降解木质纤维质生物质的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及从木质纤维质生物质生产工业上重要的生物能产品和代谢产物的组合物和方法。更具体来说，本发明专利技术描述了具有将木质纤维质生物质转变成可发酵糖类、尤其是转变成生物能产品和代谢产物的显著能力的新细菌的鉴定、表征和分离。本发明专利技术还公开了分离这样的细菌的方法、包含这样的细菌的组合物以及它们在对木质纤维质生物质进行改性以便生产生物能中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及从木质纤维质生物质生产工业上重要的生物能产品和代谢产物的组合物和方法。更具体来说，本专利技术描述了具有将木质纤维质生物质转变成可发酵糖类、以及更显著地转变成生物能产品和代谢产物的显著能力的新细菌的鉴定、表征和分离。本专利技术还公开了分离这样的细菌的方法、包含这样的细菌的组合物以及它们在对木质纤维质生物质进行改性以便生产生物能中的应用。
技术介绍
自从1970s年代以来，木质纤维质生物质的转化已成为集中研究的主题 (Blumer-Schuette 等，Extremely thermophilic microorganisms for biomass conversion :status and prospects (用于生物质转化的极端嗜热微生物现状与展望)， Curr Opinion Biotechnol 19，pp. 210-217 ;Perez 等，2002，Int Microbiol 5，pp 53-63)。就此而言，已知使用微生物对转化的生物质、特别是预处理过的农业原料进行改进，以生产生物能产品例如乙醇。然而，正如在Mosier等(Bioresource Technology 96(2005)673-686)中所报道的，需要对木质纤维质生物质进行预处理以改变纤维素质生物质的结构，使纤维素更容易接近将糖类聚合物转变成可发酵糖类的酶。然而，据信未来的生物燃料或生物能产品应该源自于原木质纤维质生物质，而不是预处理过的农业原料。这种原生物质的利用需要将木质纤维质生物质降解(例如水解) 成可发酵糖类的有效方法，所述可发酵糖类然后可以通过发酵转变成生物能产品(例如醇类和其他具有工业价值的代谢产物)。因此，从原木质纤维质生物质生产可发酵糖类(例如单糖)是一项重要挑战，并且为此已提出多种方法，例如热化学方法、酸水解和酶水解。然而，由于所考虑的木质纤维质生物质范围广，各自具有纤维素、半纤维素和木质素的特定组成，开发用于水解这种原生物质的酶或酶组合物显得成本效率不高。此外，从木质纤维质生物质的这种处理剩余的木质素副产物，一般保持不变并被浪费。W02009/063079描述了使用奇异球菌属(Deinococcus)的细菌通过生物质发酵生产生物能产品和代谢产物。Taryn等(ABB 45(1994)209)报道了梭状芽胞杆菌属(Clostridium)的细菌降解可发酵糖类的能力。W097/10352涉及降解纤维素的假单胞菌属(I^eudomonas)细菌菌株。类似地， Weon 等(Int. J. Systematic and Evolutionary Microbiology (2007),57, pp 1685-1688) 报道了水解纤维素的UV抗性奇异球菌属(Deinococcus)菌株。W. Zimmermann (Journal of Biotechnology，13 (1990) 119-130)提供了木质素的细菌降解的综述。还从未报道过能够在适合于工业过程的条件下水解木质纤维质生物质的主要组分包括木质素、木聚糖和纤维素的细菌。具体来说，还从未分离到能够在工业条件下降解木质素的细菌。因此，对于用于将木质纤维质生物质降解成有价值产品例如可发酵糖类或生物能产品和代谢产物的成本效益高并且可放大的过程，存在着尚未满足的需求。专利技术概述本专利技术涉及用于从木质纤维质生物质或其衍生物生产有价值产品的组合物和方法。更具体来说，本专利技术涉及能够将木质纤维质生物质或其衍生物转化成有价值产品、包括可发酵糖类和生物能产品的新的细菌。本专利技术还涉及使用这样的细菌生产有价值产品和代谢产物的方法。本专利技术尤其源自于鉴定到具有出人意料和引人注目的性质的微生物，所述性质即在工业规模上并且既经济又可靠地转化木质纤维质生物质或其衍生物，以便获得可用于生产生物能的化合物、特别是乙醇。就此而言，本专利技术源于设计从任何样品选择或鉴定细菌的改进方法。更具体来说， 本专利技术公开了选择或鉴定或分离细菌的方法，所述方法包含下列步骤a)提供包含细菌的样品；b)对样品进行细胞破坏性的DNA损伤性处理；以及c)从所述处理过的样品选择或分离在存在木质素、纤维素或木聚糖作为碳源的情况下能够生活或生长，例如利用木质素、纤维素或木聚糖作为碳源的细菌。本专利技术的另一个目的是可以通过这样的方法获得的细菌，或所述细菌的提取物。按照上述方法，本专利技术人确实从原料分离和鉴定了新的微生物，其具有出人意料的水解木质纤维质生物质的三种主要成分、即纤维素、木聚糖和木质素的能力。微生物能够转化含木质素原料以生产生物能产品这一新发现，代表了生物技术的突破，其允许通过一步生产过程从原生物质(木质纤维质生物质)生产生物能产品(例如乙醇)，克服了先前的使用预处理过的农业原料代替木质纤维、原生物质的缺点。此外，本专利技术的相同细菌可用于整个生产过程中，即水解木质纤维质生物质并且通过同时糖化和发酵过程(SSF)经发酵生产生物能产品。因此，本专利技术的目的在于分离的细菌，其中所述细菌具有在30°C或更高温度下、在存在木质素或纤维素或木聚糖作为碳源的情况下生长以及抵抗4mJ/cm2的UV处理的能力。本专利技术的具体目的是分离的细菌，其中所述细菌具有在30°C或更高温度下、在存在木质素作为唯一碳源的情况下生长以及抵抗4mJ/cm2的UV处理的能力。本专利技术的另一个目的是分离的细菌，其中所述细菌具有在30°C或更高温度下利用纤维素和木聚糖作为碳源以及抵抗4mJ/cm2的UV处理的能力。在优选实施方案中，本专利技术的细菌具有利用木质素、纤维素和木聚糖作为碳源的显著能力。本专利技术事实上显示了能够鉴定和培养具有降解木质纤维质生物质的所有主要成分的能力的细菌。这样的细菌可用于以前所未有的效率转化这样的生物质。在具体和优选实施方案中，本专利技术的细菌可以在需氧和厌氧两种条件下生长或培养。本专利技术事实上出人意料地显示出本专利技术的细菌可以在适合于从各种底物生产大量生物能产品或代谢产物的条件、例如厌氧条件下操作。在具体实施方案中，本专利技术的细菌含有外源核酸分子。在优选实施方案中，本专利技术的细菌属于选自下列的属奇异球菌属 (Deinococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、微杆菌属(Microbacterium)、纤维微菌属(Cellulosimicrobium)、甲基杆菌属(Methylobacterium)> 鞘氨醇杆菌属 (Sphingobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、热单胞菌属(Caldimonas)、类芽孢5杆菌属(Paenibacillus)、戈登氏菌属(Gordonia)、红球菌属(Rhodococcus)、窄食单胞菌属(Stenotrophomonas)、新鞘氨醇杆菌属(Novosphingobium)、鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)、鞘氨醇菌属(Sphingobium)、鞘氨醇盒菌属 (Sphingopyxis)或产口卜啉杆菌属(Porphyrobacter)。正如在实施例中显示的，可以鉴定并培养的上述属的细菌，能够转化生物质并抵抗4mJ/cm2的细胞破坏性UV处理。这些细菌代表了将生物质、包括木质纤维质生物质转变成高价值产品的有价值的手段。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种选择或鉴定细菌的方法，所述方法包含下列步骤：ａ）提供包含细菌的样品；ｂ）对样品进行重复的辐射处理；以及ｃ）从所述处理过的样品中分离在存在木质素、纤维素和／或木聚糖作为碳源的情况下能够生活或生长的细菌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯斯·伊索普，帕斯卡·约瑟夫，让保罗·里奥奈蒂，亚奎斯·比顿，
申请(专利权)人：德诺芙公司，法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：FR