[发明专利]用于转化木质素纤维素生物质为乙醇的嗜热有机体

说明书

相关申请

本申请要求2005年10月31日提交的第60/731,674号美国申请和 2006年5月1日提交的第60/796,380号美国申请的优先权，各自通过 引用并入本申请。

政府权益

美国政府对本发明享有一定的权利，这是因为有关本发明开发的 研究由国家标准技术研究院(National Institute of Standards and Technology)(NIST)60NANB1D0064号合同资助。

发明背景

发明领域

本发明属于加工生物质以生产乙醇的领域。尤其是，本发明公开 了消耗多种来自生物质的底物并以高产率生产乙醇的新型嗜热有机 体，以及所述有机体的生产方法和用途。

相关技术描述

生物质代表了便宜且容易获得的纤维素分解底物，可由其生产糖 类。这些糖类可单独用于生产或发酵生产醇类和其他产物。生物转化 产物中，最另人感兴趣的是乙醇，这是因为它可用作可再生的民用燃 料。

在反应器设计、预处理方案和分离技术领域已进行了有意义的研 究，因此生物转化处理经济上将与石油燃料技术竞争。然而，估计当 两个或更多个处理步骤组合时可获得成本的最大节约。例如，同步糖 化发酵(SSF)与同步糖化共发酵(SSCF)方法在单一反应器或连续加工 仪器中将酶促糖化步骤与发酵组合。除了与较短反应时间和降低的资 金成本相关的节约外，共发酵处理还可提供改进的产物产率，这是因 为通过共发酵有机体消耗了在抑制代谢或水解的水平另外产生的某些 化合物。在一个这样的实施例中，在存在葡萄糖的情况下β-葡糖苷酶 停止水解纤维二糖，而纤维二糖的积累又阻止纤维素降解。涉及共发 酵纤维素和半纤维素水解产物的SSCF方法可通过将葡萄糖转化为不 抑制β-葡糖苷酶水解活性的一种或多种产物而缓解了这个问题。

联合生物加工(CBP)涉及四个生物介导的事件：(1)酶生成、(2)底 物水解、(3)己糖发酵和(4)戊糖发酵。这些事件可在单一步骤中进行。 该策略需要利用纤维素和半纤维素的微生物。与在专门的加工步骤中 生产解糖酶的较常用方法相比，开发CBP有机体可能使得成本大大降 低。利用多于一种的有机体完成四个生物介导事件的CBP方法被称为 联合生物加工共培养发酵。

一些细菌具有如下能力：将戊糖糖类转化成为己糖糖类，并且通 过糖酵解将己糖糖类发酵成为有机酸和其他产物的混合物。糖酵解途 径从六碳葡萄糖分子转化成为两个三碳丙酮酸分子开始。接着丙酮酸 通过乳酸脱氢酶(“ldh”)的作用转化为乳酸，或者通过丙酮酸脱氢酶或 丙酮酸-铁氧还蛋白氧化还原酶的作用转化为乙酰辅酶A(“乙酰基 -CoA”)。乙酰基-CoA进一步通过磷酸转乙酰酶和乙酸激酶转化为乙 酸，或者通过乙醛脱氢酶(“AcDH”)和乙醇脱氢酶(“adh”)还原为乙醇。 总的来说，生成乙醇的有机体的特性被生成除乙醇以外的有机产物抵 消，尤其是ldh-介导的丙酮酸转化为乳酸和通过磷酸转乙酰酶和乙酸 激酶乙酰基-CoA转化为乙酸。

最近细菌代谢工程使得在嗜热厌氧革兰氏阳性菌解糖热厌氧杆菌 (T.saccharolyticum)中产生乳酸脱氢酶敲除。参见Desai，S.G.；Guerinot， M.L.；Lynd，L.R.“Cloning of L-lactate dehydrogenase and elimination of lactic acid production via gene knockout in Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485(克隆L-乳酸脱氢酶并通过基因敲除在 解糖热厌氧杆菌JW/SL-YS485中O消除乳酸产生)”Appl.Microbiol。 Biotechnol.65：600-605，2004。

尽管敲除ldh在本领域中取得进展，但由于该解糖热厌氧杆菌菌 株持续产生有机酸尤其是乙酸，对于所述有机体的一些应用尚有疑问。

发明概述

通过提供消耗多种来自生物质的底物和生成接近理论产率乙醇的 嗜热厌氧菌，本方法发展了本领域，并克服了上述所列的问题。还公 开了采用所述有机体生产乙醇的方法。