[发明专利]耐热酵母多形汉逊酵母在高温的产乙醇的木糖发酵

说明书

对相关申请的交叉参考

本申请要求2007年12月13日提交的待决美国临时专利申请序列号61/007,477的优先权。美国临时专利申请序列号61/007,477通过参考并入本申请，如同完全重新写入本文。

发明背景

1.发明领域

本文提供的实施方案涉及使用酵母从D-木糖发酵生产乙醇的方法和组合物。

2.背景

微生物的代谢工程通常是商业上产生可用于多种应用的大量化学品的有效手段(例如参见Lee，S.Y.等人，Macromol.Biosci.4：157-164(2004))。已经吸引了许多注意的一种化学品是乙醇。尽管乙醇具有多种用途，但它最通常用作燃料。作为燃料时，乙醇是一种低价产品，其生产成本的大部分归因于原材料的成本。因此，将期望开发从容易获得的廉价起始材料生产乙醇的产乙醇菌(ethanolgens)和发酵方法。这些起始材料可以是例如木质纤维。这些木质纤维可能来自例如，食物的可再生的生物质废水、制浆操作、农业残留物和从城市回收的纸。

木质纤维素是大约30％的D-木糖(参见Ryabova，O.B.等人“ Xylose andCellobiose Fermentation to Ethanol by the Thermotolerant MethylotrophicYeast Hansenula pol

只有相对少量的野生型微生物能够发酵D-木糖。这些微生物通常不适于大规模发酵。这种不利性可能由于以下产生，例如对微生物不熟悉、难以获得微生物、生产率差和/或在粗加工的木质纤维上生长差或当在从生物质(biomass)获得的混合糖类上生长时令人不满意的产率。C.Abbas，“Lignocellulosics to ethanol：meeting ethanol demand in the future(从木质纤维到乙醇：满足未来的乙醇需求)”The Alcohol Textbook(乙醇教科书)，第4版.(K.A.Jacques、T.P.Lyons和D.R.Kelsall编辑).Nottingham UniversityPress，Nottingham，UK，2003，第41-57页；还引用C.Abbas，“Emergingbiorefineries and biotechnological applications of nonconventional yeast：nowand in the future(正在出现的非常见酵母的生物精炼和生物技术应用：现在和未来)”The Alcohol Textbook(乙醇教科书)，第4版.(K.A.Jacques、T.P.Lyons和D.R.Kelsall编辑).Nottingham University Press，Nottingham，United Kingdom，2003，第171-191页。

酵母被认为是用于木糖的乙醇发酵的最有希望的微生物(参见Ryabova，同上)。它们具有比细菌大的细胞，对病毒感染耐受，并易于更耐受来自乙醇的负反馈。而且，已经广泛研究了大量物种的酵母生长和代谢。已知大量酵母天然地发酵D-木糖。这些包括树干毕赤酵母(Pichiastipitis)、休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)和嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)(参见Ryabova，同上；C.Abbas 2003)。已知常见啤酒酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)天然地不发酵D-木糖，但已报道发酵D-木糖的生物改造的大量酿酒酵母菌株。

如图1所示，酵母中的D-木糖代谢已被报道为沿着类似于葡萄糖的经由磷酸戊糖途径的途径进行。D-木糖的碳经糖酵解过程加工为乙醇或经由呼吸TCA循环加工为CO2。

已经提出，D-木糖发酵中牵涉的一个阻碍是将半纤维素的主要成分木聚糖水解为单糖(参见Ryabova，同上)。克服这一阻碍的一种方法是通过使用“同时糖化和发酵”(SSF)。这一工艺中，粗加工的木质纤维素被纤维素酶和半纤维素酶水解，而这一水解产生的己糖和戊糖(包括木糖)被发酵为乙醇。这将允许持续地将糖类转化为乙醇，阻止糖类在培养基中积聚。