本发明专利技术提供了新的代谢通路，所述通路在联合生物加工系统(CBP)中引起丙醇、醇或多元醇的形成，其中木质纤维生物质被有效地转化为此类产物。更具体地，本发明专利技术提供了重组的微生物，其中所述微生物表达一种或多种天然和/或异源的酶；其中所述一种或多种酶在一个或多个工程化的代谢通路中起作用以实现：(1)将碳水化合物源转化为1，2-丙二醇、异丙醇(isopropropanol)、乙醇和/或甘油；(2)将碳水化合物源转化为正丙醇和异丙醇；(3)将碳水化合物源转化为异丙醇和甲醇；或(4)将碳水化合物源转化为丙二醇和丙酮；其中所述一种或多种天然和/或异源的酶被活化、上调或下调。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在联合生物加工生物体中生产丙醇、醇和多元醇专利技术背景专利
联合生物加工(CBP)实质上描述了这样的操作模式，其中生物催化剂产生酶，其可将不昂贵的纤维素分解成为有用的糖，然后在単一的容器中同时将它们发酵成为附加价值的产物。降低了单元过程数目的CBP显著降低了与纤维素生物燃料生产相关的操作和资本花费。此外，CBP过程降低或消除了对于外部添加的昂贵纤维素酶的需求。见Lynd 等人“Microbial cellulose utilization !Fundamentals and biotecnnology，，，Microbiology and Molecular Biology Reviews 66(3) :506-577(2002) ；Lynd 等人，“Consolidated bioprocessing of cellulosic biomass An update," Current Opinionin Biotechnology 16(5) :577-583(2005) ； " Breaking the Biological Barriers toCellulosic Ethanol A Joint Research Agenda," December 2005，Rockviile，Ma;rylandPublication Date June 2006 ;D0E/SC_0095。CBP被广泛地认为是“终极低花费的纤维素水解和发酵配置”DOE/USA Joint Research Agenda(见 D0E/SC-0095 Joint ResearchAgenda)。对于植物生物质(例如木质纤维生物质)，CBP也减少了依赖石化原料来生产可发酵的、有附加价值的产物(例如丙醇、醇和多元醇)的需求。在植物生物质的形式中，木质纤维生物质(“生物质”)特别适于生产可发酵的、有附加价值的产物，因为其大規模的可获得性、低花费和环境良性的生产。阻碍生物质原料加エ的主要障碍是一般性的缺少低花费的技术用于克服这些材料对于转化成为有用的产物的抵抗性。木质纤维生物质含有可被转化成为丙醇、醇和多元醇的碳水化合物级分(例如纤维素和半纤维素)。为了转化这些级分，纤维素和半纤维素必须最终被转化或水解成为单糖，历史上被发现有问题的正是水解。木质纤维素原料抗拒水解以及随后糖的释放。浓缩酸预处理可释放糖，伴随相关地失去一些戊糖或己糖。然而，使用浓缩酸的更大问题是与这些预处理相关的额外的资本花费。资本花费的含义包括使用昂贵的构建材料、操作腐蚀性化学品和处理对环境的影响。事实上，木质纤维素预处理领域的ー些知名学者已评论了虽然浓缩的矿物酸是有效的，当相对于所产生的糖的价值衡量时，它们太过昂贵而不实用。Mosier等人，(2005),Bioresource Technology 96，673-686。最近，ー些公司作出了这样的技术声明他们显示了实验室规模的浓缩酸再循环作为减少与使用浓缩酸预处理相关的花费的手段。关于这种再循环技术的ー篇最近的文章澄清了他们只能够再循环所添加的酸的42%并且重申这种技术将仅在2010年下半年在试验性设备中被测试。Technology Review, Wednesday, June 10, 2009 (可在 http://www.technologyreview. com/energy/22774/获得)。此外,此文章中包括エ业专家反对使用浓缩的HCl来进行预处理的警告，因为エ厂将需要昂贵的构建材料。CBP提供了由生物质生产可发酵糖的可行的备选方案。涉及酶促或微生物水解的CBP生物质加工方案通常涉及四种生物学上介导的转化(I)产生糖分解性酶(纤维素酶和半纤维素酶)；(2)将经预处理的生物质中存在的碳水化合物组分水解为糖；(3)己糖(例如葡萄糖、甘露糖和半乳糖)的发酵；以及(4)戊糖(例如木糖和阿拉伯糖)的发酵。在CBP中，这四种转化在ー个步骤中发生，CBP与其它较少高度整合的配置的区别在于其不涉及用于纤维素酶和/或半纤维素酶生产的专门的方法步骤。因此，与以专门 的纤维素酶生产为特征的方法相比，CBP提供了花费更低和效率更高的潜在可能。这些益处一部分是由下述产生的所避免的资本花费，底物和其它原材料，以及与纤维素酶生产相关的应用。此外，数个因素支持着实现更高的水解率，以及因而使用CBP的減少的反应器体积和资本投入，所述因素包括酶-微生物协同作用和使用嗜热生物体和/或复合的纤维素酶系统。此外，纤维素-附着的纤维素分解性微生物有可能成功地与非附着的微生物(例如污染物)竞争纤维素水解的产物，这能够増加基于微生物的纤维素利用的エ业方法的稳定性。通过两种策略取得开发能够进行CBP的微生物方面的进展工程化天然存在的纤维素分解性微生物以改善与产物相关的特性，例如产率和滴度；以及工程化显示出高产物产率和滴度的非-纤维素分解性生物体以表达能够利用纤维素和半纤维素的异源性纤维素酶和半纤维素酶系统。许多细菌具有通过糖酵解过程将简单己糖发酵成为酸性和pH-中性产物的混合物的能力。糖酵解通路是丰富的并且包括一系列酶促步骤，其中六碳葡萄糖分子通过多个中间产物而被分解成为两个分子的三碳化合物ニ羟丙酮磷酸和酸甘油醛3-磷酸。此过程引起ATP (生物学能量供应)和经还原的辅因子NADH的净生成。可利用CBP生物体的代谢机制而由这些三碳化合物制出许多下游的附加价值的产物，这包括例如丙醇、醇和多元醇。エ业化学品(例如丙醇、醇和多元醇)传统上源自石化原料。然而，由石化原料生产此类化学品有其问题，其中尤其是使用经受价格波动和严格调控的非可再生的资源。因此，本领域存在对于由允许大規模可获得性、低花费和有利于环境的生产(这些均为CBP的优势)的资源产生丙醇、醇和多元醇的需求。特别地，存在对于经工程化的生物体作为CBP系统的一部分的需求,所述经工程化的生物体能够将生物质转化成为丙醇、醇和多元醇。专利技术简述本专利技术提供了在联合生物加工系统(CBP)中引起丙醇，醇或多元醇形成的新的代谢通路，其中木质纤维生物质被有效地转化为此类产物。本专利技术因此提供了重组的微生物，其中所述微生物表达ー种或多种天然的和/或异源的酶；其中所述ー种或多种酶在ー个或多个工程化的代谢通路中起作用以实现(I)将碳水化合物源转化为1，2-丙ニ醇,异丙醇(isopropropanol),こ醇和/或甘油；⑵将碳水化合物源转化为正丙醇和异丙醇；(3)将碳水化合物源转化成为异丙醇和甲醇；或(4)将碳水化合物源转化成为丙ニ醇和丙酮。在图1-5和7中概述了本专利技术的工程化的代谢通路。在沿所述通路的各种步骤中起作用的酶显示在表2-5中。利用了本专利技术的工程化的代谢通路来实现在细菌和酵母中的产物的高理论产率，所述产物特别是1，2_丙ニ醇、异丙醇、正丙醇和甲醇。附图说明图I显示了用于在细菌和酵母CBP平台中生产混合醇的理论代谢通路的图示。酵母特异性的分支通路由深灰色框中的EC编号显示。细菌特异性的分支通路由浅灰色框中的EC编号显不。图2显示了用于在细菌CBP平台中生产正丙醇和异丙醇的理论代谢通路的图示。图3显示了用于在细菌CBP平台中生产异丙醇和甲醇的理论代谢通路的图示。图4显示了用于在细菌和酵母CBP平台中厌氧生产丙本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·麦克布赖德，V·赖格里亚，A·J·肖四世，S·A·崔帕斯，E·布列夫诺瓦，N·蔡阿扎，H·范迪肯，A·弗罗利赫，W·R·司勒斯，J·弗莱特，
申请(专利权)人：马斯科马公司，
类型：发明
国别省市：
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