[发明专利]用于培养光合细胞的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求2006年10月20日递交的、题目为“培养细胞的系统 和方法”的美国临时专利申请60/862,366的优先权，该申请的全部 内容特别地引入本文作为参考。

技术领域

一般而言，本发明的实施方案涉及在控制的条件下培养光合 细胞的系统和方法。具体而言，本发明的实施方案涉及光合微生 物用于生产产品例如生物燃料的应用。

背景技术

当今世界面临的两个挑战包括正在进行的、使得全球变暖的 二氧化碳环境污染以及世界自然能源例如化石燃料的不断消耗。 化石燃料消耗的增加与二氧化碳空气污染的增加有关联，这存在 难以解决的循环。

例如，估计美国每年化石燃料的燃烧产生17亿吨二氧化碳(参 见美国专利公开2002/0072109)。全球化石燃料消耗产生的二氧化 碳更多，估计在70-80亿吨/年(Marland等2006)。二氧化碳空气污 染的增加能够导致全球变暖，其进一步又能够增加极端天气事件 例如洪水、干旱、热浪、飓风以及龙卷风的发生频率和强度。全 球变暖的其它后果可能包括农业产量的变化、物种灭绝以及疾病 媒介物范围的增加。

已提出二氧化碳修复的方法。例如，美国专利公开 2002/0072109公开了一种原位生物学螯合系统，其能够降低化石 燃料发电装置的排出物中的含碳化合物的浓度。该系统使用光合 微生物，例如藻类和蓝细菌，这些微生物附着在位于日光照射的 密封室中的生长面上。蓝细菌或藻类吸收由化石燃料发电装置产 生的二氧化碳。

至于第二个挑战，增加的全球能量需求导致更多的需要不可 再生的化石燃料能量供给。正在开发可替代的能源。例如，目前 正在种植农产品如玉米、大豆、亚麻籽、油菜籽、甘蔗以及棕榈 油，以用于生物燃料生产。来自于工业例如农业、住房建筑以及 林业的可生物降解的副产品也可以用于生产生物能。例如，麦秆、 木料、粪肥、大米、稻谷壳、污物、可生物降解的废物以及食物 剩余物也可以通过厌氧消化转变为沼气。

还尝试了使用生物生产乙醇的方法。例如，Muller等的美国 专利4,242,455描述了一种连续方法，其中用强无机酸将碳水化合 物聚合物颗粒例如淀粉颗粒和/或纤维素碎屑以及纤维的含水浆 状物酸化以形成可发酵糖。然后用至少二种株系的酵母 (Saccharom yces)将可发酵糖发酵成乙醇。Chibata等的美国专利 4,350,765描述了通过使用固定化的酵母或单胞发酵菌 (Zymomonas)和含发酵糖的营养培养肉汤生产高浓度乙醇的方 法。Arcuri等的美国专利4,413,058描述了一株运动单胞发酵菌 (Zymomonas mobilis)，通过将该微生物置于连续反应器塔中并使 含水糖流通过所述塔以用于生产乙醇。

Hartley等的PCT申请WO/88/09379描述了兼性厌氧嗜热菌株 的应用，这些兼性厌氧嗜热菌株通过发酵包括纤维二糖和戊糖在 内的各种糖来生产乙醇。这些菌株在乳酸脱氢酶中含有突变。结 果，在厌氧条件下通常将产生乳酸盐的这些菌株产生乙醇。

美国公开2002/0042111公开了可用于生产乙醇的遗传改造的 蓝细菌。所述蓝细菌包含一构建体，该构建体含有从单胞发酵菌 质粒pLOI295获得的编码丙酮酸脱羧酶(pdc)和醇脱氢酶(adh)的 DNA片段。

发明内容

本公开的实施方案通过提供用于培养光合细胞的通用和可 控的系统和方法克服现有技术的缺陷。所述系统和方法使得可以 独立控制决定光合微生物的生理特征以及它们有价值的产物的 生产的因素。实施方案还使在所述系统的操作中能量和水的消耗 最小化。