[发明专利]表达外源葡糖淀粉酶和木聚糖酶的酿酒酵母菌株及其在生产生物乙醇中的用途

说明书

本发明涉及了基因改造的酿酒酵母菌株，以共表达编码真菌来源的葡糖淀粉酶的基因，编码酿酒酵母糖化变种的葡糖淀粉酶的基因以及编码真菌来源的木聚糖酶的基因。这些菌株的生物乙醇产率高于其他相同的、但不包含编码真菌来源的木聚糖酶的基因的菌株。本发明还涉及获得这些菌株的方法及这些菌株在生产生物乙醇中的用途。

技术领域

本发明涉及基因改造以共表达编码真菌来源和酿酒酵母糖化变体(Saccharomyces cerevisiae var.diastaticus)的葡糖淀粉酶的基因和编码真菌来源的木聚糖酶的基因的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株。这种菌株在生物燃料，尤其是生物乙醇的生产中发现有特别的应用。本发明还涉及获得这些酵母的方法，以及这些酵母在生产生物乙醇中的用途。

发明内容

寻找化石燃料(石油、煤炭、天然气)的替代能源的需求源自不可再生能源的减少和对温室气体排放量上升的关注日益增加。来自森林、农产品或农业食品和/或副产品的植物生物质构成了用于生产工业化分子的重要碳源。从植物中含有的可发酵糖生产的乙醇被用于装配有内燃机的车辆中。近年来生物乙醇的生产获得了快速发展，世界生物乙醇产量在不到10年时间了翻了一倍以上(2007年生产495亿升VS 2016年1020亿升——www.ethanolrfa.org/resources/industry/statistics/，可再生燃料协会)。美国和巴西仍是两个最大的生物乙醇生产国，总产量占全球产量的85％。

所谓的第一代生物乙醇是通过发酵富含淀粉(玉米、大麦、小麦、木薯、马铃薯块茎等粮食)或蔗糖(甘蔗、甜菜、糖高粱等)的生物质中含有的己糖(六碳糖)而产生，而所谓的二代生物乙醇通过农业废弃物(诸如谷物秸秆、玉米棒、森林废弃物、木材、能源作物(诸如柳枝稷)、短轮伐期或超短轮伐期矮林(例如杨木)中含有的纤维素和半纤维素转化得到。

当前，只有第一代生物乙醇以工业规模制备。工业制备包括使用酿酒酵母菌株，其以高的酒精度、生产率和产量将来自生物质的葡萄糖发酵成乙醇。将淀粉转化为生物乙醇的方法涉及预水解并液化生物质淀粉，将液化淀粉转化为可发酵糖(通过淀粉水解)以及将这些糖发酵为乙醇的过程——后两个步骤通常同时进行。淀粉水解需要所谓淀粉水解酶的作用。由于酿酒酵母通常不含此类酶，从由淀粉组成的生物质生产乙醇以两步进行：第一步向生物质添加淀粉分解酶以预水解并液化生物质中含有的淀粉，和第二步使用其它酶(淀粉分解酶、酶混合物、蛋白酶和/或海藻糖酶等)水解液化的淀粉并使用酿酒酵母菌株以发酵由此释放的可发酵糖。

为了简化从由淀粉组成的生物质生产生物乙醇的过程，申请人已经开发了酿酒酵母菌株，其包含整合到其基因组中的外源葡糖淀粉酶基因。这些基因改造的酿酒酵母菌株可同时进行液化淀粉的部分水解和乙醇发酵(WO 2017/037362)。尽管如此改造的酿酒酵母菌株性能有所提高，但仍需要用于生产第一代乙醇的新型、改进的酵母菌株。

发明简述

总体来说，本发明涉及酿酒酵母菌株，其与通常用于生产第一代生物乙醇的专用酵母菌株相比以及与包含整合到其基因组中的外源葡糖淀粉酶基因的酿酒酵母菌株(WO2017/037362)相比，性能得到改进。更具体地，本发明的发明人已经开发了基因改造的酿酒酵母菌株，所述菌株共表达几种异源葡糖淀粉酶基因和异源木聚糖酶基因。特别地，根据本发明的酿酒酵母菌株共表达编码真菌来源的葡糖淀粉酶的基因和编码来自酿酒酵母糖化变种的葡糖淀粉酶的基因，以及真菌来源的木聚糖酶的基因。发明人证明，这些菌株能够水解从生物质提取的液化淀粉，同时有效地发酵了衍生自所述水解的糖。实际上，使用根据本发明所述的酵母菌株使得可以代替在将液化淀粉转化为生物乙醇过程中所需的外源酶的全部或一部分量，并且以比本领域已知菌株的产率更高的产率生产生物乙醇。

因此，根据第一方面，本发明涉及酿酒酵母菌株，其特征在于，其共表达：

-编码真菌来源的木聚糖酶的基因；