用于由重组微生物生产有机产物的生物制造系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于生产有机产物的生物制造系统。本发明专利技术涉及具有改进的有机底物生产能力的重组微生物，并且涉及具有改进的有机产物生产能力的重组微生物。本文公开的系统和重组微生物的益处可包括能够分别生产有机产物和有机底物，该有机底物在其生产期间产生培养杂质。本发明专利技术涉及使用本文公开的生物制造系统和重组微生物来生产有机产物的方法。重组微生物来生产有机产物的方法。重组微生物来生产有机产物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于由重组微生物生产有机产物的生物制造系统和方法


[0001]本专利技术涉及用于生产有机产物的生物制造系统。本专利技术涉及具有改进的有机底物生产能力的重组微生物，并且涉及具有改进的有机产物生产能力的重组微生物。本文公开的系统和重组微生物的益处可包括能够单独且安全地生产有机产物、以及在其生产期间产生培养杂质的有机底物。本专利技术涉及使用本文公开的生物制造系统和重组微生物来生产有机产物的方法。本文公开的方法的益处可包括增加来自微生物培养物的一种或多种有机产物的生产。本文方法的益处可以是能够生产含有减少量的副产物或培养杂质的有机产物。附加的益处可以是使用二氧化碳来生产生物乙烯，所述生物乙烯可用作生产塑料、纺织品和化学材料的原料，并且用于其它应用中。另一个益处是使用二氧化碳生产烯烃、烷烃、多烯和醇。所述方法的另一个益处包括避免共同产生氧气和挥发性有机化合物。
[0002]本文公开的方法和系统的另一个益处可包括减少来自环境的过量二氧化碳。

技术介绍

[0003]世界范围内对电力需求的增加已经导致来自燃烧化石燃料(诸如石油和天然气)的过量二氧化碳，这实质上促成了许多称为全球变暖危机的事件。工业上对于防止二氧化碳进入大气相当无能为力，以致它们已采取将二氧化碳从废气流和大气中隔离开来。然后它们将二氧化碳储存在地下环境中。然而，所有目前已知的方法只是通过将二氧化碳储存在地下而从大气中除去二氧化碳。它们实际上并未将二氧化碳转化回任何其它有用的材料。
[0004]石油的有限供应及其对环境的有害影响促使燃料和化学品的可再生来源的发展。将生物质和捕集的二氧化碳转化成新产物(诸如生物燃料)的技术可有助于减少石油进口和二氧化碳排放。人们日益关注使用生物过程由有机废物生产增值燃料和其它有用的有机产物。在这些有机产物中，乙烯是世界上最广泛生产的有机化合物，可用于广泛的工业，包括塑料、溶剂和纺织品。目前通过蒸汽裂化化石燃料或使乙烷脱氢来生产乙烯。然而，在每年生产数百万公吨乙烯的情况下，此类过程生产了过多的二氧化碳以致极大地助长了全球碳足迹。因此，通过可再生方法生产乙烯将有助于满足来自能源和化学工业的巨大需求，同时还有助于保护环境。
[0005]由于乙烯是潜在可再生的原料，因此人们大为关注开发由可再生来源(诸如二氧化碳和生物质)生产乙烯的技术。目前使用来源于玉米或甘蔗的乙醇来生产生物乙烯。多种微生物(包括细菌和真菌)天然产生少量乙烯。已经在几种微生物物种中证明了产乙烯酶的异源表达，其中宿主已经能够利用多种碳源，包括木质纤维素和二氧化碳。
[0006]基于现代历史，可以说，大气中的过量二氧化碳以及其它有机废物将不会被减少，直到减少它们变得有利。仍然需要改进微生物的生物制造系统和过程，以便以商业规模生产有用的有机产物，诸如乙烯。仍然需要通过更有效的可再生技术来生产烃。仍然需要从大气中除去过量的二氧化碳。仍然需要用于工业和商业应用的由可再生原料来安全生产乙烯的改进方法。

技术实现思路

[0007]本文的实施方案涉及用于生产有机产物的生物制造系统。在各种实施方案中，所述系统包括至少一个生物反应器培养容器。在各种实施方案中，至少一个生物反应器培养容器含有有机底物培养液，其中有机底物培养液含有第一重组微生物。在各种实施方案中，第一重组微生物具有改进的有机底物生产能力，通过表达至少一种非天然有机底物形成酶核苷酸序列来表达至少一种有机底物形成重组酶，能够利用碳源生产有机底物，并生产至少一种有机底物培养杂质，包括挥发性气体、液体和固体中的至少一种。在各种实施方案中，至少一个生物反应器培养容器含有有机产物培养液，其中有机产物培养液含有第二重组微生物。在各种实施方案中，第二重组微生物具有改进的有机产物生产能力，通过表达至少一种非天然有机产物形成酶核苷酸序列来表达至少一种有机产物形成酶，并且能够利用有机底物来生产至少一种有机产物。
[0008]在某些实施方案中，至少一个生物反应器培养容器包括：第一生物反应器培养容器，所述第一生物反应器培养容器包括碳源入口、挥发性气体出口和动力源；以及第二生物反应器培养容器，所述第二生物反应器培养容器包括流体流动路径和有机产物出口，所述流体流动路径连接至第一生物反应器培养容器和第二生物反应器培养容器并位于二者之间。在此类实施方案中，第一生物反应器培养容器包括有机底物培养液，第二生物反应器培养容器包括有机产物培养液。在某些实施方案中，第一生物反应器培养容器或第二生物反应器培养容器还包括生物质收集端口。在某些实施方案中，动力源包括太阳光、太阳能动力源、电动力源或其组合。在某些实施方案中，系统还包括碳酸化单元、胺汽提塔、胺洗涤器、催化转化器、冷凝器、压缩机、苛性碱塔、干燥器或其组合。在某些实施方案中，第二生物反应器培养容器还包括碳源入口、挥发性气体出口、动力源或其组合。
[0009]在某些实施方案中，碳源包括二氧化碳、一氧化碳、正烷烃、乙醇、植物油、甘油、葡萄糖、蔗糖、单糖、二糖、多糖或其组合。在某些实施方案中，挥发性气体包括氧气、甲烷或其组合。在某些实施方案中，至少一种有机底物包括α
‑
酮戊二酸、蔗糖、葡萄糖、甘油、单糖、二糖、多糖或其组合。在某些实施方案中，至少一种有机产物包括乙烯、醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、有机酸、丙酸、乙酸、醛、甲醛、长链脂肪酸、正烷烃、烃或其组合。
[0010]在某些实施方案中，碳源包括二氧化碳、一氧化碳、甘油、葡萄糖、果糖、蔗糖、单糖、二糖、多糖、糖原、乙酸、脂肪酸或其组合。在某些实施方案中，动力源包括太阳光、太阳能动力源、电动力源或其组合。在某些实施方案中，挥发性气体包括氧气、甲烷或其组合。在某些实施方案中，至少一种有机底物包括α
‑
酮戊二酸、蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘油、单糖、二糖、多糖、糖原、脂肪酸或其组合。在某些实施方案中，至少一种有机产物包括醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、有机酸、丙酸、乙酸、醛、甲醛、长链脂肪酸、正烷烃、烃、乙烷、丙烯、丁烯、乙烷、丙烷、丁烷或其组合。在某些实施方案中，第二生物反应器培养容器还包括碳源入口、挥发性气体出口、动力源或其组合。
[0011]在某些实施方案中，在一个生物反应器培养容器中组合有机底物培养液和有机产物培养液。在其它实施方案中，通过过滤器分离有机底物培养液和有机产物培养物。在某些实施方案中，过滤器包括约0.2μm至约10μm或更大的孔径。
[0012]在本文的系统的某些实施方案中，至少一种有机底物包括α
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酮戊二酸(AKG)，其中第一重组微生物生产的至少一种AKG形成酶的量大于缺乏非天然AKG形成酶表达核苷酸序
列的对照微生物生产的AKG形成酶的量。在此类实施方案中，至少一种有机产物包括乙烯，其中第二重组微生物生产的至少一种乙烯形成酶(EFE)的量大于缺乏非天然EFE表达核苷酸序列的对照微生物生产的EFE的量。在某些实施方案中，第一重组微生物通过表达至少一种非天然AKGP形成核酸序列来表达至少一种α
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酮戊二酸通透酶蛋白(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产有机产物的生物制造系统，包括：至少一个生物反应器培养容器；其中所述至少一个生物反应器培养容器含有有机底物培养液，其中所述有机底物培养液含有第一重组微生物，所述第一重组微生物具有改进的有机底物生产能力，其中所述第一重组微生物通过表达至少一种非天然有机底物形成酶核苷酸序列来表达至少一种有机底物形成重组酶，其中所述第一重组微生物能够利用碳源生产所述有机底物，其中所述第一重组微生物生产至少一种有机底物培养杂质，包括氧气、至少一种气相、液相和固相副产物；以及其中所述至少一个生物反应器培养容器含有有机产物培养液，其中所述有机产物培养液含有第二重组微生物，所述第二重组微生物具有改进的有机产物生产能力，其中所述第二重组微生物通过表达至少一种非天然有机产物形成酶核苷酸序列来表达至少一种有机产物形成酶，其中所述第二重组微生物能够利用所述有机底物生产所述至少一种有机产物。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个生物反应器培养容器包括：第一生物反应器培养容器，所述第一生物反应器培养容器包括碳源入口和动力源；以及第二生物反应器培养容器，所述第二生物反应器培养容器包括流体流动路径和有机产物出口，所述流体流动路径连接至所述第一生物反应器培养容器和所述第二生物反应器培养容器并位于二者之间；其中所述第一生物反应器培养容器包括所述有机底物培养液，并且所述第二生物反应器培养容器包括所述有机产物培养液；或者其中所述第一生物反应器培养容器或所述第二生物反应器培养容器还包括生物质收集端口。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述碳源包括二氧化碳、一氧化碳、甘油、葡萄糖、果糖、蔗糖、单糖、二糖、多糖、糖原、乙酸、脂肪酸或其组合；或者其中所述动力源包括太阳光、太阳能动力源、电动力源或其组合；或者其中所述挥发性气体包括氧气、甲烷或其组合；或者其中所述至少一种有机底物包括α
‑
酮戊二酸、蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘油、单糖、二糖、多糖、糖原、脂肪酸或其组合；或者其中所述至少一种有机产物包括醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、有机酸、丙酸、乙酸、醛、甲醛、长链脂肪酸、正烷烃、烃、乙烷、丙烯、丁烯、乙烷、丙烷、丁烷、C2‑
C
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烷烃、C2‑
C
20
烯烃或其组合；或者其中所述第二生物反应器培养容器还包括碳源入口、挥发性气体出口、动力源或其组合。4.根据权利要求1所述的系统，其中，在一个生物反应器培养容器中组合所述有机底物培养液和所述有机产物培养液；或者通过过滤器分离所述有机底物培养液和所述有机产物培养物，其中所述过滤器包括约
0.2μm至约10μm或更大的孔径；或者其中所述系统还包括碳酸化单元、胺汽提塔、胺洗涤器、催化转化器、冷凝器、压缩机、苛性碱塔、干燥器或其组合。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述有机底物包括α
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酮戊二酸(AKG)，其中所述第一重组微生物生产的至少一种AKG形成酶的量大于缺乏非天然AKG形成酶表达核苷酸序列的对照微生物生产的AKG形成酶的量；或者其中所述至少一种有机产物形成酶包括乙烯形成酶(EFE)，并且所述第二重组微生物生产的EFE的量大于缺乏非天然EFE表达核苷酸序列的对照微生物生产的EFE的量。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一重组微生物通过表达至少一种非天然AKGP形成核苷酸序列来表达至少一种α
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酮戊二酸通透酶蛋白(AKGP)。7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一种AKG形成酶包括异柠檬酸脱氢酶(ICD)蛋白、谷氨酸脱氢酶(GDH)蛋白或其组合。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一重组微生物通过表达具有与SEQ ID NO：2至少95％同一性的核苷酸序列的非天然ICD蛋白核苷酸序列来表达具有与SEQ ID NO：1至少95％同一性的氨基酸序列的ICD蛋白；或者所述第一重组微生物通过表达具有与SEQ ID NO：6至少95％同一性的核苷酸序列的非天然GDH蛋白核苷酸序列来表达具有与SEQ ID NO：5至少95％同一性的氨基酸序列的GDH蛋白，或其组合；或者其中所述第二重组微生物通过表达具有与SEQ ID NO：8至少95％同一性的核苷酸序列的非天然EFE蛋白核苷酸序列来表达具有与SEQ ID NO：7至少95％同一性的氨基酸序列的EFE蛋白。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一重组微生物包括选自由以下项组成的组的微生物：光合细菌、蓝细菌、聚球藻属、细长聚球藻、Synechococcus leopoliensis、集胞藻属、鱼腥藻属、假单胞菌属、丁香假单胞菌、萨瓦氏假单胞菌、衣藻属和莱茵衣藻；或者其中所述第二重组微生物包括选自由以下项组成的组的微生物：埃希氏菌属、大肠杆菌、土细菌、石蜡节杆菌、荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌、假单胞菌属、丁香假单胞菌、萨瓦氏假单胞菌、粘质沙雷氏菌、Bacillus metatherium、沼泽假丝酵母、Pichia inositovora、光滑球拟酵母、解脂假丝酵母、解脂耶氏酵母、酿酒酵母、曲霉菌属、枯草芽孢杆菌和乳杆菌属。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一重组微生物包括缺乏葡萄糖
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磷酸腺苷酰转移酶蛋白表达的δ
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glgc突变微生物；或者其中所述第一重组微生物通过表达具有与SEQ ID NO：10至少95％同一性的核苷酸序列的非天然蔗糖合酶蛋白核苷酸序列来表达具有与SEQ ID NO：9至少95％同一性的氨基酸序列的蔗糖合酶蛋白；或者其中所述第一重组微生物通过表达具有与SEQ ID NO：12至少95％同一性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡里米，
申请(专利权)人：肯维他工厂公司，
类型：发明
国别省市：