[发明专利]一种藻菌共培养发酵体系及用其生产化学品的方法

说明书

一种藻菌共培养发酵体系及用其生产化学品的方法。本发明属于发酵生产领域。本发明为解决现有分批或分批补料发酵生产工艺复杂，周期短，难以实现连续稳定生产的问题。该体系由重组菌与光合自养微生物经发酵培养基共培养而成；所述重组菌为基因工程大肠杆菌。方法：先将重组菌和光合自养微生物分别接种到LB和BG11培养基中，培养至对数生长中后期，取菌液离心，重悬于无菌水中；然后接种到光照反应器中的发酵培养基中进行培养，培养过程中于葡萄糖耗尽后进行补加，持续培养至发酵结束。本发明提供的方法合成周期由100h延长到400h，异戊二烯产量是纯培养的8倍。

技术领域

本发明属于发酵生产领域；具体涉及一种藻菌共培养发酵体系及用其生产化学品的方法。

背景技术

为了实现化工行业的绿色可持续发展，许多燃料和平台化合物已通过发酵法工业化生产。随着生物技术的进一步发展，发酵产品将更多地替代石油基化学品。然而，目前微生物发酵大多采用分批或补料分批的发酵方式，工艺复杂，耗水量大，生产成本高，固定资产投资大。我国发酵工业每年约排放80亿吨废水，占工业总排放量的10％。因此，如果能够开发出连续稳定高效运行的生产方式，对发酵工业具有重要的意义。

光合自养和异养微生物的共培养体系能够在连续发酵模式的建立中起到关键作用。藻菌共培养的研究表明，生态位的互补性和功能的冗余性使共培养系统在面对生物或非生物干扰时具有较高的效率和稳定性。Hays等描述了模式蓝藻聚球藻PCC 7942可以与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌或酿酒酵母在较长时间内保持稳定的共培养状态。通过共培养Scenedesmus sp.D202,好氧菌种BaciLLus sp.D320和Rhodobacter sphaeroides、固氮菌Methanobacteria sp.D422和SpiruLina sp.D11，实现了连续的共生生长，并维持了3.5年。Cong等人工构建了热带假丝酵母与Scenedesmus obLiquus共培养体系。与纯培养体系相比，Scenedesmus obLiquus的生物量和光合活性分别增加了30.3％和61％。假单胞菌相关的GM41菌株与集胞藻PCC6803共培养使得蓝藻生物量增加8倍。Zhang等研究表明与纯培养相比，产油酵母RhodotoruLa gLutinis与微藻ChLoreLLa vuLgaris共培养可使生物量增加17.3％，油脂产量增加70.9％。Shu等通过共培养小球藻和酿酒酵母来增加CO₂固定和产油。因此，光合自养和异养微生物的共培养体系有助于高效、稳定的发酵。

大肠杆菌具有遗传背景清楚，基因操作方便，生长速度快等优势，是用于生物合成和发酵工业的重要菌株。虽然蓝藻、小球藻等光合微生物在自然环境中可以与异样的细菌、真菌共生，但目前还没有蓝藻、小球藻等与大肠杆菌的天然共生关系的报道。在人工共培养体系方面，Hays等描述了以分泌蔗糖的聚球藻PCC 7942为柔性平台，构建了与包括大肠杆菌等异养微生物的共培养体系。然而，这种新型的共培养体系是一种完全光驱动的系统，细胞密度低，产物合成效率低，这限制了其在发酵工业的应用。

化学品生产以异戊二烯为例说明，异戊二烯是合成橡胶的理想原料，95％的异戊二烯产品用于合成橡胶的生产。此外，异戊二烯还可用于生产高质量的航空燃料等。稳定可再生的异戊二烯资源对国家安全和经济发展至关重要。随着石化资源的日益枯竭和全球环境问题的日益加剧，生物异戊二烯将逐渐替代石油基异戊二烯。利用枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、聚球藻和酿酒酵母等的纯培养进行异戊二烯的生物合成已取得了一定的进展。Genencor已经取得了突破，开发出了一种基于大肠杆菌的生产系统，能够生产60g/L的异戊二烯。然而，目前还没有关于共培养发酵生产异戊二烯的报道，因此，如何建立连续稳定生产的发酵体系是生物基化学品生产领域需要解决的关键问题之一。

发明内容

本发明为解决现有分批或分批补料发酵生产工艺复杂，周期短，难以实现连续稳定生产的问题，而提供了一种藻菌共培养发酵体系及用其生产化学品的方法。

本发明的一种藻菌共培养发酵体系由重组菌与光合自养微生物经发酵培养基共培养而成；所述重组菌为基因工程大肠杆菌。