細(xì)菌如何可以通過用編碼IspS 的外源性核酸轉(zhuǎn)化嗜甲烷菌而利用低碳烷烴（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷）生產(chǎn)異戊二烯。
[0027] 圖4顯示各種碳源的S13C分布。
[0028] 圖5顯示源于用⑷pMS3載體和（B)pMS3[Pmdh+柳樹（Salix sp.) IspS]轉(zhuǎn)化的 莢膜甲基球菌Bath菌株的封閉培養(yǎng)的頂空樣品的GC/MS色譜。箭頭表明對應(yīng)于異戊二烯 的峰。通過在A中峰面積的量化的異戊二烯產(chǎn)率低于檢測限。異戊二烯產(chǎn)率在B中是約 10mg/L 〇
[0029] 圖6顯示蕃茄紅素途徑的較低部分，該較低部分可以被轉(zhuǎn)化成嗜甲烷宿主細(xì)菌并 用來篩選突變型細(xì)菌菌株用于異戊二烯前體代謝物的改進(jìn)生產(chǎn)。所用的縮寫：GGPPS =香 葉基香葉基二磷酸（GGPP)合成酶。
[0030] 圖7A和7B顯示在來自用包含pLacIq-山葛ispS的表達(dá)載體轉(zhuǎn)化并在存在或不 存在IPTG下生長的莢膜甲基球菌Bath菌株的封閉培養(yǎng)的頂空樣品中通過GC/MS檢測的異 戊二烯的量。
[0031] 詳述
[0032] 本公開提供用于從存在于天然氣諸如低碳烷烴（甲烷、乙烷、丙烷和丁烷）中的碳 原料生物合成異戊二烯的組合物和方法。例如，將嗜甲烷細(xì)菌用編碼異戊二烯合成酶（例 如，IspS)的外源性核酸轉(zhuǎn)化并用碳原料（例如，天然氣）培養(yǎng)以產(chǎn)生異戊二烯。本文所述 的重組嗜甲烷細(xì)菌及相關(guān)的方法允許將碳原料嗜甲烷菌生物轉(zhuǎn)化成異戊二烯用于輪胎或 橡膠工業(yè)、制藥中或用作替代燃料。
[0033] 作為背景，甲烷（尤其以天然氣的形式）代表著廉價且豐富的天然資源。如前述， 基于糖類的原料包含占它們的質(zhì)量多于一半的氧，由于異戊二烯不包含任何氧分子，并且 類異戊二烯具有比此類原料遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低的氧含量，所以這顯著限制轉(zhuǎn)化效率。一種針對目前 生物合成系統(tǒng)的限制的解決方案是利用天然氣中的甲烷或其它低碳烷烴作為原料用于轉(zhuǎn) 化。來自天然氣的甲烷及其它低碳烷烴（例如，甲烷、乙烷、丙烷和丁烷）不具有氧，這允許 顯著改進(jìn)轉(zhuǎn)化效率。此外，與糖類原料相比天然氣廉價且豐富，促成異戊二烯生產(chǎn)的改進(jìn)的 經(jīng)濟(jì)性。
[0034] 在本公開中，碳原料生物轉(zhuǎn)化為異戊二烯是通過將編碼異戊二烯合成酶（例如， IspS)的外源性核酸導(dǎo)入宿主嗜甲烷細(xì)菌中實現(xiàn)。此外，宿主嗜甲烷細(xì)菌的代謝工程可以 通過過表達(dá)天然基因或與異戊二烯途徑關(guān)聯(lián)的外源性基因（例如，DXS、DXR、IspD、IspE、 IspF、I SpG、IspH或IDI)以增加異戊二烯前體用來增加異戊二烯產(chǎn)率。還提供用于通過將 蕃茄紅素途徑工程改造入細(xì)菌中以提供比色讀數(shù)篩選用于增加異戊二烯前體產(chǎn)量的突變 型嗜甲烷細(xì)菌的方法。
[0035] 在更詳細(xì)地闡述本公開之前，提供本文所用的某些術(shù)語的定義可以有助于對它的 理解。附加的定義在整個本公開中進(jìn)行了闡述。
[0036] 在本說明書中，除非另有指明，術(shù)語"約"意指所指范圍、值或結(jié)構(gòu)的±20%。術(shù)語 "基本上由……組成"將要求保護(hù)的范圍限制于特定的材料或步驟以及不實質(zhì)性影響要求 保護(hù)的發(fā)明的基本的和新穎的特征的那些。應(yīng)理解如本文所用的術(shù)語"一種"是指"一種或 多種"列舉的組分。替代（例如，"或"）的使用應(yīng)理解意指替代物中的一個、兩個或它們的 任何組合。如本文所用的術(shù)語"包括"和"具有"同義地使用，它們的術(shù)語和變型旨在被解釋 為非限制性。術(shù)語"包含"意指如權(quán)利要求書中提及的所述特征、整數(shù)、步驟或組分的存在， 但是它不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、組分或它們的組的存在或增加。
[0037]如本文所用的術(shù)語"異戊二烯"，也稱為"2-甲基-1，3-丁二烯"，是指具有式CH2 = C (CH3) CH = CH2的有機(jī)化合物。異戊二烯是由各種植物、微生物和動物物種生產(chǎn)的無色、疏 水性、揮發(fā)性液體。異戊二烯是用于各種合成聚合物（包括合成橡膠）的關(guān)鍵起始材料，并 且還可以用作燃料。
[0038] 如本文所用的術(shù)語"異戊二烯合成途徑"、"異戊二烯生物合成途徑"或"異戊二烯 途徑"是指用于生產(chǎn)異戊二烯的任何生物合成途徑。異戊二烯生物合成通常通過兩種途 徑完成：存在于真核細(xì)胞、古細(xì)菌和高等植物的細(xì)胞溶質(zhì)中的甲羥戊酸（MVA)途徑，以及 非-甲羥戊酸途徑，也稱為甲基-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP)或（1-脫氧-D-木酮糖-5-磷 酸）DXP途徑，其可以是原核來源或來自植物質(zhì)體。一種異戊二烯途徑還可以包括已知生物 合成途徑的途徑變型或修改或工程改造的生物合成途徑。
[0039] 如本文所用的術(shù)語"類異戊二烯"是指從異戊二烯單元（5個碳支鏈異戊二烯結(jié) 構(gòu)）合成的或包含異戊二烯單元（5個碳支鏈異戊二烯結(jié)構(gòu)）的任何化合物。類異戊二烯 可以包括萜類、銀杏苦內(nèi)酯類、留醇類和類胡蘿卜素類，
[0040] 如本文所用的術(shù)語"甲羥戊酸途徑"或"MVA途徑"是指通常存在于真核細(xì)胞和古 細(xì)菌中的異戊二烯生物合成途徑。該甲羥戊酸途徑包括如圖2中所述的經(jīng)典途徑，以及修 改的MVA途徑，諸如一種通過磷酸甲羥戊酸脫羧酶（PMDC)將甲羥戊酸磷酸轉(zhuǎn)化成異戊烯基 磷酸的途徑，異戊烯基磷酸通過異戊烯基磷酸激酶（IPK)被轉(zhuǎn)化成異戊烯基二磷酸。
[0041] 如本文所用的術(shù)語"非甲羥戊酸途徑"或"1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸（DXP)途 徑"是指通常存在于細(xì)菌和植物質(zhì)體中的異戊二烯生物合成途徑。一種示例性DXP途徑示 于圖1中。
[0042] 如本文所用的術(shù)語"DXP"是指1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸。1-脫氧-D-木酮 糖-5-磷酸合成酶（DXS)催化甘油醛與丙酮酸的縮合從而形成DXP，其在DXP途徑中是異戊 二稀的前體分子。
[0043] 如本文所用的術(shù)語"異戊二烯合成酶"（例如，IspS)是指催化二甲基烯丙基二磷 酸（DMAPP)轉(zhuǎn)化成異戊二烯的酶。
[0044] 如本文所用的術(shù)語"蕃茄紅素途徑"是指用于生產(chǎn)蕃茄紅素的生物合成途徑。蕃 茄紅素是通常存在于番茄及其它紅色水果和蔬菜中的鮮紅色類胡蘿卜素色素。蕃茄紅素途 徑的一個實例示于圖6中。一般而言，在真核植物和原核生物中蕃茄紅素生物合成是相似 的，起始于甲羥戊酸，其被轉(zhuǎn)化成二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP)。二甲基烯丙基二磷酸與三 分子的IPP縮合而產(chǎn)生香葉基香葉基焦磷酸（GGPP)。兩分子的GGPP以尾-尾的方式縮合 而產(chǎn)生八氫番茄紅素，其進(jìn)行若干去飽和步驟以生產(chǎn)蕃茄紅素。
[0045] 如本文所用的術(shù)語"宿主"是指可以用異戊二烯生物合成途徑組分（例如，IspS) 進(jìn)行基因修飾從而將碳底物原料（例如，甲烷、天然的、低碳烷烴）轉(zhuǎn)化為異戊二烯的微生 物（例如，嗜甲烷細(xì)菌）。宿主細(xì)胞可以包含用于異戊二烯前體合成的內(nèi)源性途徑（例如， DMAPP或IPP)或可以進(jìn)行基因修飾以允許或增高前體產(chǎn)量。此外，宿主細(xì)胞可以已經(jīng)具有 賦予與本文公開的異戊二烯生物合成途徑無關(guān)的期望性質(zhì)的其它基因修飾。例如，宿主細(xì) 胞可以具有賦予高增長、對污染物或特定培養(yǎng)條件的耐受性、代謝附加的碳底物的能力或 合成期望的產(chǎn)品或中間體的能力的基因修飾。
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