合成气或其他气态碳源和甲醇转化为1,3-丁二醇的方法和有机体技术

一种具有3‑羟基丁酸途径、乙酰乙酸途径、4‑羟基,2‑丁酮途径或3‑氧代丁醛途径的非天然存在的微生物有机体，包括至少一个外源性核酸，所述外源性核酸编码足量表达以生产3‑羟基丁酸、乙酰乙酸、4‑羟基,2‑丁酮或3‑氧代丁醛的3‑羟基丁酸途径、乙酰乙酸途径、4‑羟基,2‑丁酮途径或3‑氧代丁醛途径酶或蛋白。一种用于生产3‑羟基丁酸、乙酰乙酸、4‑羟基,2‑丁酮或3‑氧代丁醛的方法，其包括该非天然存在的微生物在一定条件下培养充足的一段时间以生产3‑羟基丁酸、乙酰乙酸、4‑羟基,2‑丁酮或3‑氧代丁醛。

Methods and Organics for Conversion of Synthetic Gas or Other Gaseous Carbon Sources and Methanol to 1,3-Butanediol

An unnatural microbial organism with 3 hydroxybutyric acid pathway, acetoacetic acid pathway, 4 hydroxyl, 2 butanone pathway or 3 oxybutyraldehyde pathway, including at least one exogenous nucleic acid, the exogenous nucleic acid encodes sufficient expression for the production of 3 hydroxybutyric acid, acetoacetic acid, 4 hydroxy, 2 butanone or 3 oxybutyraldehyde 3 hydroxybutyric acid pathway, acetyl ethyl acetate Acid pathway, 4 hydroxyl, 2 butanone pathway or 3 oxobutyraldehyde pathway enzymes or proteins. A method for producing 3 hydroxybutyric acid, acetoacetic acid, 4 hydroxyl, 2 butanone or 3 oxobutyraldehyde is described. The method includes that the non-natural microorganism is cultured under certain conditions for a sufficient period of time to produce 3 hydroxybutyric acid, acetoacetic acid, 4 hydroxy, 2 butanone or 3 oxobutyraldehyde.

【技术实现步骤摘要】
合成气或其他气态碳源和甲醇转化为1,3-丁二醇的方法和有机体本申请是申请日为2010年11月19日、申请号为201080063593.6、名称为“合成气或其他气态碳源和甲醇转化为1,3-丁二醇的方法和有机体”的专利技术申请的分案。本申请要求2009年12月10日提交的美国临时申请NO.61/285,312的优先权，将其全部内容引用作为参考。专利技术背景本专利技术一般涉及生物合成方法，更具体地涉及在日常化学制品的生产中能够利用碳水化合物、甲醇、合成气体和其他气态碳源的有机体。1,3-丁二醇(1,3-BDO)是一种由乙炔经水合产生的四碳二元醇。得到的乙醛再转化为3-羟基丁醛，随后还原成1,3-BDO。近几年中，乙炔已被较廉价的乙烯取代用作乙醛的来源。1,3-BDO通常用作食物调味剂的有机溶剂。它也是聚氨酯和聚酯类树脂的共聚单体，且广泛地用作降血糖剂。光学活性的1,3-BDO是有用的生物活性化合物和液晶合成的原材料。1,3-丁二醇的另一用途是它的脱水产生1,3-丁二烯(Ichikawa等人，J.MolecularCatalysisA-Chemical，231:181-189(2005)；Ichikawa等人，J.MolecularCatalysisA-Chemical，256:106-112(2006))，一种用于生产合成橡胶(例如轮胎)、乳胶和树脂的化学制品。合成气(syngas)是一种主要为H2和CO的混合物，其可以通过任何有机原料的气化法获得，例如煤、石油、天然气、生物质、或废弃有机物质。已经开发了很多气化方法，最多的设计是基于部分氧化，限制氧以避免有机物质在高温(500-1500℃)下的完全氧化，从而提供0.5:1-3:1H2/CO混合物的合成气。有时增加蒸汽以增加氢含量，典型地伴随水煤气转换反应增加的CO2生产量。工业上最常通过催化合成气组分，CO和H2生产甲醇。当今，煤是工业生产合成气的主要材料，其在传统上用于取暖和电力，以及作为甲醇和液态烃类的Fischer-Tropsch合成的原料。许多大的化学制品和能源公司大范围的采用煤气化法，但在工业上用该技术是昂贵的。此外，事实上在世界任何地方，存在来自过剩的其他材料如生物质、废料、聚合物等的合成气的成本有效的生产技术。使用合成气的好处包括灵活性，因为合成气可以从大多数有机物包括生物质中生产得到。另一个好处是合成气的廉价。此外，我们有已知的在有机体如Clostridiumspp.中有效地利用合成气的途径。尽管在利用合成气有机体的利用率方面，一般的已知有机体不足以具有该特征且不适合商业化发展。例如，Clostridium及其相关细菌是严格厌气菌，其对高浓度的某些产物如丁醇不耐受，从而限制了效价和商业化潜力。Clostridium还产生多种产物，要获得想要的产物时存在分离问题。最后，容易操作梭状芽胞杆菌基因的遗传工具的开发正处于起步阶段；因此，它们不能迅速地顺应基因工程以改善所需产物的产率或生产特征。增加廉价和容易利用的原料的灵活性，同时使化学产物的环境影响最小化是可持续化工的两个目标。原料的灵活性依赖于大范围的材料进入并作为化学制品生产的初始原料利用。无论乙炔还是乙烯，对以石油为基础的原料的依赖保证了基于可再生原料的1,3-丁二醇和丁二烯的合成路线的开发。因此，现在需要开发微生物和它们利用碳水化合物、甲醇、合成气或其他气态碳源生产1,3-丁二醇的方法。本专利技术满足该需求，还提供相关优点。专利技术概要在某些方面，本文公开的实施方式涉及一种具有1,3-丁二醇(1,3-BDO)途径的非天然存在的微生物有机体，所述途径包括至少一个编码足量表达以生产1,3-BDO的1,3-BDO途径酶或蛋白的外源性核酸。该1,3-BDO途径包括甲醇甲基转移酶(MtaB)、类咕啉蛋白(MtaC)、甲基四氢叶酸:类咕啉蛋白甲基转移酶(MtaA)、甲基四氢叶酸:类咕啉蛋白甲基转移酶(AcsE)、类咕啉铁-硫蛋白(AcsD)、镍-蛋白装配蛋白(AcsF&CooC)、铁氧化还原蛋白(Orf7)、乙酰辅酶A合酶(AcsB&AcsC)、一氧化碳脱氢酶(AcsA)、氢化酶(Hyd)、乙酰乙酰辅酶A硫解酶(AtoB)、乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，乙醛形成)、3-氧代丁醛还原酶(酮还原)、3-羟基丁醛还原酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，醇形成)、3-氧代丁醛还原酶(醛还原)、4-羟基,2-丁酮还原酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(酮还原)、3-羟基丁酰辅酶A还原酶(乙醛形成)、3-羟基丁酰辅酶A还原酶(醇形成)、3-羟基丁酰辅酶A转移酶、3-羟基丁酰辅酶A水解酶、3-羟基丁酰辅酶A合成酶、3-羟基丁酸脱氢酶、3-羟基丁酸还原酶、乙酰乙酰辅酶A转移酶、乙酰乙酰辅酶A水解酶、乙酰乙酰辅酶A合成酶或乙酰乙酸还原酶。在某些方面，本文公开的实施方式涉及一种具有1,3-丁二醇(1,3-BDO)途径的非天然存在的微生物有机体，所述途径包括至少一个编码足量表达以生产1,3-BDO的1,3-BDO途径酶或蛋白的外源性核酸。该1,3-BDO途径包括甲酸脱氢酶、甲酰四氢叶酸合成酶、次甲基四氢叶酸酯环水解酶、亚甲基四氢叶酸脱氢酶、亚甲基四氢叶酸还原酶、甲基四氢叶酸:类咕啉蛋白甲基转移酶(AcsE)类咕啉铁-硫蛋白(AcsD)、镍-蛋白装配蛋白(AcsF&CooC)、铁氧化还原蛋白(Orf7)、乙酰辅酶A合酶(AcsB&AcsC)、一氧化碳脱氢酶(AcsA)、氢化酶(Hyd)、乙酰乙酰辅酶A硫解酶(AtoB)、乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，醛形成)、3-氧代丁醛还原酶(酮还原)、3-羟基丁醛还原酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，醇形成)、3-氧代丁醛还原酶(醛还原)、4-羟基,2-丁酮还原酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(酮还原)、3-羟基丁酰辅酶A还原酶(醛形成)、3-羟基丁酰辅酶A还原酶(醇形成)、3-羟基丁酰辅酶A转移酶、3-羟基丁酰辅酶A水解酶、3-羟基丁酰辅酶A合成酶、3-羟基丁酸脱氢酶、3-羟基丁酸还原酶、乙酰乙酰辅酶A转移酶、乙酰乙酰辅酶A水解酶、乙酰乙酰辅酶A合成酶或乙酰乙酸还原酶。在某些方面，本文公开的实施方式涉及一种用于生产1,3-BDO的方法，其包括在条件和足够的时间下培养上述非天然存在微生物有机体以生产1,3-BDO。附图简要说明附图1显示了一个描述Wood-Ljungdahl途径以及乙酸和乙醇的形成途径的图表。能够在合成气中生长的有机体的特征性转化是1)CO脱氢酶，2)氢化酶，3)能量转化氢化酶(ECH)，和4)双功能CO脱氢酶/乙酰辅酶A合酶。附图2显示了完整的Wood-Ljungdahl途径，其能够使气体包括CO、CO2和/或H2转换至乙酰辅酶A，其随后转换至细胞群和产物例如乙醇或乙酸。缩写：10FTHF：10-甲酰四氢叶酸，5MTHF：5-甲基四氢叶酸,，ACTP：乙酰磷酸，CFeSp：类咕啉铁硫蛋白，FOR：甲酸，MeOH：甲醇，METHF：甲基四氢叶酸，MLTHF：次甲基四氢叶酸，THF：四氢叶酸。附图3描述了从乙酰乙酰辅酶A至1,3-丁二醇的途径。酶的步骤是：A)乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，醛形成)，B)3-氧代丁醛还原酶(酮还原)，C)3-羟基丁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非天然存在的微生物有机体，包含具有3‑羟基丁酸途径的微生物有机体，该途径包含至少一个外源性核酸，该外源性核酸编码足量表达以产生3‑羟基丁酸的3‑羟基丁酸途径，所述3‑羟基丁酸途径包含乙酰乙酰辅酶A硫解酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(酮还原)和3‑羟基丁酰辅酶A转移酶、水解酶或合成酶。

【技术特征摘要】
2009.12.10 US 61/285,3121.一种非天然存在的微生物有机体，包含具有3-羟基丁酸途径的微生物有机体，该途径包含至少一个外源性核酸，该外源性核酸编码足量表达以产生3-羟基丁酸的3-羟基丁酸途径，所述3-羟基丁酸途径包含乙酰乙酰辅酶A硫解酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶(酮还原)和3-羟基丁酰辅酶A转移酶、水解酶或合成酶。2.一种非天然存在的微生物有机体，包含具有乙酰乙酸途径的微生物有机体，该途径包含至少一个外源性核酸，该外源性核酸编码足量表达以产生乙酰乙酸的乙酰乙酸途径，所述乙酰乙酸途径包含乙酰乙酰辅酶A硫解酶和乙酰乙酰辅酶A转移酶、水解酶或合成酶。3.如权利要求2所述的非天然存在的微生物有机体，还包含3-羟基丁酸脱氢酶。4.一种非天然存在的微生物有机体，包含具有4-羟基,2-丁酮途径的微生物有机体，该途径包含至少一个外源性核酸，该外源性核酸编码足量表达以产生4-羟基,2-丁酮的4-羟基,2-丁酮途径，所述4-羟基,2-丁酮途径包含乙酰乙酰辅酶A硫解酶和乙酰乙酰辅酶A还原酶(辅酶A依赖，醇形成)。5.一种非天然存在的微生物有机体，包含具有3-氧代丁醛途径的微生物有机体，该途径包含至少一个外源性核酸，该外源性核酸编码足量表达以产...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·P·博加德，M·J·伯克，普里蒂·法克雅，
申请(专利权)人：基因组股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US