[发明专利]从二氧化碳和水光生物生产丁醇的设计者生物体

摘要

本发明提供一种基于设计者转基因植物、设计者藻类、设计者蓝绿藻(蓝藻(cyanobacteria)和原绿球藻(oxychlorobacteria))或设计者植物细胞的生物安全防护型光生物丁醇生产技术。产生设计者光合生物体以便驯化内源光生物调控机制，且从光合过程获得的还原力(NADPH)和能量(ATP)是用于从二氧化碳(CO2)和水(H2O)直接合成丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。本发明的丁醇生产方法通过避免生物质技术的瓶颈问题完全消除了顽抗性木质纤维素的问题。预期本发明的光生物丁醇生产技术具有比当前技术高得多的太阳能至丁醇能源转换效率，并且也可帮助保护地球环境，避免大气中CO2的危险积聚。

主权项

一种基于细胞分裂可控型设计者转基因光合生物体的生物安全防护型、可切换的光生物生产丁醇的方法，其包括：将转基因光合生物体引入光生物反应器系统中，所述转基因光合生物体包含编码一组酶的转基因，所述酶由诱导型启动子控制表达，所述酶可作用于卡尔文循环的中间产物并将所述中间产物转化为丁醇，其中所述中间产物选自由甘油醛‑3‑磷酸、3‑磷酸甘油酸、果糖‑1,6‑二磷酸和果糖‑6‑磷酸组成的组,其中所述转基因光合生物体包含编码至少一种促进NADPH/NADH转化以增强丁醇光生物生产的酶的DNA构建体,其中所述NADPH/NADH转化是通过两步机制实现：i)使用卡尔文循环的甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶的步骤，其利用NADPH将1,3‑二磷酸甘油酸还原为甘油醛‑3‑磷酸；和ii)使用所述NAD+依赖性甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶的步骤，其在将甘油醛‑3‑磷酸氧化为1,3‑二磷酸甘油酸中产生NADH；在所述光生物反应器中使用从光合水裂解和与质子梯度偶联的电子传递过程获得的、与所述转基因光合生物体有关的还原力NADPH和能量ATP，从二氧化碳和水合成丁醇；和使用丁醇分离方法从所述光生物反应器收集合成的丁醇，其中所述转基因光合生物体经基因工程改造以诱导性地表达另一组设计者酶，所述另一组设计者酶促进叶绿体基质区域中的淀粉降解和糖酵解，并且所述另一组设计者酶包括至少一种选自由下列组成的组的酶：淀粉酶、淀粉磷酸化酶、己糖激酶、磷酸葡萄糖变位酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶、磷酸丙糖异构酶、甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶和其组合；并且其中所述转基因光合生物体是蓝藻。