[发明专利]包含发酵基因卡盒的自养生物进行光驱动的CO2还原生成有机化合物以用作燃料或用作工业半成品

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过向蓝藻(cyanobacterial)细胞培养物供给二氧化碳并给予光照而生产有机化合物和/或在产生所述有机化合物的途径中生成的中间化合物的方法，其中所述细胞能够表达一种核酸分子，所述核酸分子的表达给予所述细胞将糖酵解的中间体例如丙酮酸或3-磷酸甘油醛转化为所述有机化合物和/或所述中间化合物的能力，并且其中所述核酸分子的表达受一种应答于所述培养物中营养素浓度改变的调控系统的控制。本发明还涉及用于此方法的蓝藻细胞。

背景技术

我们的经济是通过使用化石燃料而驱动的。由石油供应耗尽导致的短缺首先影响我们社会的运输业和化学工业，继而影响人类活动的所有方面。另一个问题是，石油供应的使用已导致大气中的高浓度CO₂累积。

能量从根本上是来自太阳，这种能量驱动植物和光合自养细菌的光合作用过程。这一认知已引出合成生物燃料的新方法。大体上，这些方法使用植物和藻类以将CO₂还原到糖和细胞物质的水平上。采收后，通过酵母发酵将这些终产物转化为乙醇(对于作物)或通过化学方法转化为生物燃料(对于藻类)。这些方法的总体能量守恒的效率非常低并因此需要很大的表面积。此外，所述方法的劳动量很大、耗水量极高并且影响食品原料价格从而对食品供应有不利后果。一种相似程度更小的方法基于将太阳能转化到氢中。此方法也存在严重的效率低下的问题。

多种生物技术方法利用遗传工程生物生产散装或精细化学品、蛋白或抗体。在许多实例中，已通过提高基因表达和优化生长条件获得了生产增长。在我们知道的所有方法中，起始碳前体一直是并且仍将是糖(主要是葡萄糖，也使用许多其他单糖和多糖)或相关有机底物：溶剂生产(包括丁醇和乙醇)和有机酸生产(例如乳酸、柠檬酸和琥珀酸)总是起始于葡萄糖，这使得效率低下，因为所述生产方法使用高能起始化合物作为底物。

US 6,699,696描述了一种通过向蓝藻细胞——尤其是聚球藻(Synechococcus)——供给二氧化碳而生产乙醇、给予所述蓝藻细胞日光照并收集乙醇的方法，所述蓝藻细胞含有一种编码使细胞能将丙酮酸转化为乙醇的酶的核酸分子。这一系统的几个缺点之一是所用的表达系统是温度敏感的，这要求使所述生产系统适于这种调控。

因此，仍然需要不具有现有方法全部缺点的替代甚至改进的有机化合物生产方法。

发明内容

本发明涉及一种规模可变的生产适合作为化学原料或生物燃料的有机化合物的方法。本发明结合了光合自养和有机化能营养原核生物的代谢特性并基于使用具有由卡尔文循环中间体转化为发酵终产物的高转化率的重组需氧光营养生物。其新颖性在于a)其核心化学反应使用CO₂作为唯一的含碳前体并使用光(优选日光)作为唯一的能源以驱动CO₂还原，b)多种终产物可以以相同的原理，即引入编码特异性发酵途径的核酸分子卡盒而实现，以及c)生产受培养基成分的控制并在最合适的时间即细胞密度尽可能最高的时间开始。然而，在目前燃料生产的应用中，生物体为底物(乙醇生产中的作物)或产物(作为生物柴油的微藻类)，此处微生物用作将CO₂作为底物转化为有用终产物的高度特异的催化剂。这些催化剂可通过物理和化学系统-生物方法进行优化。实施例1更详尽地描述了本发明的生物化学背景。下面更详尽地描述本发明的每个方面。

蓝藻

在第一个方面，本发明提供能够表达一种核酸分子的蓝藻，其中所述核酸分子的表达给予所述蓝藻将糖酵解中间体转化为有机化合物和/或转化为产生所述有机化合物的途径中生成的中间化合物的能力，并且其中所述核酸分子受一种应答于培养所述蓝藻的营养素的浓度变化的调控系统的控制。