[发明专利]新细菌及其使用方法

说明书

技术领域

本发明广义上涉及气体的微生物发酵领域。更具体地涉及具有提高的通过厌氧发酵含一氧化碳（CO）的底物进行的乙醇生产效率的一类新细菌。

背景技术

乙醇正迅速地成为全球主要的富含氢的液体运输燃料。2005年，全球的乙醇消耗估计为122亿加仑。因为欧洲、日本、美国和几个发展中国家对乙醇的兴趣增加，燃料乙醇工业的全球市场也被预测会在未来急剧增长。

例如，在美国，乙醇被用于生产E10——乙醇在汽油中的10%的混合物。在E10掺混物中，乙醇组分作为氧合剂起作用，提高燃烧效率并且降低空气污染的产生。在巴西，乙醇作为混合在汽油中的氧合剂以及自身即可作为纯燃料，满足了约30%的运输燃料需求。同样，在欧洲，关于温室气体（GHG）排放后果的环境问题已经成为欧盟（EU）为成员国设置消费可持续运输燃料（例如生物质衍生的乙醇）的强制目标的动力。

燃料乙醇的绝大部分是通过传统的基于酵母的发酵方法生产的，所述方法使用源自作物的碳水化合物（例如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉）作为主要的碳源。然而，这些碳水化合物原料的费用受到它们作为人类食物或动物饲料的价值的影响，并且培养用于乙醇生产的产淀粉或蔗糖的作物并不是在所有的地理区域中都是经济上可持续的。因此，需要开发将更低成本的和/或更充足的碳源转变为燃料乙醇的技术。

CO是有机材料（例如煤或者油和油衍生产物）不完全燃烧的主要的、无成本的、富含能量的副产物。例如，有报道称，澳大利亚的钢铁工业每年产生并向大气中排放超过500,000吨CO。

可使用催化方法将主要包含CO和/或CO和氢气（H₂）的气体转变为多种燃料和化学制品。还可以使用微生物将这些气体转变为燃料和化学制品。

微生物将CO作为唯一碳源而生长的能力于1903年首次被发现。后来确定这是使用自养生长的乙酰辅酶A（乙酰CoA）生物化学途径（也被称作Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶（CODH/ACS）途径）的生物的特性。已证明包括一氧化碳营养生物（carboxydotrophic organism）、光合生物（photosynthetic organism）、产甲烷生物（methanogenic organism）和产乙酸生物（acetogenic organism）的大量厌氧生物可将CO代谢为多种终产物，即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸盐和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这样的生物均产生至少两种这些终产物。

已经证明厌氧细菌（例如来自梭菌属（Clostridium）的那些厌氧细菌）可通过乙酰CoA生物化学途径从CO、CO₂和H₂产生乙醇。例如，WO00/68407、EP117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO98/00558和WO02/08438中描述了从气体产生乙醇的多个扬氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）菌株。还已知自产乙醇梭菌（Clostridium autoethanogenum sp）这种细菌从气体产生乙醇（Abrini et al.,Archives of Microbiology161,pp345-351(1994)）。

但是由微生物通过发酵气体进行的乙醇生产一直伴随着乙酸盐（acetate）和/或乙酸的共同产生。因为一些可用的碳被转变为乙酸盐/乙酸而不是乙醇，使用这种发酵方法生产乙醇的效率可能低于所希望的。并且除非所述乙酸盐/乙酸副产物可被用于某些其他目的，否则还将面临废弃物处理的问题。乙酸盐/乙酸可被微生物转变为甲烷，因此可能会增加GHG排放。

存在H₂的条件下微生物发酵CO可导致基本上完全地将碳转变为醇。但是，当没有足够H₂时，一些CO被转变为醇，而很大一部分被转变为CO2，如以下方程式所示：

6CO+3H₂O→C₂H₅OH+4CO₂

12H₂+4CO₂→2C₂H₅OH+6H₂O