[发明专利]一种改变通气条件调控产物的多细胞体系及发酵方法

说明书

本发明公开了一种改变通气条件调控产物的多细胞体系及发酵方法；具体所述的多细胞体系包括厌氧的梭状芽孢杆菌属菌株和兼性的克雷伯杆菌属菌株及埃希氏杆菌属菌株，其总有效活菌数占多细胞体系中有效活菌数的97％以上，所述的梭状芽孢杆菌属菌株和克雷伯杆菌属菌株及埃希氏杆菌属菌株的有效活菌数比例为60‑90：5‑40:1‑10。本发明提供了一种在微氧/厌氧条件下发酵性能稳定，耐受性强，可高效转化粗甘油为1,3‑丙二醇、乳酸和丁酸的多细胞体系，通过微生物不同细胞的柔性组合，从细胞尺度上构建不同的多细胞工厂，经过人工控制的重组和优化，重新分配微生物细胞代谢的物质流和能量流，从而高效地制备平台化合物。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，特别涉及一种以粗甘油为底物，通过改变通气条件，柔性调控多细胞体系组成，从而实现不同产物的调控生产。

背景技术

生物炼制是以生物可再生资源为原料生产能源与化工产品的新型工业模式，被认为是创造新的生物基产业的最有发展前景技术。细胞工厂是实现生物化学转化的基础。 然而，自然界中任何一种微生物的酶系种类有限，转化效率与能力有限，不能满足工 业生产的需要。要将微生物改造成用于生物炼制的细胞工厂，必须借助基因组学、系 统生物学和高速计算技术的最新发展，解析微生物的基因、蛋白、网络与代谢过程的 本质，在分子、细胞和生态系统尺度上，多水平、多层次地认识和改造微生物，经过 人工控制的重组和优化，重新分配微生物细胞代谢的物质流和能量流，高效地制备生 物能源和替代石油化工原料的平台化合物(马延和，生物工程学报，2010，26(10)； 1321-1326)。构建高效细胞工厂是生物炼制的核心技术，它的发展将推动生物炼制逐 步取代传统石油炼制，解决人类面临的日趋严峻的能源、资源和环境问题。

本发明通过微生物不同细胞的柔性组合，可从细胞尺度上构建不同的多细胞工厂， 经过人工控制的重组和优化，重新分配微生物细胞代谢的物质流和能量流，高效地制备平台化合物。本发明中涉及到的生物基产品为1,3-丙二醇、乳酸及丁酸，三者在不 同的领域有着广泛的应用。1,3-丙二醇作为一种重要的三碳平台化合物，广泛应用于 工业、食品和医药卫生等领域，同时也是聚酯、聚醚和聚亚安酯等聚合物的合成前体。 在众多聚合物中，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)作为一种新型可降解纤维，早在1998 年，便被美国认定为六大石化新产品之一，随着PTT等新型可降解塑料的市场需求不 断提升，1,3-丙二醇作为其不可或缺的合成前体，市场前景亦是十分广阔。据国际著 名市场调研公司Marketsand Markets公司发布的最新研究报告显示，1,3-丙二醇市场 容量预计在2014-2021年间将以10.4％的年复合增长率增长，在2021年将达到6.21亿 美元。乳酸(Lactic acid)是重要的生物化工产品，广泛用于医药、食品、饮料、化工、 皮革、卷烟工业等领域。乳酸最具前景的应用是以聚乳酸(PLA)为代表的生物材料 领域。作为最有潜力的可生物降解高分子材料，有望代替聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯 等不可降解的塑料，消除“白色污染”，是一种极具应用潜力的生物环保材料。丁酸是 一种重要的合成香料以及其他精细化工产品的原料，主要用于丁酸酯类和纤维素丁酸 酯的合成。