[发明专利]改进的微生物燃料电池无效

专利信息
申请号: 201080066383.2 申请日: 2010-11-04
公开(公告)号: CN102906246A 公开(公告)日: 2013-01-30
发明(设计)人: R·T·欧文;J·E·巴克鲁;D·J·哈西特 申请(专利权)人: 贝克蒂瑞罗博蒂克斯有限责任公司;辛辛那提大学
主分类号: C12N1/21 分类号: C12N1/21;C12N15/78;C12N15/52;H01M8/16;C12R1/385
代理公司: 北京市铸成律师事务所 11313 代理人: 郝文博
地址: 美国俄*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 改进 微生物 燃料电池
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月23日提交的美国申请No.12/660,200和No.12/660,224的权益。上述申请的内容作为基础并以引用方式全文并入。

发明领域

本申请整体涉及基因修饰生物,特别是在微生物燃料电池中具有改进功能的基因修饰细菌,更特别地涉及具有改进的电力(电子)产生、改进的电子转移、改进的与阳极接触和/或改进的生物膜形成的基因修饰细菌。

发明背景

一些细菌可通过在通常称为呼吸的过程中将电子从诸如葡萄糖的低电势底物转移到诸如分子氧(O2)的高电势电子受体而获得能量。在真核细胞中,线粒体通过氧化和磷酸化的过程(通常称为氧化磷酸化)获得ATP形式的能量。诸如铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的革兰氏阴性细菌在产生能量方面类似于真核生物线粒体发挥作用。铜绿假单胞菌是具有单极生鞭毛的革兰氏阴性杆状细菌。作为人条件致病菌,铜绿假单胞菌同时也是植物的条件致病菌。铜绿假单胞菌能够在4℃至42℃的范围下生长。其可以柴油机燃料和喷气燃料为生,在这种情况下其是碳氢化合物利用微生物。其还可以代谢高含硝酸盐的有机材料。铜绿假单胞菌从无数碳源获得电子并且可在有氧、厌氧和厌氧发酵过程(例如,用精氨酸或丙酮酸)中获得电子。在厌氧生长中,铜绿假单胞菌细胞连续偶联氧化和磷酸化以获得能量。

在微生物燃料电池形式中,微生物向阳极而不是诸如氧、硝酸盐或硫酸盐的天然受体分子提供电子。已证明包括细菌和真菌的各种类型微生物在代谢期间产生电能,但微生物燃料电池最常用的细菌诸如地杆菌属(Geobacter)或希瓦氏菌属(Shewanella)。地杆菌属细胞以一种干扰大表面积生物膜形成的方式响应于高微生物密度。

在微生物燃料电池形式中,微生物的代谢过程产生电子形式的能量,尤其是在厌氧生物膜生长模式中。与利用能量相反,在微生物燃料电池中微生物将来自无数经代谢的底物的电子提供给阳极以通过电路进行转移。该电路输送电流通过负载,所述负载代表待通过电子流执行的工作。所述负载可为发光装置、机械、LCD、电气器具、电池充电器以及许多其他装置。

一般而言,诸如细菌的微生物利用称为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或NAD+的辅酶来从原料或底物接受电子并因此使原料或底物氧化。NAD+从反应物底物切下两个氢原子。NAD+接受该氢原子中的一个从而变成NADH并在该过程中获得电子。氢负离子或阳离子被释放。公式如下所示,其中RH2被氧化,从而将NAD+还原成NADH。RH2可以代表诸如葡萄糖的有机底物或诸如有机废弃物的其他有机物质。

公式1    RH2+NAD+→NADH+H++R

NADH是一种强还原剂,细菌在还原另一底物时用其提供电子。NADH还原另一底物并且同时重新氧化成NAD+。在自然状态中,该另一物质可为氧或硫酸盐。在微生物燃料电池中,该另一物质可为介体或阳极。介体将电子转移到阳极。被阻止从阳极直接移动到阴极的电子,通过外部电路转移到阴极并通过负载执行有用工作。

发明概述

本申请提供用分离的核酸分子稳定转化的转基因微生物细胞,其中该微生物细胞呈现改变的所关注核苷酸序列(基因)表达和改变的产电功效。在这些微生物细胞的一些方面,分离的核酸分子包含表达盒,该表达盒含有与所关注异源核苷酸序列可操作地连接的启动子。所述细胞可呈现改变的所关注异源核苷酸序列表达,例如在细胞中表达新的或不同的多肽。相比于非转基因细胞(通常称为野生型)中所关注核苷酸序列的表达,转基因(突变)细胞中所关注异源核苷酸序列的表达可被增加。在一个方面,启动子选自包含诱导型启动子和组成型启动子的组。所述转基因微生物细胞还可包含第二表达盒。在本发明的一些方面,第一表达盒可包含第二所关注异源核苷酸序列。

在一个实施方案中,分离的核酸分子使所关注内源核苷酸序列中断。在该实施方案的一些方面,将分离的核酸分子的片段从细胞移除并且所述细胞稳定地保持中断的所关注内源核苷酸序列。在一个方面,微生物细胞呈现降低的所关注内源核苷酸序列表达。

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