[发明专利]正丁醛的微生物生产

说明书

本申请要求于2011年11月3日提交的我们共同审理中(copending)的序列号61/555267的美国临时申请的优先权。

发明领域

本发明领域为精细化学品的生产，特别是正丁醛的微生物生产。

发明背景

每年消耗超过一千万公吨含氧化学品用于合成广泛的一系列工业和消费产品，包括增塑剂、防冻剂产品、飞机和跑道除冰产品、溶剂、液压液、涂料、润滑剂、化妆品、精细化学品和药物。当前，用于C₃-C₁₅含氧化学品生产的主导技术为加氢甲酰化，也称为氧化合成或氧化过程。该催化化学过程涉及在高温和高压条件下向烯烃(具有碳-碳双键的碳氢化合物)添加甲酰基和氢原子。丙烯衍生的C₄含氧化学品占全世界含氧化学品消费的将近73%。C₄含氧化学品的生产需要丙烯作为原料，使得该过程不可持续。用于维持当前制造过程所需高温和高压条件的大量能源成本限制了整体能源效率，因此认为其是环境不友好的。

因此，已经开发并且最近也采用了用于使用可再生资源例如糖和纤维素的生物转化生产C₄含氧化学品的新方法。尤其应指出的优点是生物质衍生的底物天然地固定CO₂，导致碳中性的含氧化学品生产过程。

生产含氧化学品的另一途径涉及微生物的代谢工程以生产目的化学品。例如，可培养各种梭菌属(Clostridium)物种(无遗传改变)以生产1-丁醇。然而，所有或几乎所有这些已知的过程需要分离1-丁醇，因此具有高回收成本。所选梭菌属菌株已经经代谢工程改造以提高1-丁醇相对其它产物的表达，然而能够用于调节梭菌属代谢途径的遗传工具的缺乏妨碍了该途径的进展。为了避免梭菌属代谢工程相关的困难，考虑了更好地了解和更易修饰的各种替代微生物物种，尤其包括大肠杆菌(Escherichia coli)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

尽管用梭菌属存在困难，Kouba等在美国专利申请号2012/0209021 (通过引用以其整体结合到本文中)中教导了一种使用重组产溶剂(solventogenic)细菌和重组微生物生产正丁醛的方法。此处，Kouba等描述涉及重组梭菌属的两步法，其中(1)培养重组细菌和(2)发酵终止时从培养基中分离所得的正丁醛。尽管该方法至少概念上合乎需要，然而仍存在一些缺点。尤其是在Kouba系统中正丁醛的收率相对低。

因此，尽管在本领域中已经知道多种生产正丁醛的系统和方法，其全部或几乎全部存在一个或多个缺点。因此，仍存在提供用于微生物生产正丁醛的改善的系统和方法的需要。

发明简述

本发明主题为其中微生物经遗传工程改造以产生正丁醛的微生物、方法和系统。最优选地，这样的生产基于改善的乙酰-CoA从多种糖类特别是葡萄糖代谢转化的摩尔收率。然后使用一系列的酶(优选重组的)缩合如此生产的乙酰-CoA，并随后在多个步骤中将缩合产物还原为正丁醛。还进一步优选减少或消除一种或多种微生物醇脱氢酶以防止正丁醛进一步降解。

在进一步特别优选的方面，当培养微生物时通过鼓泡(sparging)过程回收所产生的正丁醛以达到(a) 前所未有的正丁醛累积收率，(b) 24小时或更短的MCY₅₀，(c) 1.0 g/L或更低的溶解正丁醛浓度，和/或(d)细胞密度净增加超过至少24小时。