[发明专利]一种提高合成气发酵产乙醇含量的突变株和利用突变株的应用

说明书

本发明属于生物技术领域，具体为涉及一种提高合成气发酵产乙醇含量的突变株、突变株的构建以及应用和提高利用基因工程手段获得突变株合成气发酵产乙醇的方法。突变株为食气梭菌中2,3‑丁二醇脱氢酶的缺失或失活的突变。本发明构建的缺失突变体在几乎不影响菌株正常生长的情况下，显著降低了副产物2,3‑丁二醇的产量，以及在总发酵有机溶剂中的比例。以永达尔梭菌为例，2,3‑丁二醇产量由16.6g/L下调到了2.4g/L，乙醇生成基本不受影响。本发明通过基因缺失的方式减少了副产物2,3‑丁二醇在总发酵溶剂中的含量，同时提高了乙醇在总发酵溶剂中的占比，从而使发酵液的分离成本降低，对合成气发酵产燃料乙醇的工业化实施具有重要意义。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体为涉及一种提高合成气发酵产乙醇含量的突变株、突变株的构建以及应用和提高利用基因工程手段获得突变株合成气发酵产乙醇的方法。

背景技术

全球能源危机和环境问题正不断加剧，急需可再生的清洁能源来部分或完全替代传统的化石燃料。乙醇作为一种新型的可再生资源，由于具有辛烷值高、能够减少排放等优点，正受到越来越广泛的关注。燃料乙醇的生产方式主要有生物发酵法和化学合成法两种，考虑到成本及设备要求等问题，生物发酵法特别是合成气发酵，正成为生产乙醇的主流方法之一。

食气梭菌是一类以合成气或工业尾气等富碳气体作为主要碳源，发酵产溶剂的梭菌，主要的发酵产物为乙醇、乙酸和2,3-丁二醇，此外还有少量的乳酸。从代谢通路分析，2,3-丁二醇作为主要副产物，占总产醇量的25％左右，会竞争性地抑制乙醇的生成。

已公开的专利中尚未发现关于对食气梭菌2,3-丁二醇代谢途径改造的研究，而针对调整食气梭菌合成气发酵产物中2,3-丁二醇含量的相关专利，主要关注于提升2,3-丁二醇含量。

例如，CN103582703A公开了一种用于控制2,3-丁二醇生产的发酵方法，利用一种或多种以一氧化碳为营养源的产乙酸细菌，对含一氧化碳或含一氧化碳和氢气的气体底物进行厌氧发酵，通过耗尽底物中的氢气来增加2,3-丁二醇的产率。

又如，CN106507678A公开了一种用于通过利用一氧化碳的产乙酸微生物，在含有CO气体底物的发酵期间，生产和控制丙酮酸盐衍生产物的方法，所述方法涉及改变培养基中维生素混合物各组分的浓度，与2,3-丁二醇产量成正相关的联系。

在专利CN109072245A中公开了一种利用CRISPR/CAS9技术对C1固定菌进行基因工程改造的方法，所述C1固定菌是产乙醇梭菌、永达尔梭菌或拉氏梭菌(Clostridiumragsdalei)。

在食气梭菌中实施基于CRISPR/CAS9基因同框缺失操作技术，先前也已有文章报道(Huang,et al.,CRISPR/Cas9-Based Efficient Genome Editing in Clostridiumljungdahlii,an Autotrophic Gas-Fermenting Bacterium.ACS Synthetic Biology,发表于2016年)。该技术体系与传统工具相比，具有更快速、无需添加抗生素耐药基因、无疤和极效应小等优点。以野生型食气梭菌为出发菌株，本文运用上述方法得到了2,3-丁二醇脱氢酶基因同框缺失的食气梭菌突变菌株。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种提高合成气发酵产乙醇含量的突变株、突变株的构建以及应用和提高利用基因工程手段获得突变株合成气发酵产乙醇的方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种提高合成气发酵产乙醇含量的突变株，突变株为食气梭菌中2,3-丁二醇脱氢酶的缺失或失活的突变。

所述突变株为以食气梭菌为出发菌株，通过基因工程手段阻断其中间代谢产物乙偶姻至2,3-丁二醇的代谢途径，进而所得菌株。