[發明專利]纖維糊精和β-D-葡萄糖的增強型發酵

無效

• 申請號: 201280014458.1
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN103562216A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 詹姆斯·H.·多德納-凱特;威廉·T.·畢森;喬納森·M.·加拉茲卡;趙慧敏;李思進;陳勇秀;河析辰
• 申請（專利權）人: 伊利諾伊大學董事會;加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: C07K14/195
• 分類號: C07K14/195;C07K14/37;C12N9/00;C12N9/90;C12P5/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王程;黎艷

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年1月21日提交的臨時申請61/435,216的權益，其全部內容通過參考引入此處。

技術領域

本發明涉及纖維糊精和β-D-葡萄糖的發酵。具體地，本發明涉及用于纖維糊精和β-D-葡萄糖的發酵的組合物，該組合物包括重組多肽和含有重組核苷酸和多肽的宿主細胞，以及其使用方法。本發明還涉及用于纖維糊精和β-D-葡萄糖的發酵的方法。

ASCII文本的序列表的提交

ASCII文本的提交的內容通過參考其全部內容引入此處：序列表的計算機可讀形式（CRF）（文檔名稱：658012001040SEQLIST.txt，記錄日期：2012年1月11日，大小：61KB）

背景技術

由于對能源安全，可持續發展和全球氣候的改變逐漸關心，人們以開始對生物能源的深入研究。人們認為將植物基材料生物轉化至生物燃料是化石燃料的化學生產的有吸引力的替換。

纖維素，植物的主要成分和地球上最豐富的有機化合物之一，是一種由β（1-4）連接的D-葡萄糖分子的長鏈構成的多糖。由于其糖基組合物，纖維素是用于生產生物燃料的豐富的潛在源材料。例如，糖可以被發酵成生物燃料，例如乙醇。為了使纖維素內的糖用于生產生物燃料，必須將纖維素分解成更小的分子。

纖維素可通過纖維素酶的作用而酶解。纖維素酶包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、和β-葡聚糖苷酶。纖維素酶的作用分開纖維素內的1-4β-D-糖苷鍵，并導致β-D-葡萄糖分子的最終釋放。在纖維素分解為單個糖分子時，可形成不同長度的葡萄糖聚合物，作為中間分解產物。長度約為2-6個分子的葡萄糖聚合物來源于纖維素的水解，稱為“纖維糊精”。

釀酒酵母（Saccharomyces?cerevisiae），也稱為面包酵母，已經幾千年來用于將己糖生物轉化為乙醇。它也是使用最廣泛的微生物，用于將D-葡萄糖發酵成乙醇的大規模工業化的生產中。釀酒酵母是非常合適的候選者，用于將植物基生物質生物轉化為生物燃料。它具有研究的非常好的遺傳學和生理學背景，充分的遺傳工具，和對高濃度乙醇的耐受性高。釀酒酵母的低的發酵pH還可以防止發酵過程中的細菌污染。

近年來，證明了利用釀酒酵母對存在于纖維素水解物中的混合糖進行共同發酵的新方略（Ha?et?al.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.108:504-509,2011;Li?et?al.,Mol.Biosyst.6(11):2129-2132,2010）。這種方法不僅便于纖維二糖和木糖的同時共發酵，而且由于纖維二糖和木糖共發酵的協同作用提高了乙醇的產率和產量。與葡萄糖發酵相比，由工程釀酒酵母（engineered?S.cerevisiae）通過細胞內的水解進行的纖維二糖的發酵具有幾個優點。首先，纖維二糖可以與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，纖維二糖和其他糖的共同使用可提高總的生產率。第三，不需要昂貴的β-葡萄糖苷酶使完整的纖維素降解至葡萄糖。

除了上述優點，該纖維二糖的消耗率遠遠低于葡萄糖的消耗率。此外，在纖維二糖發酵過程中，在培養基中會積累有少量的葡萄糖和纖維糊精纖維三糖和纖維四糖。當細胞內的纖維二糖和葡萄糖的濃度高時，由于β-葡萄糖苷酶的轉糖基作用的活性產生纖維三糖和纖維四糖。這些觀察表明對于工程釀酒酵母的纖維二糖的發酵效率可能存在未知的限制步驟。

本文公開了利用微生物的、用于纖維糊精和β-D-葡萄糖分子的發酵的改進的組合物和方法。

發明內容

本發明的一些實施例滿足該要求，提供具有葡萄糖變旋酶活性的重組多肽、含有編碼具有葡萄糖變旋酶活性的多肽的重組DNA的宿主細胞，以及它們的生產方法和使用。本發明的一些實施例滿足該要求，提供用于纖維糊精和β-D-葡萄糖分子的發酵的方法，用于提高化學品的產量的方法，和用于提高細胞生長率的方法。

在一個實施例中，本發明提供宿主細胞，該宿主細胞包括編碼一種或多種纖維糊精轉運子的重組DNA，和編碼具有葡萄糖變旋酶活性的一種或多種多肽的重組DNA，其中當在含有纖維二糖的培養基中生長時，該宿主細胞比缺乏編碼具有葡萄糖變旋酶活性的一種或多種多肽的重組DNA的相應宿主細胞消耗更多的纖維二糖分子。