[发明专利]具有异丙醇生产能力的棒状细菌转化体

说明书

技术领域

本发明涉及异丙醇生产技术。更具体而言，涉及为赋予异丙醇生产功能而进行了特定的基因操作的棒状细菌的转化体和利用该转化体的高效的异丙醇制备技术。

背景技术

异丙醇作为涂料或油墨等的工业用溶剂以及各种工业原料，目前世界上每年大约生产180万吨，即使在日本每年也大约生产18万吨。另外，从异丙醇经过简单的脱水反应，可以转变为作为目前在日本年产310万吨的聚丙烯的原料的丙烯。

但是，所有这些制品都来自化石原油资源。

从全球变暖问题、化石资源枯竭问题以及近年来原油价格高涨问题等地球环境方面的问题考虑，另外，从降低重要化学制品原料资源的海外依赖度的观点考虑，都迫切需要开发利用与基本全部进口的原油资源不同的可再生资源制造能源和化学制品的方法。利用生物质等可再生资源高效制造异丙醇的技术是可以解决这些各种问题的策略之一。

关于利用微生物从生物质原料生成异丙醇的方法有如下报道：进行丙酮-丁醇发酵的一种梭菌除丁醇之外还同时生产异丙醇(异丙醇-丁醇发酵)。这是因为，通过表现该发酵模式的梭菌所具有的异丙醇脱氢酶的催化反应，丙酮被还原从而产生异丙醇。

近年来，在世界各国生物燃料的生产利用提高的过程中，作为利用丙酮-丁醇发酵得到的生物燃料，丁醇的生产研究再次受到关注，但这些都是以生产丁醇为主要目的的研究，而基本没有以生产异丙醇为目的研究。

迄今为止，作为生产异丙醇的细菌，报道了作为异丙醇-丁醇发酵菌而已知的梭菌属细菌、拜式梭菌(Clostridium beijerinckii)、金黄丁酸梭菌(Clostridium aurantibutyricum)等(非专利文献1)。

但是，利用梭菌属细菌的异丙醇生产存在以下的问题。

(1)利用梭菌属细菌进行的异丙醇-丁醇发酵以丁醇为主要发酵代谢产物，异丙醇的生产率低(异丙醇/丁醇生成比约为1/5-1/10)。

(2)梭菌属细菌在增殖和生产异丙醇的过程中需要绝对厌氧性条件。因此，需要在厌氧条件下进行培养，即，需要将培养装置内部用氮气等惰性气体等取代等繁杂的培养操作，并且由于增殖速度极其缓慢，因此与之相应的异丙醇生产速度低。为了解决这些问题，考虑利用增殖速度高的好氧性微生物，但是，具有高效生产异丙醇的能力、并且能在有氧条件下增殖的微生物(好氧性细菌或兼性厌氧细菌)还属未知。

(3)异丙醇-丁醇发酵中，在细胞增殖期生成乙酸和丁酸，在细胞增殖停止的稳定期中发酵培养液pH的酸性化成为向溶剂(异丙醇、丁醇)生成期转移的诱因，代谢系统发生大幅变化(代谢迁移(shift))从而生成异丙醇和丁醇。这样，发酵过程需要严密的控制，且从发酵开始后到生成异丙醇和丁醇之前需要花费时间。另外，这些梭菌会由于转移到孢子形成期而停止生成异丙醇和丁醇，有不能长时间持续生成等问题。

因此，期望进行解决这些问题的新型异丙醇生产微生物的创制和生产方法的开发。

作为使用梭菌属细菌的异丙醇生产技术，公开了如下所述的技术。

非专利文献1中公开了如下内容：拜式梭菌(Clostridium beijerinckii)除丁醇外还生成异丙醇，金黄丁酸梭菌(Clostridium aurantibutyricum)除丁醇和丙酮外还生成异丙醇。

另外，非专利文献2和非专利文献3中公开了将梭菌属细菌固定从而连续生产异丙醇的技术；非专利文献4中公开了使用具有凝聚性的梭菌属细菌来生产异丙醇的技术；非专利文献5中公开了在梭菌属细菌的异丙醇-丁醇发酵中，通过添加高分子树脂，吸附作为产物的异丙醇和丁醇从而减轻产物抑制的技术。但是，这些是以生产丁醇为主要目的的技术，并且，均为使用梭菌属细菌在厌氧条件下生产异丙醇的技术，对上述的(1)、(2)、(3)等中指出的问题，丝毫没有起到根本的解决作用。

另一方面，虽然不是异丙醇的生产技术，但作为使用梭菌属细菌生产丙酮-丁醇的技术，公开了以下的技术。

专利文献1中公开了通过调控与孢子形成相关的基因使孢子形成期延迟，从而提高丁醇生产的技术；专利文献2和非专利文献6中公开了在连续发酵法中，通过气提法来连续提取丁醇的技术；非专利文献7和非专利文献8中公开了将梭菌属细菌固定来生产丁醇的技术；非专利文献9中公开了在连续发酵法中使用高浓度的梭菌属细菌的菌体，并将菌体重复利用的技术。这些技术被认为也能够应用于使用梭菌属细菌的异丙醇-丁醇发酵中，但是均为使用梭菌属细菌在厌氧条件下进行的生产技术这一点没有任何改变，对于上述的问题丝毫没有起到从根本上解决的作用。

作为使用梭菌属细菌以外的微生物的异丙醇生产技术，有如下技术。