热稳定性Persephonella碳酸酐酶及其用途制造技术

本发明专利技术涉及Persephonella碳酸酐酶在例如从烟道气体、天然气、沼气或环境空气提取CO2中的用途。Persephonella碳酸酐酶由于其极端热稳定性而特别良好地适合于这些目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自Persephonella marina可获得的碳酸酐酶在例如从烟道气体、沼气、天然气(natural gas)或环境空气提取CO2中的用途。本专利技术还涉及用于提取二氧化碳的生物反应器和可用于此类提取工艺的组合物。
技术介绍
二氧化碳(CO2)排放是全球变暖现象的一个主要贡献因素。CO2是一种燃烧副产物，并且它产生操作的、经济的、和环境的问题。CO2排放可以在排放到大气中前通过捕获CO2气体来控制。存在着几种控制CO2排放的化学办法(A.Kohl和R.Nielsen，GasPurification,第 5 版，Gulf Professional Publishing, Houston, TX, 1997)。然而，许多这些办法具有缺点，如高能量消耗、缓慢的过程、和使用生态学可疑的或有毒的化合物。使用碳酸酐酶以非常高的速率(周转率(turnover)是每秒多至IO5个CO2分子)催化CO2转化为碳酸氢盐的能力的基于酶的办法克服了与CO2捕获有关的反应速率和环境问题。使用碳酸酐酶从气体，如燃烧气体或呼吸气体提取CO2的技术方案已经记载于 W02006/089423、US6, 524，842、W02004/007058, W02004/028667, US2004/0029257,US7, 132, 090、W02005/114417, US6, 143, 556、W02004/104160, US2005/0214936、W02008/095057。一般地，这些技术通过使可溶性或固定化的碳酸酐酶与CO2接触来运行，所述CO2可以处于气相或液相。在存在水的情况下，碳酸酐酶催化CO2转化成碳酸氢盐离子，其可以根据介质的P H而进一步质子化或去质子化为碳酸和/或碳酸盐离子。离子可以用来促进利用碳酸氢盐/碳酸盐作为碳源的藻类或微生物的生长，诱导周围介质中的PH变化或供应缓冲能力，提供碳酸氢盐/碳酸盐作为活性剂用于随后的化学过程，或者作为盐碳酸盐沉淀，或者转化回到纯CO2，然后其可以使用(例如在增强的油回收中、用于尿素的生产、用于食物和饮料加工、或者为温室或养殖池供应CO2)、释放(例如自容纳式生命支持环境如潜水艇、航天器、或人工肺)、压缩(例如用于经由管道运输)、或贮存(如在地质学或深海构造或含盐含水层中)。一般地，哺乳动物、植物和原核碳酸酐酶(α和β类CA)在生理学温度(37°C )或更低的温度发挥功能。然而，燃烧气体或溶解它们的液体的温度可以容易超过碳酸酐酶用于捕获CO2的最适温度。使用基于酶的解决方案的缺点之一在于在使含有CO2的气体/具有碳酸酐酶的液体接触前在CO2提取过程中可能需要广泛的冷却，并且冷却是一个能量消耗过程。因此，在要在工业相关条件下使用酶时需要更加热稳定的碳酸酐酶。附图简述附图说明图1是中空纤维膜生物反应器的示意图。数字代表下列特征:1.二氧化碳(CO2)罐；2.氮气(N2)罐；3.质量流控制器(Mass flow controller, MFC) ；4.载体液体忙液器；5.液体泵；6.压力表；7.中空纤维膜模块；8.废物；9.进料气(Feed gas) ；10.洗涤气(Scrubbed gas) ；11.质量流表(MFM) ；12.气体取样阀；13.气相色谱仪；14.进料气入；15.洗涤气出；16.液体入；17.液体出。图2是用于从混合气体提取CO2的一般再循环吸收/解吸过程的示意图。在一般的过程中，富含CO2的进料气(I)进入吸收模块(2)，优选气体进入一端(例如，底部)，在那里它与CO2贫乏的载体液体(3)接触，所述载体液体(3)进入吸收模块，优选在与进料气相反的末端(例如，顶部)进入。已经除去CO2的洗涤气(4)离开吸收模块。富含0)2的载体液体(5)离开吸收模块，并且(任选地)通过温度调节器(例如，热交换器)(6)，之后进入(优选在一端(例如，顶部))解吸模块(7)。对解吸模块应用的热(8)(如由再沸器或直接蒸汽供应)或真空(9)，或这些的组合引起提取的CO2从载体液体释放，并离开(10)解吸模块，(任选地)通过冷凝器(11)以除去载体液体蒸汽，之后压缩和/或使用纯化的CO2气体(12)。CO2贫乏的载体液体离开解吸模块，并且(任选地)通过温度调节器(例如，热交换器)，之后回到吸收模块。可以在工艺中的多个点处，如在指示的位置(13a和13b)处添加消耗的和/或辅助的载体液体组分。可以在工艺中的多个点处，如在指示的位置(14)处自循环液体除去不溶性污染物。图3是克隆质粒C6221的示意图。该图中的缩写在下文描述。“CA”是经密码子优化的碳酸酐酶编码基因。“SP”是来自地衣芽孢杆菌(B.1icheniformis)的α -淀粉酶信号肽。“term”是终止子序列。“Cam”是编码氯霉素乙酰基转移酶的基因。“pel”是用于对宿主细胞基因组的同源重组的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)果胶酸裂合酶基因基因座。“Neo”是卡那霉素抗性基因。“Amp”是β-内酰胺酶基因。“crylllA区”是包含cryIIIA稳定化元件的三重启动子系统。专利技术概述本专利技术的一个方面是源自Persephonella属的细菌的或由Persephonella属的细菌可生成的碳酸酐酶用于自含有二氧化碳的介质提取二氧化碳的用途。本专利技术中使用的碳酸酐酶在55°C以上，优选60°C以上，优选65°C以上，更优选70°C、75°C、80°C、或85°C以上，甚至更优选90°C以上，且最优选高于100°C的温度在IM NaHC03缓冲液pH8.0中15分钟，优选2小时后维持至少30%，优选至少40%，更优选至少50%残余活性。热稳定性碳酸酐酶特别在能够提取从燃烧、或从粗天然气或合成气或沼气或环境空气排放的CO2的生物反应器中使用，此时提取过程中的条件需要酶暴露于高温。然而，酶也可以在不在高温发生的工艺中采用，因为它们于较低的温度，例如0°C、室温(20至25°C )和37°C也维持活性。热稳定性在制造、使用期间，或者在闲置期(例如热仓库中贮存)期间将碳酸酐酶暴露于高温环境(即，其中温度可以超过45°C、50°C或甚至55°C)时也是有用的。使用期间的热稳定性可以包括如下的情况，其中碳酸酐酶在一个温度(例如，451:、501:、551:、601:或651:)实施有用的催化，然后，由于使用过程中的不同阶段，暴露于更高的温度(例如，70°C、75°C、80°C、85°C、90°C、95°C或100°C )，其中它也实施有用的催化，或者保持闲置，直至暴露于工艺的下一阶段，如于更低的温度，其中碳酸酐酶再次实施有用的催化。在这些情况中，碳酸酐酶可能必须经受住在使用过程中重复暴露于较低和较高的温度，因此需要热稳定性碳酸酐酶。在又一个方面，本专利技术提供了一 种组合物，其包含适于固定化的基质和源自Persephonella属的细菌的或由Persephonella属的细菌可生成的碳酸酐酶。在又一个方面，本专利技术提供了一种适于提取二氧化碳的生物反应器。专利技术详述本专利技术的一个方面关注从Persephonella属细菌菌株可获得的或由Persephonella属细菌菌株可生成的碳酸酐酶用于自含有CO2的介质,如气体、液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.24 EP 10173848.2;2010.12.01 EP 10193303.41.可从属于PersephonelIa属的菌株获得的或可由属于PersephonelIa属的菌株生成的碳酸酐酶用于从含有二氧化碳的介质提取二氧化碳的用途。2.依照权利要求1的用途，其中所述碳酸酐酶可从选自下组的菌株获得或可由选白下组的菌株生成:菌种 Persephonella marina、Persephonella hydrogeniphila 或Persephonella guaymasensis 中的一种。3.依照权利要求1或2的用途，其中所述碳酸酐酶可从如下菌株之一获得或可由如下菌株之一生成:Persephonella marina DSM14350、Persephonella hydrogeniphilaDSM15103 或 Persephonella guaymasensis DSM14351。4.依照权利要求1至3中任一项的用途，其中所述碳酸酐酶是 a)源自 Persephonella marina DSM14350 的或可由 Persephonella marina DSM14350生成的；或 b)具有与SEQID NO:2的氨基酸残基20至243或SEQ ID NO:4的氨基酸残基29至251对应的氨基酸序列的多肽；或 c)与SEQID NO: 2的氨基酸残基20至243或SEQ ID NO:4的氨基酸残基29至251至少60%相同的多肽；或 d)(a)、(b)或(c)中具有碳酸酐酶活性的片段；或 e)由核酸序列编码的多肽，所述核酸序列在中等严格性条件下与如下杂交: i)编码SEQID N0:2或SEQ ID NO:4的成熟多肽的多核苷酸序列；或 ii)SEQID NO:1或SEQ ID NO: 3的多核苷酸序列；或 iii)(i)或Qi)中至少100个连续核苷酸的亚序列；或 iv)⑴或(ii)的互补链；或 f)由核酸序列编码的多肽，所述核酸序列由于遗传密码简并性不与SEQID N0:1或SEQID NO:3的多核苷酸序列杂交，但其编码具有依照b)或c)的氨基酸序列的多肽；或 g)由核酸序列编码的多肽，所述核酸序列与SEQID NO:1或SEQ ID NO: 3至少60%相同。5.依照前述权利要求中任一项的用途，其中所述碳酸酐酶在80°C以上的温度15分钟后维持至少50%残余活性。6.依照前述权利要求中任一项的用途，其中所述含有二氧化碳的介质是气体或多相混合物。7.依照权利要求6的用途，其中所述含有二氧化碳的气体或多相混合物通过燃烧发出。8.依照权利要求6的用途，其中所述气体是烟道气体。9.依照权利要求6的用途，其中所述含有二氧化碳的气体或多相混合物是粗天然气或合成气。10.依照权利要求6的用途，其中所述含有二氧化碳的气体或多相混合物是沼气。11.依照权利要求1至5中任一项的用途，其中所述含有二氧化碳的介质是含有碳酸氢盐的液体，而所述二氧化碳提取是碳酸氢盐向二氧化碳的转化。12.依照权利要求11的用途，其中所述含有二氧化碳的介质进一步包含基于胺的化合物。13.依照权利要求12的用途，其中所述基于胺的化合物是Tris或MDEA。14.依照权利要求11至13中任一项的用途，其中所述含有二氧化碳的介质进一步包含HPO广，如 K2HPO4 或 Na2HPO4。15.依照前述权利要求中任一项的用途，其中在55°C_120°C的温度实施所述二氧化碳提取。16.—种用于提取二氧化碳的方法,包括用可从属于Persephonella属的菌株获得的或可由属于Persephonella属的菌株生成的碳酸酐酶处理含有二氧化碳的介质。17.一种分离或合成的多核苷酸，其编码具有碳酸酐酶活性的多肽，其中所述多核苷酸选自下组: a)通过SEQID NO:1的密码子优化获得的多核苷酸，其中经密码子优化的多核苷酸的核苷酸序列与SEQ ID NO:1至少60%相同；或b)具有与SEQID NO:3的核酸残基88至653对应的核苷酸序列的多核苷酸；或 c)与SEQID NO: 3的核酸残基88至653至少85%相同的多核苷酸；或 d)(a)或(b)中编码具有碳酸酐酶活性的多肽的片段。18.—种包含权利要求17的多核苷酸的核酸构建体,所述多核苷酸与指导所述多肽在表达宿主中生成的一个或多个 控制序列可操作连接。19.一种重组表达载体,其包含权利要求18的核酸构建体。20.一种重组宿主细胞，其包含权利要求18的核酸构建体或权利要求19的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS博彻特，
申请(专利权)人：诺维信公司，
类型：
国别省市：