微生物的乙醇生产制造技术

一种生物生产乙醇的方法，包括：在光和无机碳的存在下在培养基中培养工程化的光合微生物，其中所述光合微生物包含重组丙酮酸脱羧酶基因和重组醇脱氢酶基因，且其中所述重组丙酮酸脱羧酶基因和所述重组醇脱氢酶基因是差异表达的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本公开涉及用于工程化光合自养的生物体以转化二氧化碳和光成为脂肪酸酯和其他分子(包括生物燃料)的方法和组合物。所述分子然后由该生物体分泌到生长培养基中。【专利说明】微生物的乙醇生产本申请是申请日为2009年9月3日的200980145256.9号专利技术专利申请(名称为“微生物的乙醇生产”)的分案申请。
本公开涉及用于工 程化光合自养生物体以转化二氧化碳和光成为脂肪酸酯和其他分子的方法和组合物，所述脂肪酸酯和其他分子然后由该生物体分泌到培养基中。序列表的引用本申请包含通过EFS-Web提交的序列并在此通过引用完整引入。在2009年10月7日产生的ASCII版本名称为“16020_PCT_SL.txt”，列出了 29个序列，文件大小为95kb。
技术介绍
光合作用是生物实体利用阳光和二氧化碳产生糖以获取能量的过程。由于自然进化，光合作用是一个具有众多且知之甚少的反馈回路、控制机制和过程无效(process inefficiency)的极其复杂的系统。这个复杂的系统对于单因子轮换(one-factor-at-a-time)和全局优化法都呈现出可能无法逾越的障碍。现有的光合自养生物体(如植物、藻类和光合细菌)很难适用于工业生物加工,并因此没有显示出针对这一目的的商业可行性。与工业化异养生物体如大肠杆菌(20分钟)相比，这类生物体具有缓慢的倍增时间(3-72小时)，这反应出低下的总生产力。此外，遗传操作技术(敲除、经整合或游离Gpisomic)质粒扩增的转基因的过表达)是低效、费时、费力的或不存在的。
技术实现思路
本文所述的专利技术确认了赋予光合自养生物体直接产生碳基产物的能力的途径和机制。所获得的产生碳基产物的工程化光合自养生物特别地能够直接从二氧化碳和光高效地产生碳基产物，无需目前从生物质源(包括玉米、甘蔗、芒草、纤维素等)产生生物燃料和生物化学产品所必需的费时的和昂贵的处理步骤。因此，本专利技术的新型微生物能够通过固定二氧化碳合成从各种生物合成途径获得的碳基目的产物，还能释放这类产物。这类产物的范围包括醇类，如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、脂肪醇、脂肪酸酯、蜡酯；烃和链烷烃，如丙烷、辛烷、柴油、JP8 ;聚合物如对苯二甲酸酯、I，3-丙二醇、I，4- 丁二醇、多元醇、PHA, PHB、丙烯酸盐、己二酸、ε -己内酯、异戊二烯、己内酰胺、橡胶；商用化学品如乳酸盐、DHA、3-羟基丙酸盐、Y-戊内酯、赖氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸盐、天门冬氨酸、山梨醇、抗坏血酸盐、抗坏血酸、异戊烯醇、羊毛留醇、ω-3?ΗΑ、番茄红素、衣康酸盐、1，3-丁二烯、乙烯、丙烯、琥珀酸盐、柠檬酸盐、柠檬酸、谷氨酸盐、苹果酸盐、ΗΡΑ、乳酸、THF、Y-丁内酯、吡咯烷酮、羟丁酸盐、谷氨酸、乙酰丙酸、丙烯酸、丙二酸；特种化学品如类胡萝卜素、类异戊二烯、衣康酸；药物或药物中间体，如7-ADCA/头孢菌素、红霉素、聚酮、抑制素(statin)、紫杉醇、多烯紫杉醇、萜烯、肽、类固醇、ω-脂肪酸和其它这类适合的目的产物。这些产物可用于燃料、生物燃料、工业和特种化学品、添加剂、作为用于制造其他产品(如营养补充剂、营养保健品、聚合物、石蜡替代品，个人护理产品和药物)的中间体。这些化合物也可以用作随后反应(例如，酯交换反应、氢化作用、经氢化、热裂解或两者结合的催化裂解或者环氧化反应)以产生其他产品的原料。还公开了选择和利用各种生物体直接将太阳光和二氧化碳转化成碳基产物的方法。本专利技术的一方面提供了一种引入编码一个或多个能够固定二氧化碳以产生和(在一些实例中)排出或分泌碳基目的产物(如乙醇、乙烯、烃、乙基酯和甲基酯)的蛋白质的工程核酸序列的方法。本文提供的显著特征是，该微生物可优选地以商业规模生产各种碳基目的产物，而无需可再生的碳基中间体或源(如生物质)作为起始原料。为产生至少一种所需的碳基目的产物如烃，利用了各种能够固定二氧化碳的生物体(例如那些能够进行光合作用的生物体)或可选择地经工程化以固定二氧化碳的生物体。例如，光合自养生物体包括真核植物和藻类，以及原核蓝细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌和紫色非硫细菌。在一个方面中，能够固定二氧化碳的宿主细胞被工程化以产生具有希望数目的碳的碳基产物。优选地，该宿主细胞以商业规模产生各种碳基目的产物。在其它的实例中，经修饰的宿主细胞是用编码参与涉及产物或中间体产生的生物合成途径的单个蛋白质的外源核酸序列遗传修饰的。在其它实施方式中，经修饰的宿主细胞是用编码参与涉及产物或中间体产生的生物合成途径的两个或多个蛋白质(例如，生物合成途径中的第一和第二个酶)的外源核酸序列遗传修饰的。`在另一方面中，本专利技术提供了能够固定二氧化碳的宿主细胞，其产生乙烯。该宿主细胞可以包含编码乙烯形成酶，efe，的外源核酸。该乙烯形成酶，efe，可以包括雷尔氏菌乙烯形成酶。在一个实施方式中，这样一种碳基目的产物是乙醇。在一个优选的实施方式中，该宿主细胞产生商业产量的乙醇。还提供了一种利用生物体以商业规模直接将阳光、水和二氧化碳转换成乙醇的方法。另外公开了一种将产生的乙醇以及与乙醇的产生相关的吸收的二氧化碳货币化的方法。在某些方面中，乙醇产生通过在光照下将碳引导离开糖原并朝向丙酮酸等进行优化。糖原通常是在光中形成的，并在黑暗中消耗以减少能量。在一个实施方式中，糖原合成基因被弱化或敲除，和在其它实施方式中，使糖酵解基因成为组成型的。在其他方面中，消除了某些发酵途径，如产生乙酸、乳酸、琥珀酸等的途径(如果存在)。进一步在其他方面中，如果实施光-暗周期，糖原产生在光照过程中被优化(与生物量等相反)，并以干细胞重量(可以为糖原)的％增加(即，该细胞经工程化以打破阻止细胞增长全糖原的任何限制)。然后，在黑暗中，使得从积累的糖原进行乙醇合成，已弱化或敲除了其它发酵途径。此外，公开了采用与糖原合成/代谢率相匹配的光暗周期以使浪费的时间最少(糖原未消耗且细胞非生产性地保持在黑暗中，或者在黑暗阶段中有太多糖原完全消耗)。在本专利技术的各方面中，描述了用于产生糖的遗传修饰的光合生物体。在某些实施方式中，产生了糖类，如葡萄糖、果糖或其组合。优选地，产生的糖通过单向运输蛋白或转运蛋白扩散。在其它实施方式中，糖通过在产生3-磷酸甘油醛(3PGAL)的所选择宿主细胞中表达酶来产生，并利用转运蛋白主动运输。在再另外的实施方式中，光合生物体功能性地缺乏纤维素、糖原或蔗糖合成。所获得的光合产物(如光合生物体产生的糖)可作为产生其它的碳基目的产物的原料或碳源。在本专利技术的另一方面中，本专利技术提供了生产麦芽糖的光合生物体。在某些实施方式中，本专利技术提供了糖原水解酶的克隆基因，其使工程细胞将糖原水解为葡萄糖和/或麦芽糖并从细胞运输麦芽糖和葡萄糖。用于从细胞运输麦芽糖的酶包括用于麦芽糖运输的叶绿体麦芽糖排出泵=MEXl ;葡萄糖通透酶，低和高Km、葡萄糖:H+协同转运蛋白、葡萄糖/果糖通透酶、用于葡萄糖运输的总糖:H+反向转运蛋白；和葡萄糖-6磷酸:Pi反向转运蛋白、用于葡萄糖-6-磷酸运输的丙糖磷酸:磷酸反向转运蛋白是本专利技术可预想的转运机制。在另一个实施方式中，通过对各种能够固定二氧化碳的或者经工程化以固定二氧化碳的生物体进行工程化来产生烃。在一个实施方式中，该微生物引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物生产乙醇的方法，包括：在光和无机碳的存在下在培养基中培养工程化的光合微生物，其中所述光合微生物包含重组丙酮酸脱羧酶基因和重组醇脱氢酶基因，且其中所述重组丙酮酸脱羧酶基因和所述重组醇脱氢酶基因是差异表达的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·格林，N·雷帕斯，D·罗伯特森，
申请(专利权)人：焦耳无限科技公司，
类型：发明
国别省市：