[發明專利]甲烷的微生物轉化

在審

• 申請號: 201480056376.2
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN105722985A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: M·E·利茲多姆;M·G·卡柳茲納雅;D·W·格里芬;N·布爾達科斯;P·T·平克斯;L·M·L·勞倫斯
• 申請（專利權）人: 朗澤科技新西蘭有限公司;華盛頓大學商業中心;可持續能源聯盟有限責任公司
• 主分類號: C12P1/00
• 分類號: C12P1/00;C12P7/64;C12P13/04
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 張廣育;孫占華

政府權益

美國政府依據在美國能源部與可持續能源聯盟有限責任公司(國家再生能源實驗室的管理者和操縱者)之間的合同號DE-AC36-08GO28308對本發明具有權益。

本發明是在政府扶持下依據美國能源部援助協議號DE-AR0000350、CFDA號81,135得以完成。政府對本發明有某些權益。

技術領域

本發明涉及一種從含甲烷的原料產生至少一種產物的方法。所述方法包括向包含至少一種嗜甲烷微生物于液體營養培養基中的培養物的生物反應器中提供包含CH₄和O₂的氣態底物，以產生至少一種產物，如脂質和氨基酸。

背景技術

全球能源危機已使人們對制造燃料的替代方法的興趣增大。運輸用生物燃料為汽油的有吸引力的替代物并且作為低濃度共混物快速滲透著燃料市場。源于生物質的生物燃料制造已經出現，作為增加替代能源的產量并且減少溫室氣體排放的主要方法。從生物質制造生物燃料可實現能源獨立性，并且已顯示會增強農村地區的發展與可持續的經濟發展。

傳統的液體生物燃料利用碳水化合物原料，如淀粉、蔗糖、玉米、油菜籽、大豆、棕櫚和植物油。第一代原料受到許多明顯的挑戰。這些碳水化合物原料的成本受其作為人的食物或動物飼料的價值的影響，而栽培淀粉或蔗糖生產作物來制造乙醇并非在所有地域都在經濟上可持續。持續使用這些原料作為生物燃料的來源將不可避免地對可耕地和水資源造成大的壓力。因此，感興趣的是開發將較低成本和/或較富足的碳資源轉化成燃料的技術。

第二代生物燃料為從纖維素和海藻制得的那些。由于快速的生長速率和海藻消耗二氧化碳并產生氧的能力，因此選擇海藻來產生脂質。

還已經證明可以通過含一氧化碳的合成氣的微生物轉化來產生生物燃料。產乙酸細菌，如來自醋桿菌屬、穆爾氏菌屬、梭菌屬、瘤胃球菌屬、醋桿菌屬、真桿菌屬、酪酸桿菌屬、產醋桿菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷八疊球菌屬和脫硫腸狀菌屬的那些可以用于通過一氧化碳和/或氫和二氧化碳的厭氧發酵來產生乙酸、乙酸酯和其它產物如乙醇。這些細菌通過Wood-Ljungdahl路徑(其中乙酰基輔酶A合成酶為關鍵酶)將合成氣轉化成產物。例如，從合成氣產生乙酸酯和乙醇的梭狀桿菌的各種菌株描述于WO00/68407、EP117309、美國專利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO98/00558和WO02/08438中。

一個可見活力增強的領域為構成生物燃料制造所需的原料的脂質的微生物合成。大量研究證明了通過對不同底物如工業甘油、乙酸、污水污泥、去蛋白乳清(wheypermeate)、蔗糖蜜和稻稈水解產物使用油脂酵母來積累脂質的能力。而且，這些第二代生物燃料技術已經遇到由高制造成本以及與原料運輸和存放相關的成本所造成的問題。

甲烷在美國是由人類活動所排出的第二普遍的溫室氣體。雖然甲烷的壽命比二氧化碳短得多，但是其在俘獲輻射方面比二氧化碳更有效，因此在20年的時期內，甲烷對氣候變化的對比影響要比二氧化碳大70倍以上。天然氣和石油系統是甲烷的最大工業來源，接著是由農業和填埋廢棄物產生的那些。利用甲烷/減少排放的現行策略已經集中于使用天然氣中的甲烷，以及從各種工業過程所回收的甲烷，作為可行的燃料來源。

已知各種嗜甲烷細菌遍布自然界，其在好氧條件下能夠組合氧與甲烷以通過酶：甲烷單加氧酶和甲醇脫氫酶來形成甲醛。甲醛然后通過RuMP路徑(I型嗜甲烷菌)或絲氨酸路徑(II型嗜甲烷菌)引入有機化合物中。已經定義了十一種嗜甲烷菌屬，也即甲基球菌屬、甲基單胞菌屬、甲基微菌屬、甲基桿菌屬、甲基暖菌屬、甲基卵菌屬(methylovulum)、甲基海洋分枝桿菌屬(methylomarinum)、甲基海洋生菌屬(methylomarinovum)、甲基熱菌屬、甲基孢囊菌屬和甲基彎曲菌屬。