[发明专利]重组微生物和其用途

说明书

自产乙醇梭菌(C.autoethanogenum)中的一种立体特异性酶允许将外消旋丙二醇转化为丙酮和/或丙醛。对映异构起始物质产生不同产物。必要时，所述产物可以还原以形成醇。所述反应可以在各种宿主细胞中进行，以便各种物质可以用作碳和/或能量来源。

技术领域

本发明涉及一种将丙-1,2-二醇转化为丙-2-酮和丙醛的酶促反应，和一种通过使底物微生物发酵来产生包括丙醛、丙-2-酮、丙-1-醇和/或丙-2-醇的产物的方法。

背景技术

迄今为止，大多数化学品，例如丙醛、丙-2-酮、丙-1-醇和/或丙-2-醇、丙烯或异丁烯来源于石油化学来源。随着原油全球储备减少和来自发展中国家的需求增加，对石油供应与需求的压力将增长并且替代性生物基化学品正在开发中。使用粮食或非粮食作物产生基于糖或纤维素的原料的生物化学品的当前产生可能具有关于土地利用、粮食安全和供应源波动的缺陷以及环境问题。

丙-2-酮是一种重要溶剂，其在美国的年需求量是2百万公吨/年。丙-2-醇以3百万公吨/年的容量用作用于涂料或工业过程的溶剂。1-丙醇在药物和化妆品的生产中是重要的，并且被视为燃料替代品。异丁烯是一种用于众多化学品的化学结构单元和关键前体。估计全世界对异丁烯的需求已经超过1千万公吨/年并且其市值是250亿美元。

长期以来已经认为，催化过程可以用以将主要由CO和/或CO和氢气(H₂)组成的气体转化为多种燃料和化学品。然而，微生物也可以用以将这些气体转化为燃料和化学品。这些生物过程，尽管一般来说比化学反应更慢，但具有数种优于催化过程的优势，包括更高特异性、更高产率、更低能量成本和更大毒化抗性。

CO是例如煤或石油和石油来源的产物的有机材料不完全燃烧的主要自由能富集副产物。举例来说，澳大利亚的钢铁工业据报告每年产生并且向大气中释放超过500,000吨CO。

微生物生长于作为其唯一碳源的CO上的能力是使用自养生长的乙酰辅酶A(乙酰CoA)生物化学路径(也称为伍德-永达尔(Woods-Ljungdahl)路径)的生物体的性质。包括一氧化碳营养型、光合、产甲烷和产乙酸生物体的多种厌氧生物体已经显示使CO 代谢为各种最终产物，即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸酯和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有此类生物体都产生这些最终产物中的至少两者。

一些微生物，例如丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)或拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)已知在丁醇发酵(ABE或IBE发酵)期间产生丙-2-酮或丙-2-醇作为主要副产物(乔治(George)等人1983)，而丙-1-醇是酵母酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)发酵的副产物(黑泽尔伍德(Hazelwood)等人2008)。然而，所有这些生物体都依赖于基于糖或淀粉的底物。产乙酸生物体，例如紧密相关的微生物自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)、扬氏梭菌(C.ljungdahlii)和拉氏梭菌(C.ragsdalei)能够化学自养地生长于作为唯一能量和碳来源的含CO或CO₂/H₂的气体上并且合成产物，例如乙酸酯、乙醇、丁醇或2,3-丁二醇，但既不合成丙-2-酮也不合成丙-2-醇(穆纳辛格(Munasinghe)和哈那尔(Khanal)2010)。尽管丙-2-酮向丙-2-醇的还原已经显示于产乙酸物质中，但基本原理是未知的(拉马钱德里亚(Ramachandriya)等人2011)。

本发明的目标是提供一种产生丙醛、丙-2-酮、丙-1-醇和/或丙-2-醇或其前体的方法。

发明内容

本发明尤其提供一种将丙-1,2-二醇转化为丙-2-酮和丙醛的酶促反应，和通过微生物发酵(特别是包含CO的底物的微生物发酵)来产生丙醛、丙-2-酮、丙-1-醇和/或丙-2-醇的方法，和此类方法中所用的重组微生物。