[发明专利]具有高醇产率的嗜热性意大利热厌氧杆菌marato亚种

说明书

发明领域

本发明涉及属于意大利热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter italicus)的新的分离的水解木聚糖的嗜热细菌细胞(意大利热厌氧杆菌marato亚种(T.italicus subsp.Marato))、包含所述细胞的分离的菌株、产生发酵产物的方法(包括培养所述细胞)，以及所述细胞用于产生发酵产物的用途。

发明背景

产生发酵产物例如乙醇和乳酸的工业面临使生产过程从相对容易转化但昂贵的淀粉质材料的发酵改变成复杂但廉价的木质纤维素生物质(例如木材和来自农作物的残渣例如禾秆)的发酵的挑战。与包含均质且易于水解的聚合物的淀粉不同，木质纤维素生物质(lignocellulosic biomass)包含纤维素(25-53%)、半纤维素(20-35%)、多酚木质素(10-25%)和其它可提取组分。一般地，木质纤维素生物质的利用中的第一步骤是预处理步骤，以分级分离木质纤维素材料的组分和增加其表面积。最常使用的预处理法是酸水解，其中使木质纤维素材料经历酸例如硫酸，由此糖聚合物纤维素和半纤维素被部分或完全水解成它们的组成性糖单体。另一种类型的木质纤维素水解是蒸汽爆破，其包括通过蒸汽注射将木质纤维素材料加热至190-230℃的温度。第三个方法是湿氧化法，其中在150-185℃下用氧处理材料。预处理后可进行酶促水解以完全释放糖单体。该预处理步骤导致纤维素水解成葡萄糖，同时半纤维素被转化成戊糖木糖和阿拉伯糖以及己糖葡萄糖、半乳糖和甘露糖。因此，与淀粉不同，木质纤维素生物质的水解导致除己糖外还有戊糖的释放。这暗示着，有用的发酵生物需要能够将己糖和戊糖都转化成期望的发酵产物例如乙醇。

用于例如乙醇发酵的传统微生物，啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)不代谢戊糖例如木糖和阿拉伯糖，因此，需要广泛的代谢工程来改善对木质纤维素底物的性能。革兰氏阳性嗜热菌具有优于常规乙醇生产菌株的独特有利方面。主要的有利方面是它们的广泛底物特异性和高乙醇天然产量。然而，在高温(55-70℃)下进行的乙醇发酵具有优于嗜常温(mesophilic)发酵的许多有利方面。嗜热发酵的一个有利方面是，在连续培养中污染问题最小化，因为只有少数微生物能够在这样高的温度下在未脱毒的木质纤维素水解产物中生长。

目前，取决于预处理法，通常必须将纤维素酶和半纤维素酶添加至预处理的木质纤维素水解产物中以释放糖单体。这些酶显著地增加了发酵产物的生产成本。然而，许多嗜热革兰氏阳性菌株具有一系列相关的酶并且如果使用嗜热革兰氏阳性菌株，则补充物的添加可变得较便宜。在高温下进行的发酵还具有额外的有利方面：高产率和高底物转化以及便利的产物回收。

木质纤维素水解产物包含抑制剂例如糠醛、酚类和羧酸，其可潜在地抑制发酵生物。因此，发酵生物必须也耐受这些抑制剂。水解产物的抑制作用可通过在发酵之前应用脱毒方法来降低。然而，增加该额外处理步骤显著提高了发酵产物的总成本并且应当优选地避免。例如，已估计，柳树水解产物的超施石灰处理(overliming)使利用大肠杆菌(Escherichia coli)的乙醇生产成本增加22%(Von Sivers等人,1994)。因此，由于脱毒处理的高成本，优选地，微生物能够从未脱毒的半纤维素或全纤维素水解产物产生发酵产物，从而使其可用于基于木质纤维素的工业发酵过程。

如果潜在的微生物能够在高浓度的木质纤维素水解产物即具有高干物质含量的木质纤维素水解产物上生长，那么也是特别有利的。当微生物用于醇生产例如乙醇生产时，这是特别重要的，因为蒸馏成本随着醇浓度的减小而增加。

US 6,555,350描述了能够将戊糖转化成乙醇的热厌氧杆菌菌株。然而，该菌株产生大量乳酸副产品，并且仅在干物质浓度低于6%wt/wt的木质纤维素水解产物中进行了测试。

WO2007134607描述了能够在高浓度未脱毒的水解产物中将戊糖转化成乙醇的热厌氧杆菌菌株BG1。

Kozianowski等人(1997)公开了经分离用于在果胶上生长的意大利热厌氧杆菌菌株。没有证据显示，分离的意大利菌株可在木质纤维素水解产物上良好生长或编码乙酸激酶和乳酸脱氢酶的基因可通过基因修饰除去。

发明目的

本发明的实施方案的一个目的是，提供能够克服上述障碍，特别地乙醇生产中的障碍的微生物。

发明概述

本发明人已发现，意大利热厌氧杆菌的新型亚种意大利热厌氧杆菌Marato亚种能够产生高水平的乙醇和乳酸同时产生低水平的乙酸。