[发明专利]纤维糊精和β-D-葡萄糖的增强型发酵

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月21日提交的临时申请61/435,216的权益，其全部内容通过参考引入此处。

技术领域

本发明涉及纤维糊精和β-D-葡萄糖的发酵。具体地，本发明涉及用于纤维糊精和β-D-葡萄糖的发酵的组合物，该组合物包括重组多肽和含有重组核苷酸和多肽的宿主细胞，以及其使用方法。本发明还涉及用于纤维糊精和β-D-葡萄糖的发酵的方法。

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背景技术

由于对能源安全，可持续发展和全球气候的改变逐渐关心，人们以开始对生物能源的深入研究。人们认为将植物基材料生物转化至生物燃料是化石燃料的化学生产的有吸引力的替换。

纤维素，植物的主要成分和地球上最丰富的有机化合物之一，是一种由β（1-4）连接的D-葡萄糖分子的长链构成的多糖。由于其糖基组合物，纤维素是用于生产生物燃料的丰富的潜在源材料。例如，糖可以被发酵成生物燃料，例如乙醇。为了使纤维素内的糖用于生产生物燃料，必须将纤维素分解成更小的分子。

纤维素可通过纤维素酶的作用而酶解。纤维素酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、和β-葡聚糖苷酶。纤维素酶的作用分开纤维素内的1-4β-D-糖苷键，并导致β-D-葡萄糖分子的最终释放。在纤维素分解为单个糖分子时，可形成不同长度的葡萄糖聚合物，作为中间分解产物。长度约为2-6个分子的葡萄糖聚合物来源于纤维素的水解，称为“纤维糊精”。

酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），也称为面包酵母，已经几千年来用于将己糖生物转化为乙醇。它也是使用最广泛的微生物，用于将D-葡萄糖发酵成乙醇的大规模工业化的生产中。酿酒酵母是非常合适的候选者，用于将植物基生物质生物转化为生物燃料。它具有研究的非常好的遗传学和生理学背景，充分的遗传工具，和对高浓度乙醇的耐受性高。酿酒酵母的低的发酵pH还可以防止发酵过程中的细菌污染。

近年来，证明了利用酿酒酵母对存在于纤维素水解物中的混合糖进行共同发酵的新方略（Ha et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.108:504-509,2011;Li et al.,Mol.Biosyst.6(11):2129-2132,2010）。这种方法不仅便于纤维二糖和木糖的同时共发酵，而且由于纤维二糖和木糖共发酵的协同作用提高了乙醇的产率和产量。与葡萄糖发酵相比，由工程酿酒酵母（engineered S.cerevisiae）通过细胞内的水解进行的纤维二糖的发酵具有几个优点。首先，纤维二糖可以与其他糖例如木糖或半乳糖被共同消耗，而不受到葡萄糖的阻遏作用。第二，纤维二糖和其他糖的共同使用可提高总的生产率。第三，不需要昂贵的β-葡萄糖苷酶使完整的纤维素降解至葡萄糖。

除了上述优点，该纤维二糖的消耗率远远低于葡萄糖的消耗率。此外，在纤维二糖发酵过程中，在培养基中会积累有少量的葡萄糖和纤维糊精纤维三糖和纤维四糖。当细胞内的纤维二糖和葡萄糖的浓度高时，由于β-葡萄糖苷酶的转糖基作用的活性产生纤维三糖和纤维四糖。这些观察表明对于工程酿酒酵母的纤维二糖的发酵效率可能存在未知的限制步骤。

本文公开了利用微生物的、用于纤维糊精和β-D-葡萄糖分子的发酵的改进的组合物和方法。

发明内容

本发明的一些实施例满足该要求，提供具有葡萄糖变旋酶活性的重组多肽、含有编码具有葡萄糖变旋酶活性的多肽的重组DNA的宿主细胞，以及它们的生产方法和使用。本发明的一些实施例满足该要求，提供用于纤维糊精和β-D-葡萄糖分子的发酵的方法，用于提高化学品的产量的方法，和用于提高细胞生长率的方法。

在一个实施例中，本发明提供宿主细胞，该宿主细胞包括编码一种或多种纤维糊精转运子的重组DNA，和编码具有葡萄糖变旋酶活性的一种或多种多肽的重组DNA，其中当在含有纤维二糖的培养基中生长时，该宿主细胞比缺乏编码具有葡萄糖变旋酶活性的一种或多种多肽的重组DNA的相应宿主细胞消耗更多的纤维二糖分子。