JP2013531992A - Fatty acid supplementation to improve alcohol productivity - Google Patents
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Abstract
発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸を、生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵培地に加えることができる。脂肪酸の存在下での微生物の増殖速度および発酵性炭素消費の少なくとも一方が、脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および発酵性炭素消費より高い。脂肪酸の添加により、グルコース消費を増加させることができ、微生物のバイオマス生成(細胞増殖/密度)および増殖速度を向上し、それによって、生成時間を短縮し、発酵プロセスの生産性を高めることができる。 Fatty acids derived from biomass in steps during the fermentation process can be added to the fermentation medium containing the recombinant microorganisms that produce the product alcohol. At least one of microbial growth rate and fermentable carbon consumption in the presence of fatty acids is higher than microbial growth rate and fermentable carbon consumption in the absence of fatty acids. Addition of fatty acids can increase glucose consumption, improve microbial biomass production (cell growth / density) and growth rate, thereby shortening production time and increasing productivity of fermentation process .
Description
本出願は、2010年6月18日に出願された米国仮特許出願第61/356,290号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,451号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,436号、2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,444号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,429号;2010年9月2日に出願された米国仮特許出願第61/379,546号;および2011年2月7日に出願された米国仮特許出願第61/440,034号;2011年6月15日に出願された米国特許出願第13/160,766号の利益を主張するものであり;これらの内容全体が全て、参照により本明細書に援用される。 This application is based on US Provisional Patent Application No. 61 / 356,290, filed Jun. 18, 2010; US Provisional Patent Application No. 61 / 368,451, filed Jul. 28, 2010; 2010. US Provisional Patent Application 61 / 368,436, filed July 28, US Provisional Patent Application 61 / 368,444, filed July 28, 2010; filed July 28, 2010 US Provisional Patent Application No. 61 / 368,429; US Provisional Patent Application No. 61 / 379,546, filed September 2, 2010; and US Provisional Patent, filed February 7, 2011. No. 61 / 440,034; claims the benefit of US Patent Application No. 13 / 160,766, filed June 15, 2011; the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Be used in
本出願に関連する配列表は、EFS−Webを介して電子書式で提出され、全体が参照により本明細書に援用される。 The sequence listing relevant to this application is submitted in electronic form via EFS-Web, which is incorporated herein by reference in its entirety.
本発明は、ブタノールなどの発酵アルコールの生成、特に、組み換え微生物の発酵増殖が、発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸の存在下で行われる、向上したアルコール生産性を達成するためのアルコール発酵プロセスに関する。 The present invention is directed to achieving improved alcohol productivity, wherein the production of fermented alcohols such as butanol, in particular, the fermentative growth of recombinant microorganisms, is performed in the presence of fatty acids derived from biomass in a step during the fermentation process. It relates to the alcohol fermentation process.
アルコールには、飲料(すなわち、エタノール)、燃料、試薬、溶媒、および消毒剤などの、産業および科学における様々な用途がある。例えば、ブタノールは、燃料添加剤として、プラスチック産業における原料化学物質として、ならびに食品および香料産業における食品グレードの抽出剤としての使用を含む様々な用途を有する重要な産業用化学物質であるアルコールである。したがって、ブタノールなどのアルコール、ならびに効率的でかつ環境に優しい生成方法に対する高い需要がある。 Alcohol has a variety of industrial and scientific uses, such as beverages (ie, ethanol), fuels, reagents, solvents, and disinfectants. For example, butanol is an alcohol that is an important industrial chemical with a variety of uses, including use as a fuel additive, as a raw chemical in the plastics industry, and as a food grade extractant in the food and fragrance industry . Therefore, there is a high demand for alcohols such as butanol, as well as efficient and environmentally friendly production methods.
微生物による発酵を用いたブタノールなどのアルコールの生成は、1つの環境に優しい生成方法である。酵母などの微生物はアルコール生成物の生成に使用されており、その際、自然に生成されるピルビン酸塩がそれらの生合成経路における出発基質として使用される。ブタノールは、酵母発酵の副生成物として生物学的に生成することができるが、その収率は、通常、非常に低くなり得る。ブタノールなどの所望の生成物の生成を強化するために、酵母は、内因性生合成経路を変化させるかまたは新たな経路を導入する酵素を発現するように、および/または代謝産物の流れを変化させるように内因性酵素の発現を妨げることによって、改変されてきた。細胞のピルビン酸塩を基質として使用する導入される経路には、例えば、ブタノールの異性体を生成するための経路が含まれる。ピルビン酸デカルボキシラーゼの破壊は、ブタノールなどの所望の生成物を生成する経路のためのピルビン酸塩利用性を高めるのに使用されてきた。さらに、1−ブタノール生合成経路(特許文献1)、2−ブタノール生合成経路(特許文献2および3)、およびイソブタノール生合成経路(特許文献4)を発現する組み換え微生物生成宿主が、説明されている。
The production of alcohols such as butanol using fermentation by microorganisms is one environmentally friendly production method. Microorganisms such as yeast are used for the production of alcohol products, in which naturally produced pyruvate is used as the starting substrate in their biosynthetic pathway. Butanol can be produced biologically as a by-product of yeast fermentation, but its yield can usually be very low. To enhance the production of desired products, such as butanol, yeast can alter endogenous biosynthetic pathways or express enzymes that introduce new pathways and / or alter metabolite flow Has been modified by preventing the expression of endogenous enzymes. Introduced pathways using cellular pyruvate as a substrate include, for example, pathways for producing butanol isomers. The destruction of pyruvate decarboxylase has been used to increase pyruvate availability for pathways that produce desired products such as butanol. Further described are recombinant microbial production hosts that express the 1-butanol biosynthetic pathway (Patent Document 1), the 2-butanol biosynthetic pathway (
例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)酵母は、2つの主要なピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子における破壊突然変異によって代謝改変(metabolically engineer)され得る。一般的にPDC1およびPDC5として言及されるこれらの遺伝子は、エタノール生成に直接関わる酵素を生成し、これらの遺伝子の破壊は、増殖に悪影響を与える。ピルビン酸デカルボキシラーゼおよびアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)のノックアウトにより、より少ない脂肪酸を生成するように生合成経路が変化される。脂肪酸は、細胞壁形成に必要とされるため、細胞増殖に必要である。細胞増殖のための脂肪酸の重要性は、例えば、非特許文献1において実証されており、この文献には、脂肪酸合成の公知の阻害剤である抗生物質セルレニンの、細胞増殖に対する影響が記載されている。セルレニンがS.セレヴィシエ(S.cerevisiae)培地に加えられて、増殖の阻害を生じたが、特定の飽和脂肪酸(特に、ミリスチン酸、パルミチン酸またはペンタデカン酸)とともにオレイン酸が加えられた場合、増殖が回復された。 For example, Saccharomyces cerevisiae yeast can be metabolically engineered by disruption mutations in two major pyruvate decarboxylase (PDC) genes. These genes, commonly referred to as PDC1 and PDC5, produce enzymes that are directly involved in ethanol production, and disruption of these genes adversely affects growth. The knockout of pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase (ADH) alters the biosynthetic pathway to produce fewer fatty acids. Fatty acids are required for cell growth because they are required for cell wall formation. The importance of fatty acids for cell growth is demonstrated, for example, in Non-Patent Document 1, which describes the effect of the antibiotic cerulenin, a known inhibitor of fatty acid synthesis, on cell proliferation. Yes. Cerrenin is S. cerevisiae. Added to S. cerevisiae medium, resulting in growth inhibition, but growth was restored when oleic acid was added with certain saturated fatty acids (especially myristic acid, palmitic acid or pentadecanoic acid) .
酵母におけるグルコース代謝は、一般に、グルコースをピルビン酸塩へ、ピルビン酸塩をアセチル−CoAへと転化し、細胞集団へと続く経路をたどる。これに対応して、ピルビン酸塩からアセトアルデヒドへ、アセトアルデヒドからエタノールへの転化またはアセトアルデヒドからアセチル−CoAへ、アセチル−CoAから脂肪酸合成への転化があり得る。組み換え微生物に関して、1つのPDC欠失により、最大増殖が減少されるが、その程度ははるかに低い。1つのみのPDC遺伝子が破壊される場合、他のPDC遺伝子が、炭素を、アセトアルデヒドへと、次に、エタノールおよび酢酸塩へと流れさせるのに十分に活性である。しかしながら、ブタノール生成物が所望される場合、エタノール生成は、基質に対するブタノール生成物収率を低下させる。PDC遺伝子は、ピルビン酸塩をアセトアルデヒドにするのに関与し、PDC1およびPDC5の二重突然変異が、アセトアルデヒドの生成を防ぎ、脂肪酸生合成への経路を変化させ、それによって、細胞増殖を阻害する。 Glucose metabolism in yeast generally follows a pathway that converts glucose to pyruvate and pyruvate to acetyl-CoA, leading to the cell population. Correspondingly, there may be a conversion of pyruvate to acetaldehyde, acetaldehyde to ethanol, or acetaldehyde to acetyl-CoA, and acetyl-CoA to fatty acid synthesis. For recombinant microorganisms, one PDC deletion reduces maximum growth, but to a much lesser extent. If only one PDC gene is destroyed, the other PDC genes are sufficiently active to allow carbon to flow to acetaldehyde and then to ethanol and acetate. However, if a butanol product is desired, ethanol production reduces the butanol product yield relative to the substrate. The PDC gene is involved in converting pyruvate to acetaldehyde, and double mutations in PDC1 and PDC5 prevent the production of acetaldehyde and alter the pathway to fatty acid biosynthesis, thereby inhibiting cell growth .
したがって、微生物による脂肪酸生合成の減少または消失にもかかわらず微生物の増殖速度および/またはバイオマス生成が向上され得る、組み換え微生物を用いた発酵アルコール生成のための方法が依然として必要とされている。以下の実施形態の説明によって明らかになるように、本発明は、さらなる関連した利点を提供する。 Accordingly, there remains a need for methods for producing fermented alcohols using recombinant microorganisms that can improve microbial growth rate and / or biomass production despite the reduction or loss of fatty acid biosynthesis by the microorganism. As will become apparent from the following description of the embodiments, the present invention provides further related advantages.
本発明は、(a)発酵性炭素源から生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵ブロスを提供する工程であって、組み換え微生物が、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む工程と;(b)発酵ブロスを発酵性炭素源と接触させ、それによって、組み換え微生物が発酵性炭素源を消費し、生成物アルコールを生成する工程と;(c)発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸と発酵ブロスを接触させる工程であって、脂肪酸の存在下での組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、脂肪酸がない場合の組み換え微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む方法に関する。さらなる実施形態において、工程(b)および(c)はほぼ同時に行われる。一実施形態において、脂肪酸は、オレイン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、およびそれらの混合物から選択され、別の実施形態において、バイオマスは、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、牧草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物に由来する。さらなる実施形態において、発酵性炭素源はバイオマスに由来する。一実施形態において、生成物アルコールはブタノールであり、別の実施形態において、発酵ブロスは、エタノールをさらに含む。別の実施形態において、組み換え微生物は、1つ以上のピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子欠失を有する。 The invention includes (a) providing a fermentation broth comprising a recombinant microorganism that produces product alcohol from a fermentable carbon source, wherein the recombinant microorganism comprises a reduction or elimination of pyruvate decarboxylase activity; (B) contacting the fermentation broth with a fermentable carbon source, whereby the recombinant microorganism consumes the fermentable carbon source and produces product alcohol; (c) derived from biomass in a step during the fermentation process; A step of contacting a fermentation broth with a fatty acid, wherein (i) the growth rate of the recombinant microorganism in the presence of the fatty acid and (ii) at least one of fermentable carbon consumption is the growth rate of the recombinant microorganism when no fatty acid is present And / or a process comprising higher than fermentable carbon consumption. In a further embodiment, steps (b) and (c) are performed substantially simultaneously. In one embodiment, the fatty acid is selected from oleic acid, palmitic acid, myristic acid, and mixtures thereof, and in another embodiment, the biomass is corn kernels, corn cobs, corn hulls, corn Ingredients from crop residues such as foliage, grass, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw, grass, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soybeans, cereals Derived from cellulosic materials, lignocellulosic materials, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and mixtures thereof. In a further embodiment, the fermentable carbon source is derived from biomass. In one embodiment, the product alcohol is butanol, and in another embodiment, the fermentation broth further comprises ethanol. In another embodiment, the recombinant microorganism has one or more pyruvate decarboxylase (PDC) gene deletions.
本発明は、生成物アルコールを生成するための方法であって:(a)発酵性炭素源および油を含むバイオマスを提供する工程と;(b)油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化して、脂肪酸を含むバイオマスを形成する工程と;(c)発酵性炭素源から生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を含む発酵ブロスとバイオマスを接触させる工程であって、組み換え微生物が、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む工程と;(d)脂肪酸を発酵ブロスと接触させる工程であって、脂肪酸の存在下での組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、脂肪酸がない場合の組み換え微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む方法にも関する。さらなる実施形態において、油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化する工程(b)は、油の一部を脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の物質と油を接触させる工程を含む。一実施形態において、1種以上の物質は1種以上の酵素を含み、別の実施形態において、1種以上の酵素はリパーゼ酵素を含む。さらなる実施形態において、工程(c)の前に、油の少なくとも一部が加水分解された後、1種以上の酵素が失活され得る。一実施形態において、工程(b)、(c)、および(d)のうちの1つ以上が発酵槽中で行われ、別の実施形態において、工程(b)、(c)、および(d)のうちの1つ以上がほぼ同時に行われる。一実施形態において、本方法は、油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化する工程(b)の前に、バイオマスから油を分離する工程をさらに含む。別の実施形態において、本方法は、バイオマスを液化して、液化バイオマスを生成する工程であって、液化バイオマスがオリゴ糖を含む工程と;オリゴ糖を発酵性糖へと転化することが可能な糖化酵素と液化バイオマスを接触させて、糖化されたバイオマスを形成する工程とをさらに含み、工程(c)は、糖化されたバイオマスを、組み換え微生物を含む発酵ブロスと接触させる工程を含む。一実施形態において、脂肪酸は、オレイン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、およびそれらの混合物から選択され、別の実施形態において、バイオマスは、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、牧草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物に由来する。一実施形態において、本方法は、発酵性炭素源を発酵させて、生成物アルコールを生成する工程をさらに含む。一実施形態において、生成物アルコールはブタノールであり、別の実施形態において、発酵ブロスは、エタノールをさらに含む。別の実施形態において、組み換え微生物は、1つ以上のピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子欠失を有する。 The present invention is a method for producing a product alcohol comprising: (a) providing a biomass comprising a fermentable carbon source and an oil; and (b) converting at least a portion of the oil into a fatty acid. Forming a biomass containing fatty acid; and (c) contacting the biomass with a fermentation broth containing a recombinant microorganism capable of producing product alcohol from a fermentable carbon source, wherein the recombinant microorganism is pyrubin. (D) contacting the fatty acid with the fermentation broth, wherein (i) the growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the recombinant microorganism in the presence of the fatty acid; Also relates to a method comprising a growth rate of recombinant microorganisms in the absence of fatty acids and / or a step higher than fermentable carbon consumption. In a further embodiment, the step (b) of converting at least a portion of the oil into fatty acids comprises contacting the oil with one or more substances capable of hydrolyzing a portion of the oil into fatty acids. . In one embodiment, the one or more substances include one or more enzymes, and in another embodiment, the one or more enzymes include a lipase enzyme. In further embodiments, prior to step (c), one or more enzymes may be inactivated after at least a portion of the oil has been hydrolyzed. In one embodiment, one or more of steps (b), (c), and (d) are performed in the fermentor, and in another embodiment, steps (b), (c), and (d) ) At about the same time. In one embodiment, the method further comprises separating the oil from the biomass prior to step (b) of converting at least a portion of the oil into fatty acids. In another embodiment, the method liquefies biomass to produce liquefied biomass, wherein the liquefied biomass includes an oligosaccharide; and the oligosaccharide can be converted into a fermentable sugar. The method further comprises contacting the saccharification enzyme with the liquefied biomass to form saccharified biomass, and step (c) includes contacting the saccharified biomass with a fermentation broth containing a recombinant microorganism. In one embodiment, the fatty acid is selected from oleic acid, palmitic acid, myristic acid, and mixtures thereof, and in another embodiment, the biomass is corn kernels, corn cobs, corn hulls, corn Ingredients from crop residues such as foliage, grass, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw, grass, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soybeans, cereals Derived from cellulosic materials, lignocellulosic materials, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and mixtures thereof. In one embodiment, the method further comprises fermenting the fermentable carbon source to produce a product alcohol. In one embodiment, the product alcohol is butanol, and in another embodiment, the fermentation broth further comprises ethanol. In another embodiment, the recombinant microorganism has one or more pyruvate decarboxylase (PDC) gene deletions.
本発明の別の方法は、生成物アルコールを生成するための方法であって:(a)原料を提供する工程と;(b)前記原料を液化して、原料スラリーを生成する工程と;(c)原料スラリーを分離して、(i)発酵性炭素源を含む水層、(ii)油層、および(iii)固体層を含む生成物を生成する工程と;(d)油層から油を得て、油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化する工程と;(e)(c)の水層を、発酵性炭素源から生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を含む発酵ブロスを含む発酵槽に供給する工程であって、組み換え微生物が、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む工程と;(f)水層の発酵性炭素源を発酵させて、生成物アルコールを生成する工程と;(g)発酵ブロスを脂肪酸と接触させる工程であって、脂肪酸の存在下での組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、脂肪酸がない場合の組み換え微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む方法を含む。さらなる実施形態において、油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化する工程(d)は、油の一部を脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の物質と油を接触させる工程を含む。一実施形態において、1種以上の物質は1種以上の酵素を含み、別の実施形態において、1種以上の酵素はリパーゼ酵素を含む。一実施形態において、脂肪酸は、オレイン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、およびそれらの混合物から選択され、別の実施形態において、バイオマスは、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、牧草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物に由来する。一実施形態において、生成物アルコールはブタノールである。別の実施形態において、組み換え微生物は、1つ以上のピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子欠失を有する。 Another method of the invention is a method for producing a product alcohol: (a) providing a raw material; (b) liquefying the raw material to produce a raw slurry; c) separating the raw slurry to produce a product comprising (i) an aqueous layer comprising a fermentable carbon source, (ii) an oil layer, and (iii) a solid layer; (d) obtaining oil from the oil layer; Converting at least a portion of the oil into fatty acids; and (e) the aqueous layer of (c) comprises a fermentation broth comprising a recombinant microorganism capable of producing product alcohol from a fermentable carbon source Supplying to the fermentor, wherein the recombinant microorganism comprises a decrease or disappearance of pyruvate decarboxylase activity; and (f) fermenting a fermentable carbon source in the aqueous layer to produce a product alcohol. And (g) fermenting broth with fatty acid A step of contacting, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the recombinant microorganism in the presence of fatty acid is a growth rate and / or fermentable carbon of the recombinant microorganism in the absence of fatty acid Including a step higher than consumption. In a further embodiment, the step (d) of converting at least a portion of the oil into fatty acids comprises contacting the oil with one or more substances capable of hydrolyzing a portion of the oil into fatty acids. . In one embodiment, the one or more substances include one or more enzymes, and in another embodiment, the one or more enzymes include a lipase enzyme. In one embodiment, the fatty acid is selected from oleic acid, palmitic acid, myristic acid, and mixtures thereof, and in another embodiment, the biomass is corn kernels, corn cobs, corn hulls, corn Ingredients from crop residues such as foliage, grass, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw, grass, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soybeans, cereals Derived from cellulosic materials, lignocellulosic materials, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and mixtures thereof. In one embodiment, the product alcohol is butanol. In another embodiment, the recombinant microorganism has one or more pyruvate decarboxylase (PDC) gene deletions.
本発明は、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む組み換え微生物と、脂肪酸とを含む組成物にも関する。 The invention also relates to a composition comprising a recombinant microorganism comprising a reduction or elimination of pyruvate decarboxylase activity and a fatty acid.
発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸(例えば、オレイン酸、パルミチン酸、およびそれらの混合物)を、生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵培地に加えることができる。微生物は、酵母または他のアルコール生成微生物であり得る。また、微生物は、1つ以上のPDC遺伝子欠失を有し、および/または減少または消失されたピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有し得る。脂肪酸の添加により、グルコース消費を増加させることができ、微生物のバイオマス生成(細胞増殖)および増殖速度を向上することができる。増殖速度の向上により、生成時間を短縮し、それによって、アルコール発酵プロセスの生産性を高めることができる。 Fatty acids derived from biomass (eg, oleic acid, palmitic acid, and mixtures thereof) in steps during the fermentation process can be added to the fermentation medium containing recombinant microorganisms that produce product alcohol. The microorganism can be a yeast or other alcohol producing microorganism. The microorganism may also have one or more PDC gene deletions and / or have reduced or eliminated pyruvate decarboxylase activity. The addition of fatty acids can increase glucose consumption and improve microbial biomass production (cell growth) and growth rate. By increasing the growth rate, the production time can be shortened, thereby increasing the productivity of the alcohol fermentation process.
ある実施形態において、発酵プロセスにおいて生成物アルコールを生成するための方法が、(a)発酵性炭素源から生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵ブロスを提供する工程と;(b)発酵ブロスを発酵性炭素源と接触させ、それによって、微生物が発酵性炭素源を消費し、生成物アルコールを生成する工程と;(c)発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸と発酵ブロスを接触させる工程であって、脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む。 In certain embodiments, a method for producing product alcohol in a fermentation process comprises (a) providing a fermentation broth comprising a recombinant microorganism that produces product alcohol from a fermentable carbon source; and (b) a fermentation broth. Contacting the fermentable carbon source, whereby the microorganism consumes the fermentable carbon source and produces a product alcohol; (c) fatty acid and fermentation broth derived from biomass in a step during the fermentation process; A step of contacting, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the microorganism in the presence of a fatty acid is greater than the growth rate and / or fermentable carbon consumption of the microorganism in the absence of the fatty acid. High process.
ある実施形態において、脂肪酸は遊離脂肪酸(FFA)である。ある実施形態において、脂肪酸はオレイン酸を含む。ある実施形態において、脂肪酸は飽和脂肪酸を含む。ある実施形態において、脂肪酸はパルミチン酸を含む。ある実施形態において、脂肪酸はミリスチン酸を含む。 In certain embodiments, the fatty acid is free fatty acid (FFA). In certain embodiments, the fatty acid comprises oleic acid. In certain embodiments, the fatty acid comprises a saturated fatty acid. In certain embodiments, the fatty acid comprises palmitic acid. In certain embodiments, the fatty acid comprises myristic acid.
ある実施形態において、生成物アルコールはブタノールである。 In certain embodiments, the product alcohol is butanol.
ある実施形態において、発酵性炭素源はバイオマスに由来する。ある実施形態において、バイオマスはトウモロコシを含み、脂肪酸はトウモロコシ油脂肪酸である。 In certain embodiments, the fermentable carbon source is derived from biomass. In certain embodiments, the biomass comprises corn and the fatty acid is corn oil fatty acid.
ある実施形態において、発酵ブロスは、エタノールをさらに含む。ある実施形態において、本方法は、発酵ブロスをエタノールと接触させる工程をさらに含む。 In certain embodiments, the fermentation broth further comprises ethanol. In certain embodiments, the method further comprises contacting the fermentation broth with ethanol.
ある実施形態において、発酵ブロスを脂肪酸と接触させる工程は、バイオマスに由来するトリグリセリドを、トリグリセリドを遊離脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の酵素と接触させ、それによって、トリグリセリドが遊離脂肪酸へと加水分解される工程と;発酵ブロスを遊離脂肪酸と接触させる工程であって、遊離脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合より高い工程とを含む。ある実施形態において、1種以上の酵素はリパーゼ酵素を含む。 In certain embodiments, the step of contacting the fermentation broth with a fatty acid contacts the triglyceride from the biomass with one or more enzymes capable of hydrolyzing the triglyceride to free fatty acids, thereby freeing the triglycerides. Hydrolyzing into fatty acids; contacting the fermentation broth with free fatty acids, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the microorganism in the presence of free fatty acids is: Higher steps than in the absence of free fatty acids. In certain embodiments, the one or more enzymes comprises a lipase enzyme.
ある実施形態において、組み換え微生物は、1つのピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子欠失を有する。ある実施形態において、組み換え微生物は、2つのPDC遺伝子欠失を有する。ある実施形態において、組み換え微生物は、減少または消失されたピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する。 In certain embodiments, the recombinant microorganism has a single pyruvate decarboxylase (PDC) gene deletion. In certain embodiments, the recombinant microorganism has two PDC gene deletions. In certain embodiments, the recombinant microorganism has reduced or eliminated pyruvate decarboxylase activity.
ある実施形態において、発酵ブロス中の脂肪酸の濃度は、約0.8g/L以下である。 In certain embodiments, the concentration of fatty acid in the fermentation broth is about 0.8 g / L or less.
ある実施形態において、バイオマスの発酵から生成物アルコールを生成するための方法が、(a)水、発酵性炭素源、および所定の量の油を含む水性バイオマス原料流を提供する工程であって、発酵性炭素源および油が両方とも、前記バイオマスに由来する工程と;(b)油の少なくとも一部を遊離脂肪酸へと加水分解して、遊離脂肪酸を含むバイオマス原料流を形成する工程と;(c)発酵培地を、発酵槽中のバイオマス原料流と接触させる工程であって、発酵培地が、生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む工程と;(d)発酵槽中の発酵性炭素源を発酵させて、前記生成物アルコールを生成する工程であって、遊離脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む。 In certain embodiments, a method for producing product alcohol from fermentation of biomass comprises the steps of: (a) providing an aqueous biomass feed stream comprising water, a fermentable carbon source, and a predetermined amount of oil; Both the fermentable carbon source and the oil are derived from said biomass; (b) hydrolyzing at least a portion of the oil into free fatty acids to form a biomass feed stream comprising free fatty acids; c) contacting the fermentation medium with the biomass feedstock stream in the fermentor, wherein the fermentation medium comprises recombinant microorganisms that produce product alcohol; and (d) a fermentable carbon source in the fermentor. Fermenting to produce the product alcohol, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the microorganism in the presence of free fatty acid is free fatty acid And a higher step growth rate and / or fermentable carbon consumption of microorganisms in the absence.
ある実施形態において、油の少なくとも一部を遊離脂肪酸へと加水分解する工程(b)は、油の一部を遊離脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の酵素を含む組成物と油を接触させる工程を含む。ある実施形態において、本方法は、工程(c)の前に、油の少なくとも一部が加水分解された後、1種以上の酵素を失活させる工程をさらに含む。 In certain embodiments, the step (b) of hydrolyzing at least a portion of the oil to free fatty acids comprises a composition comprising one or more enzymes capable of hydrolyzing a portion of the oil to free fatty acids; A step of contacting the oil. In certain embodiments, the method further comprises inactivating one or more enzymes after at least a portion of the oil has been hydrolyzed prior to step (c).
ある実施形態において、水性バイオマス原料流は、粉砕された、分画されていない穀類から形成される液化されたマッシュである。ある実施形態において、粉砕された、分画されていない穀類はトウモロコシであり、油はトウモロコシ油である。 In certain embodiments, the aqueous biomass feed stream is a liquefied mash formed from crushed, unfractionated cereals. In certain embodiments, the ground, unfractionated cereal is corn and the oil is corn oil.
ある実施形態において、生成物アルコールを生成する方法であって、(a)グルコースおよび所定の量のトリグリセリドを含む油を含むバイオマスを提供する工程と;(b)トリグリセリドを遊離脂肪酸へと転化することが可能な1種以上の物質を含む組成物と油を接触させ、それによって、油中のトリグリセリドの少なくとも一部が遊離脂肪酸へと転化される工程と;(c)グルコースを生成物アルコールに転化することが可能な微生物を含む発酵ブロスとバイオマスを接触させ、それによって、生成物アルコールが生成される工程と;(d)遊離脂肪酸を発酵ブロスと接触させる工程であって、遊離脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)グルコース消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および/またはグルコース消費より高い工程とを含む。 In certain embodiments, a method of producing a product alcohol comprising: (a) providing a biomass comprising an oil comprising glucose and a predetermined amount of triglycerides; (b) converting the triglycerides to free fatty acids. Contacting the oil with a composition comprising one or more substances capable of converting, thereby converting at least some of the triglycerides in the oil to free fatty acids; (c) converting glucose to product alcohol Contacting the biomass with a fermentation broth containing microorganisms capable of producing, thereby producing a product alcohol; (d) contacting the free fatty acid with the fermentation broth, in the presence of the free fatty acid. Growth rate of microorganisms when at least one of (i) growth rate and (ii) glucose consumption in the absence of free fatty acids And / or and a higher step than glucose consumption.
ある実施形態において、本方法は、油を1種以上の物質と接触させる工程(b)の前に、バイオマス由来の(a)の油を分離する工程をさらに含む。 In certain embodiments, the method further comprises the step of separating the biomass-derived (a) oil prior to the step (b) of contacting the oil with one or more substances.
ある実施形態において、1種以上の物質を含む組成物と油を接触させる工程(b)は、トリグリセリドを遊離脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の触媒と油を接触させる工程を含む。 In certain embodiments, the step (b) of contacting the oil with a composition comprising one or more substances comprises contacting the oil with one or more catalysts capable of hydrolyzing triglycerides to free fatty acids. Including.
ある実施形態において、1種以上の物質を含む組成物と油を接触させる工程(b)は、トリグリセリドを化学的に反応させることが可能な1種以上の反応剤または溶媒と油を接触させて、遊離脂肪酸を含む反応生成物を得る工程を含む。 In certain embodiments, the step (b) of contacting the oil with a composition comprising one or more substances comprises contacting the oil with one or more reactants or solvents capable of chemically reacting triglycerides. And a step of obtaining a reaction product containing free fatty acids.
ある実施形態において、ブタノールを生成するための方法が、(a)でんぷんおよび油を含むバイオマスを提供する工程であって、油が、所定の量のグリセリドを含む工程と;(b)バイオマスを液化して、液化バイオマスを生成する工程であって、液化バイオマスが、でんぷんから加水分解されるオリゴ糖を含む工程と;(c)工程(a)のバイオマスまたは工程(b)の液化バイオマスを、グリセリドを遊離脂肪酸へと転化することが可能な1種以上の酵素を含む組成物と接触させ、それによって、油中のグリセリドの少なくとも一部が、遊離脂肪酸へと転化される工程と;(d)オリゴ糖を、モノマーグルコースを含む発酵性糖へと転化することが可能な糖化酵素と液化バイオマスを接触させる工程と;(e)液化バイオマスを、発酵性糖をブタノールに転化することが可能な組み換え微生物と接触させ、それによって、ブタノールが生成される工程と;(f)遊離脂肪酸を組み換え微生物と接触させる工程であって、遊離脂肪酸の存在下での組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)グルコース消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合の組み換え微生物の増殖速度および/またはグルコース消費より高い工程とを含む。 In certain embodiments, a method for producing butanol comprises: (a) providing a biomass comprising starch and oil, wherein the oil comprises a predetermined amount of glycerides; and (b) liquefying the biomass. A step of producing liquefied biomass, wherein the liquefied biomass includes an oligosaccharide hydrolyzed from starch; (c) the biomass of step (a) or the liquefied biomass of step (b), Contacting with a composition comprising one or more enzymes capable of being converted to free fatty acids, whereby at least some of the glycerides in the oil are converted to free fatty acids; (d) Contacting the liquefied biomass with a saccharification enzyme capable of converting an oligosaccharide into a fermentable sugar containing monomeric glucose; (e) fermenting the liquefied biomass Contacting sugar with a recombinant microorganism capable of converting sugar to butanol, thereby producing butanol; (f) contacting free fatty acid with the recombinant microorganism in the presence of free fatty acid; A step in which at least one of (i) growth rate and (ii) glucose consumption of the recombinant microorganism is higher than the growth rate and / or glucose consumption of the recombinant microorganism in the absence of free fatty acids.
ある実施形態において、原料から生成物アルコールを生成する発酵プロセスは、(a)前記原料を液化して、原料スラリーを生成する工程と;(b)原料スラリーを遠心分離して、(i)グルコースを含む水層、(ii)グリセリドを含む油層、および(iii)固体層を含む遠心分離生成物を生成する工程と;(c)グリセリドの少なくとも一部を遊離脂肪酸へと加水分解する工程と;(d)(b)の水層を、グルコースから生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を含む発酵ブロスを含む発酵槽に供給する工程と;(e)水層のグルコースを発酵させて、生成物アルコールを生成する工程と;(f)発酵ブロスを遊離脂肪酸と接触させる工程であって、遊離脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)グルコース消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および/またはグルコース消費より高い工程とを含む。 In one embodiment, the fermentation process for producing product alcohol from a raw material comprises: (a) liquefying the raw material to produce a raw slurry; (b) centrifuging the raw slurry, and (i) glucose An aqueous layer comprising: (ii) an oil layer comprising glycerides; and (iii) producing a centrifuged product comprising a solid layer; (c) hydrolyzing at least a portion of the glycerides to free fatty acids; (D) supplying the aqueous layer of (b) to a fermentor containing a fermentation broth containing a recombinant microorganism capable of producing product alcohol from glucose; (e) fermenting the glucose in the aqueous layer; Producing a product alcohol; and (f) contacting the fermentation broth with free fatty acid, wherein (i) the growth rate and (ii) of the microorganism in the presence of the free fatty acid. At least one of the courses consumption, and a higher growth rate and / or glucose consumption of microorganisms in the absence of free fatty acid process.
ある実施形態において、原料から生成物アルコールを生成するための方法は、グリセリドを加水分解する工程の前に、グリセリドを発酵槽に供給する工程をさらに含む。 In certain embodiments, the method for producing product alcohol from a feedstock further comprises supplying glyceride to the fermentor prior to hydrolyzing the glyceride.
ある実施形態において、発酵プロセスは、(a)発酵性炭素源から生成物アルコールを生成する組み換え微生物、発酵性炭素源、生成物アルコール、およびバイオマスに由来する油を含む発酵ブロスを提供する工程であって、油がグリセリドを含む工程と;(b)発酵ブロスを第1の抽出剤と接触させて、水相および有機相を含む二相混合物を形成する工程であって、生成物アルコールおよび油が、有機相中に分離して、生成物アルコール含有有機相を形成する工程と;(c)生成物アルコール含有有機相を水相から分離する工程と;(d)生成物アルコールを有機相から分離して、希薄な(lean)有機相を生成する工程と;(e)希薄な有機相を、グリセリドを遊離脂肪酸へと加水分解することが可能な1種以上の触媒を含む組成物と接触させて、第1の抽出剤の少なくとも一部および遊離脂肪酸を含む第2の抽出剤を生成する工程と;(f)発酵ブロスを、工程(e)の第2の抽出剤と接触させることによって工程(b)を繰り返す工程であって、遊離脂肪酸の存在下での微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、遊離脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費より高い工程とを含む。 In certain embodiments, the fermentation process comprises (a) providing a fermentation broth comprising a recombinant microorganism that produces product alcohol from a fermentable carbon source, a fermentable carbon source, product alcohol, and oil derived from biomass. Wherein the oil comprises a glyceride; (b) contacting the fermentation broth with a first extractant to form a two-phase mixture comprising an aqueous phase and an organic phase, wherein the product alcohol and oil Separating in the organic phase to form a product alcohol-containing organic phase; (c) separating the product alcohol-containing organic phase from the aqueous phase; and (d) removing the product alcohol from the organic phase. Separating to produce a lean organic phase; (e) a composition comprising one or more catalysts capable of hydrolyzing the dilute organic phase into glycerides into free fatty acids; Contacting to produce a second extractant comprising at least a portion of the first extractant and free fatty acids; (f) contacting the fermentation broth with the second extractant of step (e). Repeating step (b), wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption in the presence of free fatty acids is the growth rate of the microorganisms in the absence of free fatty acids and And / or higher than fermentable carbon consumption.
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明を例示し、さらに、本明細書とともに、本発明の原理を説明し、関連技術分野の当業者が本発明を行い、使用できるようにする働きを果たす。 The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the invention and, together with the description, explain the principles of the invention and allow those skilled in the relevant art to understand the invention. And make it available for use.
特に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾が生じた場合、定義を含めて本出願が優先するものとする。また、文脈上異なる解釈を要する場合を除き、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むものとする。本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および他の参照文献は、あらゆる目的のために、全体が参照により本明細書に援用される。 Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present application, including definitions, will control. Also, unless otherwise required by context, singular terms shall include pluralities and plural terms shall include the singular. All publications, patents, and other references mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.
本発明をさらに定義するために、以下の用語および定義が、本明細書において提供される。 In order to further define the invention, the following terms and definitions are provided herein.
本明細書において使用される際の「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(has)」、「有する(having)」、「含有する(contains)」、または「含有する(containing)」という用語、またはそれらの任意の他の活用形は、記載される整数または整数の群を包含するが、任意の他の整数または整数の群を除外しないことを意味することが理解されよう。例えば、要素の列挙を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかあるいはこのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を指す。例えば、条件AまたはBは、以下のうちの1つによって満たされる:Aが真であり(または存在する)かつBが偽である(または存在しない)、Aが偽であり(または存在しない)かつBが真である(または存在する)、AおよびBの両方とも真である(または存在する)。 As used herein, “comprises”, “comprising”, “includes”, “including”, “has”, “having” , “Contains”, or “containing”, or any other conjugation thereof, includes the integer or group of integers described, but any other integer or It will be understood that it means not to exclude groups of integers. For example, a composition, mixture, process, method, article, or device that includes an enumeration of elements is not necessarily limited to only those elements, and is not explicitly listed or such a composition, It may include mixtures, processes, methods, articles, or other elements specific to the device. Further, unless expressly stated to the contrary, “or” refers to an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. For example, condition A or B is satisfied by one of the following: A is true (or exists) and B is false (or does not exist), A is false (or does not exist) And B is true (or exists), both A and B are true (or exist).
また、本発明の要素または構成要素の前にある不定冠詞「a」および「an」は、事例の数、すなわち、要素または構成要素の出現の数に関して限定されないことが意図される。したがって、「a」または「an」は、1つまたは少なくとも1つを含むものと読まれるべきであり、要素または構成要素の単数語形は、数値が単数であることを明白に意味しない限り、複数も含む。 Also, the indefinite articles “a” and “an” preceding an element or component of the invention are not intended to be limited regarding the number of instances, ie, the number of occurrences of the element or component. Thus, “a” or “an” should be read to include one or at least one, and the singular form of an element or component is plural unless the number is explicitly meant to be singular. Including.
本明細書において使用される際の「発明」または「本発明」の用語は、非限定的な用語であり、特定の発明の任意の1つの実施形態を指すことは意図されず、本出願に記載される考えられる全ての実施形態を包含する。 The terms “invention” or “invention” as used herein are non-limiting terms and are not intended to refer to any one embodiment of a particular invention, Includes all possible embodiments described.
本明細書において使用される際の、用いられる本発明の成分または反応剤の量を修飾する「約」という用語は、例えば、現実の世界で濃縮物または溶液を作製するのに使用される典型的な測定および液体処理手順によって;これらの手順における不注意による誤りによって;組成物を作製するかまたは方法を行うのに用いられる成分の製造、供給源、または純度の差などによって起こり得る数量の変動を指す。「約」という用語は、特定の初期混合物から得られる組成物のための平衡条件が異なるために異なる量も包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲は、量に対する均等物を含む。一実施形態において、「約」という用語は、報告される数値の10%以内、あるいは報告される数値の5%以内を意味する。 As used herein, the term “about”, which modifies the amount of the inventive component or reactant used, is typical of, for example, used to make concentrates or solutions in the real world. Due to physical measurements and liquid processing procedures; due to inadvertent errors in these procedures; the quantity of components that can occur due to differences in the manufacture, source, or purity of the components used to make the composition or perform the method Refers to fluctuations. The term “about” encompasses different amounts due to different equilibrium conditions for compositions obtained from a particular initial mixture. Whether or not modified by the term “about”, the claims include equivalents to the quantities. In one embodiment, the term “about” means within 10% of the reported numerical value, or within 5% of the reported numerical value.
本明細書において使用される際の「バイオマス」は、トウモロコシ、サトウキビ、小麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料ならびにセルロース、ヘミセルロース、リグニン、でんぷん、オリゴ糖、二糖類および/または単糖類、およびそれらの混合物を含む材料などの天然資源に由来する任意の糖類およびでんぷんを含む発酵性糖を提供する加水分解性多糖類を含有する天然産物を指す。バイオマスは、タンパク質および/または脂質などのさらなる成分も含み得る。バイオマスは、1つの供給源に由来してもよく、またはバイオマスは、2つ以上の供給源に由来する混合物を含み得る。例えば、バイオマスは、トウモロコシの穂軸とトウモロコシの茎葉との混合物、または草と葉との混合物を含み得る。バイオマスとしては、以下に限定はされないが、バイオエネルギー作物、農業残渣、都市固形廃棄物、産業固形廃棄物、製紙からの汚泥、庭ごみ、木くずおよび林業廃棄物が挙げられる。バイオマスの例としては、以下に限定はされないが、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、牧草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物が挙げられる。例えば、マッシュ、絞り汁、糖蜜、または加水分解物が、粉砕、処理、および/または液化などによる発酵のためのバイオマスを処理するための当該技術分野において公知の任意の処理によって、バイオマスから形成され得、発酵性糖を含み、水を含み得る。例えば、セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスは、当業者に公知の任意の方法によって発酵性糖を含有する加水分解物を得るように処理され得る。低アンモニア前処理が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0031918A1号明細書に開示されている。セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスの酵素的糖化は、通常、セルロースおよびヘミセルロースを分解して、グルコース、キシロース、およびアラビノースを含む糖類を含有する加水分解物を生成するために酵素群(consortium)を利用する。(セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスに適した糖化酵素は、Lynd,et al.(Microbiol.Mol.Biol.Rev.66:506−577,2002)に概説されている。 “Biomass” as used herein refers to corn, sugarcane, wheat, cellulosic or lignocellulosic materials and cellulose, hemicellulose, lignin, starch, oligosaccharides, disaccharides and / or monosaccharides, and their It refers to natural products containing hydrolyzable polysaccharides that provide any saccharides derived from natural resources such as materials including mixtures and fermentable sugars including starch. Biomass can also include additional components such as proteins and / or lipids. The biomass may be derived from one source, or the biomass may include a mixture derived from two or more sources. For example, the biomass may comprise a mixture of corn cobs and corn stover, or a mixture of grass and leaves. Biomass includes, but is not limited to, bioenergy crops, agricultural residues, municipal solid waste, industrial solid waste, sludge from papermaking, garden waste, wood waste and forestry waste. Examples of biomass include, but are not limited to, corn kernels, corn cobs, corn hulls, crop residues such as corn stover, grass, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw , Grass, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soy, ingredients obtained from grinding grains, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits , Flowers, animal manure, and mixtures thereof. For example, mash, juice, molasses, or hydrolyzate is formed from the biomass by any process known in the art for processing biomass for fermentation, such as by grinding, processing, and / or liquefaction. And contains fermentable sugars and may contain water. For example, cellulosic and / or lignocellulosic biomass can be treated to obtain a hydrolyzate containing fermentable sugars by any method known to those skilled in the art. Low ammonia pretreatment is disclosed in US Patent Application Publication No. 2007/0031918 A1, which is incorporated herein by reference. Enzymatic saccharification of cellulosic and / or lignocellulosic biomass typically involves the degradation of cellulose and hemicellulose to produce hydrolysates containing sugars including glucose, xylose, and arabinose. Is used. (Saccharifying enzymes suitable for cellulosic and / or lignocellulosic biomass are reviewed in Lynd, et al. (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66: 506-577, 2002).
マッシュ、絞り汁、糖蜜、または加水分解物は、本明細書に記載される原料12および原料スラリー16を含み得る。水性原料流が、粉砕、処理、および/または液化などによる発酵のためのバイオマスを処理するための当該技術分野において公知の任意の処理によって、バイオマスから誘導または形成され得、発酵性炭素基質(例えば、糖)を含み、水を含み得る。水性原料流が、本明細書に記載される原料12および原料スラリー16を含み得る。
The mash, juice, molasses, or hydrolyzate can include the
本明細書において使用される際の「バイオマス生成」は、微生物の発酵前の培養中または微生物の発酵増殖中などの微生物のバイオマス生成(すなわち、細胞バイオマス生成または細胞増殖)を指す。 “Biomass production” as used herein refers to microbial biomass production (ie, cell biomass production or cell growth), such as during culturing prior to microbial fermentation or during microbial fermentative growth.
本明細書において使用される際の「原料」は、発酵プロセスにおける原料であって、非溶解固体を含むかまたは含まずに発酵性炭素源を含有し、該当する場合、発酵性炭素源がでんぷんから遊離されたかあるいは液化、糖化、または他のプロセスなどによるさらなる処理によって複合糖類を分解することから得られる前または後に発酵性炭素源を含有する原料を意味する。原料は、バイオマスを含むかまたはバイオマスに由来する。好適な原料としては、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、サトウキビ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物が挙げられる。 As used herein, “raw material” is a raw material in a fermentation process that contains a fermentable carbon source with or without undissolved solids, and where applicable, the fermentable carbon source is starch. Means a raw material that contains a fermentable carbon source either before or after it has been released from or obtained from the decomposition of complex saccharides by further processing, such as by liquefaction, saccharification, or other processes. The raw material includes or is derived from biomass. Suitable raw materials include, but are not limited to, rye, wheat, corn, sugar cane, barley, cellulosic materials, lignocellulosic materials, or mixtures thereof.
本明細書において使用される際の「発酵ブロス」は、水と、糖類と、溶解固体と、任意にアルコールを生成する微生物と、生成物アルコールと、存在する微生物による、アルコール、水、および二酸化炭素(CO2)への糖類の反応によって生成物アルコールが作製される発酵槽中に保持される材料の全ての他の成分との混合物を意味する。場合により、本明細書において使用される際の「発酵培地」および「発酵された混合物」という用語は、「発酵ブロス」と同義に使用することができる。 As used herein, “fermentation broth” refers to alcohol, water, and dioxide by water, sugars, dissolved solids, optionally microorganisms that produce alcohol, product alcohol, and microorganisms present. It means a mixture of all other components of the material to be retained in the fermentation vessel where the product alcohol is produced by reaction of a saccharide to a carbon (CO 2). Optionally, the terms “fermentation medium” and “fermented mixture” as used herein can be used interchangeably with “fermentation broth”.
本明細書において使用される際の「発酵性炭素源」または「発酵性炭素基質」は、発酵アルコールを生成するための、本明細書に開示される微生物によって代謝される(または「消費される」)ことが可能な炭素源を意味する。好適な発酵性炭素源としては、以下に限定はされないが、グルコースまたはフルクトースなどの単糖類;ラクトースまたはスクロースなどの二糖類;オリゴ糖;でんぷんまたはセルロースなどの多糖類;キシロースおよびアラビノースなどのC5糖類;メタンを含む一炭素基質;およびそれらの混合物が挙げられる。本明細書において使用される際の「消費される」という用語は、化合物、例えば、グルコースなどの有機化合物が、細胞に由来する酵素の作用によって分解されることで、細胞によって使用され得るエネルギーが生成されるプロセスを含む。 A “fermentable carbon source” or “fermentable carbon substrate” as used herein is metabolized (or “consumed” by the microorganisms disclosed herein to produce fermented alcohol. ") Means a carbon source capable of. Suitable fermentable carbon sources include, but are not limited to, monosaccharides such as glucose or fructose; disaccharides such as lactose or sucrose; oligosaccharides; polysaccharides such as starch or cellulose; C5 saccharides such as xylose and arabinose. Monocarbon substrates containing methane; and mixtures thereof. As used herein, the term “consumed” means that a compound, for example an organic compound such as glucose, is broken down by the action of an enzyme derived from the cell, thereby increasing the energy that can be used by the cell. Includes generated processes.
本明細書において使用される際の「発酵性糖」は、発酵アルコールを生成するための、本明細書に開示される微生物によって代謝される(または「消費される」)ことが可能な1種以上の糖類を指す。 A “fermentable sugar” as used herein is one species that can be metabolized (or “consumed”) by the microorganisms disclosed herein to produce fermented alcohol. It refers to the above sugars.
本明細書において使用される際の「発酵槽」は、発酵反応が行われ、それによって、ブタノールなどの生成物アルコールが糖類から作製される槽を意味する。 A “fermentor” as used herein means a tank in which a fermentation reaction takes place, whereby a product alcohol such as butanol is made from sugars.
本明細書において使用される際の「液化槽」は、液化が行われる槽を意味する。液化は、オリゴ糖が原料から遊離されるプロセスである。原料がトウモロコシである、ある実施形態において、オリゴ糖は、液化中にトウモロコシでんぷん含有物から遊離される。 As used herein, “liquefaction tank” means a tank in which liquefaction is performed. Liquefaction is a process in which oligosaccharides are released from raw materials. In certain embodiments where the feedstock is corn, the oligosaccharide is released from the corn starch content during liquefaction.
本明細書において使用される際の「糖化槽」は、糖化(すなわち、オリゴ糖の単糖類への分解)が行われる槽を意味する。発酵および糖化が同時に行われる場合、糖化槽および発酵槽は、同じ槽であってもよい。 As used herein, “saccharification tank” means a tank in which saccharification (ie, decomposition of oligosaccharides into monosaccharides) takes place. When fermentation and saccharification are performed simultaneously, the saccharification tank and the fermentation tank may be the same tank.
本明細書において使用される際の「糖」は、オリゴ糖、二糖類、単糖類、および/またはそれらの混合物を指す。「糖」という用語は、でんぷん、デキストラン、グリコーゲン、セルロース、ペントサン、ならびに糖類を含む炭水化物も含む。 “Sugar” as used herein refers to oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, and / or mixtures thereof. The term “sugar” also includes starch, dextran, glycogen, cellulose, pentosan, and carbohydrates including sugars.
本明細書において使用される際の「糖化酵素」は、多糖類および/またはオリゴ糖、例えば、グリコーゲン、またはでんぷんのα−1,4−グルコシド結合を加水分解することが可能な1種以上の酵素を意味する。糖化酵素は、セルロース系またはリグノセルロース系材料を加水分解することが可能な酵素も含み得る。 As used herein, a “saccharifying enzyme” refers to one or more polysaccharides and / or oligosaccharides such as glycogen or starch that can hydrolyze α-1,4-glucoside bonds. Means an enzyme. Saccharifying enzymes may also include enzymes capable of hydrolyzing cellulosic or lignocellulosic materials.
本明細書において使用される際の「非溶解固体」は、原料の非発酵性部分、例えば、胚芽、繊維、およびグルテンを意味する。 As used herein, “non-dissolved solid” means non-fermentable portions of raw materials, such as germs, fibers, and gluten.
本明細書において使用される際の「生成物アルコール」は、発酵性炭素基質の供給源としてバイオマスを用いる発酵プロセスにおいて微生物によって生成され得る任意のアルコールを指す。生成物アルコールとしては、以下に限定はされないが、C1〜C8のアルキルアルコールが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールはC2〜C8のアルキルアルコールである。他の実施形態において、生成物アルコールはC2〜C5のアルキルアルコールである。C1〜C8のアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびペンタノールが挙げられることが理解されよう。同様に、C2〜C8のアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびペンタノールが挙げられる。「アルコール」はまた、生成物アルコールに関連して本明細書において使用される。 “Product alcohol” as used herein refers to any alcohol that can be produced by a microorganism in a fermentation process that uses biomass as a source of fermentable carbon substrate. Product alcohols include, but are not limited to, C 1 -C 8 alkyl alcohols. In certain embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 8. In other embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 5. It will be appreciated that C 1 -C 8 alkyl alcohols include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, and pentanol. Similarly, the alkyl alcohol C 2 -C 8, but are not limited to, ethanol, propanol, butanol, and pentanol. “Alcohol” is also used herein in connection with the product alcohol.
本明細書において使用される際の「ブタノール」は、特に、ブタノール異性体1−ブタノール(1−BuOH)、2−ブタノール(2−BuOH)、tert−ブタノール、および/またはイソブタノール(iBuOHまたはi−BuOHまたはI−BUOH、2−メチル−1−プロパノールとしても知られている)を、個々にまたはそれらの混合物として指す。場合により、ブタノールのエステルに言及される場合、「ブチルエステル」および「ブタノールエステル」という用語は、同義に使用することができる。 “Butanol” as used herein specifically refers to butanol isomers 1-butanol (1-BuOH), 2-butanol (2-BuOH), tert-butanol, and / or isobutanol (iBuOH or i -BuOH or I-BUOH, also known as 2-methyl-1-propanol), refers individually or as a mixture thereof. Optionally, when referring to esters of butanol, the terms “butyl ester” and “butanol ester” can be used interchangeably.
本明細書において使用される際の「プロパノール」は、プロパノール異性体イソプロパノールまたは1−プロパノールを指す。 “Propanol” as used herein refers to the propanol isomer isopropanol or 1-propanol.
本明細書において使用される際の「ペンタノール」は、ペンタノール異性体1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、3−ペンタノール、2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、または2−メチル−2−ブタノールを指す。 “Pentanol” as used herein refers to the pentanol isomers 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, It refers to 3-pentanol, 2-pentanol, 3-methyl-2-butanol, or 2-methyl-2-butanol.
本明細書において使用される際の「アルコール当量」という用語は、アルコールエステルの完全な加水分解および所定の量のアルコールエステルからのアルコールのその後の回収によって得られるであろうアルコールの重量を指す。 The term “alcohol equivalent” as used herein refers to the weight of alcohol that would be obtained by complete hydrolysis of the alcohol ester and subsequent recovery of the alcohol from a given amount of alcohol ester.
本明細書において使用される際の「水相力価」という用語は、発酵ブロス中の特定のアルコール(例えば、ブタノール)の濃度を指す。 The term “water phase titer” as used herein refers to the concentration of a particular alcohol (eg, butanol) in the fermentation broth.
本明細書において使用される際の「有効力価」という用語は、発酵によって生成される特定のアルコール(例えば、ブタノール)または発酵培地のリットル当たりの、アルコールエステル化によって生成されるアルコールエステルのアルコール当量の総量を指す。例えば、発酵の単位体積におけるブタノールの有効力価は:(i)発酵培地中のブタノールの量;(ii)有機抽出剤から回収されるブタノールの量;(iii)ガスストリッピングが使用される場合、気相から回収されるブタノールの量;および(iv)有機相または水相中のブチルエステルのアルコール当量を含む。 As used herein, the term “effective titer” refers to a specific alcohol produced by fermentation (eg, butanol) or an alcohol ester alcohol produced by alcohol esterification per liter of fermentation medium. Refers to the total amount of equivalents. For example, the effective titer of butanol in a unit volume of fermentation is: (i) the amount of butanol in the fermentation medium; (ii) the amount of butanol recovered from the organic extractant; (iii) where gas stripping is used The amount of butanol recovered from the gas phase; and (iv) the alcohol equivalent of the butyl ester in the organic or aqueous phase.
本明細書において使用される際の「原位置生成物除去(ISPR)」は、生成物が生成される際に、生物学的プロセスにおける生成物濃度を制御するために、発酵などの生物学的プロセスから特定の発酵生成物を選択的に除去することを意味する。 As used herein, “in situ product removal (ISPR)” refers to biological, such as fermentation, to control product concentration in a biological process as the product is produced. It means selectively removing a specific fermentation product from the process.
本明細書において使用される際の「抽出剤」または「ISPR抽出剤」は、ブタノールなどの任意の生成物アルコールを抽出するのに使用され、または生成物アルコールおよびカルボン酸または脂質から触媒によって生成される任意の生成物アルコールエステルを抽出するのに使用される有機溶媒を意味する。場合により、本明細書において使用される際の「溶媒」という用語は、「抽出剤」と同義に使用することができる。本明細書に記載される方法では、抽出剤は水不混和性である。 “Extractant” or “ISPR extractant” as used herein is used to extract any product alcohol, such as butanol, or produced catalytically from product alcohol and carboxylic acid or lipid. Means any organic solvent used to extract any product alcohol ester. In some cases, the term “solvent” as used herein may be used interchangeably with “extractant”. In the methods described herein, the extractant is water immiscible.
「水不混和性」または「不溶性」という用語は、1つの液相を形成するように、発酵ブロスなどの水溶液と混合することができない抽出剤または溶媒などの化学成分を指す。 The term “water-immiscible” or “insoluble” refers to a chemical component such as an extractant or solvent that cannot be mixed with an aqueous solution, such as a fermentation broth, to form one liquid phase.
本明細書において使用される際の「水相」という用語は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる二相混合物の水相を指す。発酵抽出を含む本明細書に記載されるプロセスの一実施形態において、「発酵ブロス」という用語は、この場合、二相性発酵抽出における水相を特に指す。 The term “aqueous phase” as used herein refers to the aqueous phase of a two-phase mixture obtained by contacting a fermentation broth with a water-immiscible organic extractant. In one embodiment of the process described herein involving a fermentation extraction, the term “fermentation broth” in this case specifically refers to the aqueous phase in a biphasic fermentation extraction.
本明細書において使用される際の「有機相」という用語は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる二相混合物の非水相を指す。 The term “organic phase” as used herein refers to the non-aqueous phase of a two-phase mixture obtained by contacting a fermentation broth with a water-immiscible organic extractant.
本明細書において使用される際の「脂肪酸」という用語は、飽和または不飽和のいずれかである、C4〜C28の炭素原子(最も一般的にはC12〜C24の炭素原子)を有するカルボン酸(例えば、脂肪族モノカルボン酸)を指す。脂肪酸はまた、分枝鎖状または非分枝鎖状であってもよい。脂肪酸は、動物性または植物性脂肪、油、またはワックスに由来するか、あるいはそれらの中にエステル化された形態で含まれ得る。脂肪酸は、脂肪および脂肪油中のグリセリドの形態で天然に存在するものであってもよく、または脂肪の加水分解によってまたは合成によって得られる。脂肪酸という用語は、単一の化学種または脂肪酸の混合物を表し得る。さらに、脂肪酸という用語は、遊離脂肪酸も包含する。 As used herein, the term “fatty acid” refers to a C 4 to C 28 carbon atom (most commonly a C 12 to C 24 carbon atom) that is either saturated or unsaturated. The carboxylic acid (for example, aliphatic monocarboxylic acid) which has. The fatty acids may also be branched or unbranched. Fatty acids may be derived from animal or vegetable fats, oils, or waxes, or included in esterified forms therein. Fatty acids may be naturally occurring in the form of glycerides in fats and fatty oils, or are obtained by hydrolysis of fats or synthetically. The term fatty acid can refer to a single chemical species or a mixture of fatty acids. Furthermore, the term fatty acid also encompasses free fatty acids.
本明細書において使用される際の「脂肪アルコール」という用語は、飽和または不飽和のいずれかである、C4〜C22の炭素原子の脂肪族鎖を有するアルコールを指す。 The term “fatty alcohol” as used herein refers to an alcohol having an aliphatic chain of C 4 to C 22 carbon atoms, either saturated or unsaturated.
本明細書において使用される際の「脂肪アルデヒド」という用語は、飽和または不飽和のいずれかである、C4〜C22の炭素原子の脂肪族鎖を有するアルデヒドを指す。 The term “fatty aldehyde” as used herein refers to an aldehyde having an aliphatic chain of C 4 to C 22 carbon atoms, either saturated or unsaturated.
本明細書において使用される際の「カルボン酸」という用語は、一般化学式−COOH(式中、炭素原子が、カルボニル基(−C=O)を構成するために二重結合によって酸素原子に結合され、単結合によってヒドロキシル基(−OH)に結合される)で表される任意の有機化合物を指す。カルボン酸は、プロトン化したカルボン酸の形態、カルボン酸の塩の形態(例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、またはカリウム塩)、またはプロトン化したカルボン酸とカルボン酸の塩との混合物としての形態であってもよい。カルボン酸という用語は、単一の化学種(例えば、オレイン酸)または例えば、バイオマス由来の脂肪酸エステルまたはトリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質の加水分解によって生成され得るカルボン酸の混合物を表し得る。 The term “carboxylic acid” as used herein refers to the general chemical formula —COOH, where a carbon atom is bonded to an oxygen atom by a double bond to form a carbonyl group (—C═O). And any organic compound represented by a single bond to a hydroxyl group (—OH). The carboxylic acid may be in the form of a protonated carboxylic acid, a salt of a carboxylic acid (eg, an ammonium salt, a sodium salt, or a potassium salt), or a mixture of a protonated carboxylic acid and a salt of a carboxylic acid. There may be. The term carboxylic acid can refer to a single chemical species (eg, oleic acid) or a mixture of carboxylic acids that can be produced by hydrolysis of, for example, biomass-derived fatty acid esters or triglycerides, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids.
本明細書において使用される際の「天然油」は、植物(例えば、バイオマス)または動物から得られる脂質を指す。本明細書において使用される際の「植物由来油」は、特に植物から得られる脂質を指す。場合により、「脂質」は、「油」および「アシルグリセリド」と同義に使用することができる。天然油としては、以下に限定はされないが、獣脂、トウモロコシ油、キャノーラ油、カプリン酸/カプリル酸トリグリセリド、ヒマシ油、ヤシ油、綿実油、魚油、ホホバ油、ラード、亜麻仁油、牛脚油、オイチシカ油、パーム油、ピーナッツ油、ナタネ油、米油、ベニバナ油、大豆油、ヒマワリ油、キリ油、ジャトロファ油、および植物油ブレンドが挙げられる。 “Natural oil” as used herein refers to lipids obtained from plants (eg, biomass) or animals. A “plant-derived oil” as used herein refers to a lipid, particularly obtained from plants. In some cases, “lipid” can be used interchangeably with “oil” and “acylglyceride”. Natural oils include, but are not limited to, tallow, corn oil, canola oil, capric acid / caprylic acid triglyceride, castor oil, coconut oil, cottonseed oil, fish oil, jojoba oil, lard, linseed oil, cow leg oil, yew deer Oil, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, rice oil, safflower oil, soybean oil, sunflower oil, kiri oil, jatropha oil, and vegetable oil blends.
本明細書において使用される際の「分離」という用語は、「回収」と同義であり、初期混合物から化学化合物を除去して、初期混合物中の化合物の純度または濃度より高い純度またはより高い濃度の化合物を得ることを指す。 As used herein, the term “separation” is synonymous with “recovery” and removes chemical compounds from the initial mixture to give a purity or higher concentration than the purity or concentration of the compounds in the initial mixture. To obtain a compound of
本明細書において使用される際の「組み換え微生物」は、例えば、ブタノールなどのアルコールを生成するための生合成経路などの生合成経路を含むように宿主細胞を改変することによる、組み換えDNA技術の使用によって改変される、細菌または酵母などの微生物を指す。 A “recombinant microorganism” as used herein refers to recombinant DNA technology by modifying a host cell to include a biosynthetic pathway, such as, for example, a biosynthetic pathway for producing an alcohol such as butanol. Refers to microorganisms such as bacteria or yeast that are modified by use.
本発明は、発酵槽中のアルコール生成微生物が、発酵プロセス中の工程で、バイオマス脂質などの天然油から誘導された脂肪酸と接触される、生成物アルコール(例えば、発酵アルコール)を生成するための方法を提供する。微生物の発酵増殖中のこの脂肪酸の補充により、特に、減少または消失されたピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する組み換え微生物に関して、微生物の発酵性炭素消費、増殖速度、およびバイオマス生成を増加させることができる。 The present invention is for producing a product alcohol (eg, fermented alcohol) in which an alcohol-producing microorganism in a fermentor is contacted with a fatty acid derived from a natural oil, such as a biomass lipid, in a step during the fermentation process. Provide a method. This fatty acid supplementation during microbial fermentation growth can increase microbial fermentable carbon consumption, growth rate, and biomass production, particularly for recombinant microorganisms with reduced or eliminated pyruvate decarboxylase activity.
ある実施形態において、油中のグリセリドが、脂肪酸へと化学的に転化され得、それが、発酵性炭素源から生成物アルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵ブロスと接触される。他の実施形態において、油中のグリセリドは、触媒により(例えば、酵素により)脂肪酸へと加水分解され得、それが、組み換え微生物を含む発酵ブロスと接触される。ある実施形態において、脂肪酸は、発酵のための発酵性炭素源を供給するバイオマス中に見られる脂質の加水分解から得ることができる。脂肪酸をISPR抽出剤として用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから除去することもできる。 In certain embodiments, glycerides in the oil can be chemically converted to fatty acids, which are contacted with a fermentation broth containing recombinant microorganisms that produce product alcohol from a fermentable carbon source. In other embodiments, glycerides in the oil can be hydrolyzed to fatty acids by catalysis (eg, enzymatically), which is contacted with a fermentation broth containing recombinant microorganisms. In certain embodiments, fatty acids can be obtained from hydrolysis of lipids found in biomass that provides a fermentable carbon source for fermentation. The product alcohol can also be removed from the fermentation broth using fatty acids as ISPR extractants.
脂肪酸は、飽和、単不飽和、多価不飽和、およびそれらの混合物であり得る。例えば、パルミチン酸とオレイン酸との混合物を含む天然の脂肪酸組成物を有する油(例えば、トウモロコシ油)が加水分解されて、遊離オレイン酸と遊離パルミチン酸との混合物が生成され得、それが、発酵槽中の発酵ブロスと接触され得る。ある実施形態において、発酵槽中のカルボン酸(脂肪酸など)の濃度は、水相中の溶解限度を超え、有機相および水相を含む二相発酵混合物が生成される。ある実施形態において、発酵ブロス中のカルボン酸の濃度は、通常、約0.8g/L以下であり、ブロス中のカルボン酸の溶解性によって制限される。 The fatty acid can be saturated, monounsaturated, polyunsaturated, and mixtures thereof. For example, an oil having a natural fatty acid composition comprising a mixture of palmitic acid and oleic acid (eg, corn oil) can be hydrolyzed to produce a mixture of free oleic acid and free palmitic acid, It can be contacted with the fermentation broth in the fermenter. In certain embodiments, the concentration of carboxylic acids (such as fatty acids) in the fermenter exceeds the solubility limit in the aqueous phase, producing a two-phase fermentation mixture comprising an organic phase and an aqueous phase. In certain embodiments, the concentration of carboxylic acid in the fermentation broth is typically about 0.8 g / L or less and is limited by the solubility of the carboxylic acid in the broth.
脂肪酸の存在下での微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費は、脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および発酵性炭素消費より高い。これに対応して、本発明の方法に係る脂肪酸の補充により、このような脂肪酸の補充がない場合に得られるであろうものより、増加した細胞濃度および増加したアルコール生成が得られる。ある実施形態において、微生物は、ブタノール生成微生物または生存し、成長するために2−炭素基質、例えば、エタノールの補充を通常必要とする他の微生物であり得る。このような実施形態において、本発明の方法に係る脂肪酸の補充により、このような2−炭素に依存する微生物が、エタノールの補充がない場合に生存し、成長することが可能になり得る。ある実施形態において、微生物は、ピルビン酸塩からのアセチル−CoAの生成がないことがある。ある実施形態において、微生物は、1つ以上のピルビン酸デカルボキシラーゼ(PDC)遺伝子における破壊突然変異によって、脂肪酸生合成への経路が改変されるように代謝改変される。ある実施形態において、微生物は、遺伝子PDC1およびPDC5などの2つのPDC遺伝子における破壊突然変異によって、代謝改変され、脂肪酸生合成への経路が変化される。したがって、本発明の方法は、組み換え微生物の発酵増殖に最適な環境を与えることによって、向上したアルコール生産性を達成することができる。 The growth rate and / or fermentable carbon consumption of microorganisms in the presence of fatty acids is higher than the growth rate and fermentable carbon consumption of microorganisms in the absence of fatty acids. Correspondingly, supplementation with fatty acids according to the method of the present invention results in increased cell concentration and increased alcohol production than would be obtained without such supplementation of fatty acids. In certain embodiments, the microorganism can be a butanol-producing microorganism or other microorganism that normally requires supplementation of a 2-carbon substrate, such as ethanol, to survive and grow. In such embodiments, supplementation with fatty acids according to the methods of the invention may allow such 2-carbon dependent microorganisms to survive and grow in the absence of ethanol supplementation. In certain embodiments, the microorganism may be free of acetyl-CoA production from pyruvate. In certain embodiments, the microorganism is metabolically modified such that a disruption mutation in one or more pyruvate decarboxylase (PDC) genes alters the pathway to fatty acid biosynthesis. In certain embodiments, the microorganism is metabolically altered and the pathway to fatty acid biosynthesis is altered by disruptive mutations in two PDC genes, such as genes PDC1 and PDC5. Thus, the method of the present invention can achieve improved alcohol productivity by providing an optimal environment for the fermentation growth of recombinant microorganisms.
本発明は、図を参照して説明される。図1は、本発明の一実施形態に係る発酵アルコールの生成のための例示的なプロセス流れ図を示す。図示されるように、原料12は、液化槽10の入口に導入され、液化されて、原料スラリー16が生成され得る。原料12は、発酵性炭素源(例えば、グルコースなどの発酵性糖)を供給する加水分解性でんぷんを含有し、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、サトウキビ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物などのバイオマスであり得、あるいはバイオマスに由来し得る。ある実施形態において、原料12は、分画されたバイオマスの1つ以上の成分であり得、他の実施形態において、原料12は、粉砕された、分画されていないバイオマスであり得る。ある実施形態において、原料12は、乾式粉砕された、分画されていないトウモロコシの実などのトウモロコシであり得、非溶解固体は、胚芽、繊維、およびグルテンを含み得る。非溶解固体は、原料12の非発酵性部分である。図に示される実施形態を参照した本明細書における説明のために、原料12は、非溶解固体が分離されていない、粉砕された、分画されていないトウモロコシであるものとして説明されることが多い。しかしながら、当業者に明らかなように、本明細書に記載される例示的な方法およびシステムは、分画されるか否かにかかわらず様々な原料向けに変更することができることを理解されたい。ある実施形態において、原料12は、高オレイン酸トウモロコシであり得るため、それに由来するトウモロコシ油は、少なくとも約55重量%のオレイン酸のオレイン酸含量を有する高オレイン酸トウモロコシ油である。ある実施形態において、約24重量%である通常のトウモロコシ油中のオレイン酸含量と比較して、高オレイン酸トウモロコシ油中のオレイン酸含量は、最大で約65重量%であり得る。油の加水分解により、発酵ブロスと接触させるための高いオレイン酸含量を有する遊離脂肪酸が得られるため、高オレイン酸油は、本発明の方法に使用するのにいくつかの利点を提供し得る。ある実施形態において、脂肪酸またはその混合物は、不飽和脂肪酸を含む。不飽和脂肪酸の存在は、融点を低下させ、取り扱いの際の利点を提供する。不飽和脂肪酸のうち、単不飽和であるもの、すなわち、1つの炭素−炭素二重結合を有するものが、プロセス検討の際に好適な熱安定性および酸化安定性を犠牲にせずに融点に関する利点を提供し得る。
The invention will now be described with reference to the figures. FIG. 1 shows an exemplary process flow diagram for the production of fermented alcohol according to one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
原料12を液化するプロセスは、原料12中の多糖を、例えば、デキストリンおよびオリゴ糖を含む糖類へと加水分解することを含み、従来のプロセスである。酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で通常用いられる任意の公知の液化プロセス、ならびに対応する液化槽が使用され得る。このようなプロセスは、単独でまたは組み合わせて使用され得る。ある実施形態において、酵素プロセスを用いることができ、適切な酵素14、例えば、α−アミラーゼが、液化槽10の入口に導入される。水も液化槽10に導入することができる。ある実施形態において、糖化酵素、例えば、グルコアミラーゼも、液化槽10に導入され得る。さらなる実施形態において、油の1つ以上の成分の、遊離脂肪酸への転化を触媒するために、リパーゼも液化槽10に導入され得る。
The process of liquefying the
原料12を液化することから生成される原料スラリー16は、原料12を形成するバイオマスに由来する、糖、油26、および非溶解固体を含む。ある実施形態において、油は、発酵ブロスの組成の約0重量%〜少なくとも約2重量%の量である。ある実施形態において、油は、原料の少なくとも約0.5重量%の量である。原料スラリー16は、液化槽10の出口から排出され得る。ある実施形態において、原料12は、トウモロコシまたはトウモロコシの実であるため、原料スラリー16はトウモロコシマッシュスラリーである。
The
1種以上の物質42が、原料スラリー16に加えられ得る。物質42は、油26中のグリセリドを遊離脂肪酸(FFA)28に加水分解することができる。例えば、原料12がトウモロコシである場合、油26は、原料の成分であるトウモロコシ油であり、遊離脂肪酸28はトウモロコシ油脂肪酸(COFA)である。したがって、物質42を原料スラリー16に接種した後、油26中のグリセリドの少なくとも一部が、FFA28に加水分解され、FFA28を有する原料スラリー18が得られる。
One or
ある実施形態において、1種以上の物質42は、油26中のグリセリドを遊離脂肪酸28(FFA)に触媒により加水分解することが可能な1種以上の触媒42である。したがって、触媒42を原料スラリー16に導入した後、油26中のグリセリドの少なくとも一部が、FFA28に加水分解され、FFA28および触媒42を有する原料スラリー18が得られる。
In certain embodiments, the one or
加水分解油26から得られた酸/油組成物は、通常、少なくとも約17重量%のFFAである。ある実施形態において、加水分解油26から得られた酸/油組成物は、少なくとも約20重量%のFFA、少なくとも約25重量%のFFA、少なくとも約30重量%のFFA、少なくとも約35重量%のFFA、少なくとも約40重量%のFFA、少なくとも約45重量%のFFA、少なくとも約50重量%のFFA、少なくとも約55重量%のFFA、少なくとも約60重量%のFFA、少なくとも約65重量%のFFA、少なくとも約70重量%のFFA、少なくとも約75重量%のFFA、少なくとも約80重量%のFFA、少なくとも約85重量%のFFA、少なくとも約90重量%のFFA、少なくとも約95重量%のFFA、または少なくとも約99重量%のFFAである。
The acid / oil composition obtained from hydrolyzed
あるいは、ある実施形態において、物質42は、代わりに、組み換え微生物32と接触させるためのFFA28に油26を化学的に反応させることが可能な1種以上の反応剤または溶媒を構成し得る。2010年7月28日に出願され、全体が参照により本明細書に援用される、同時係属中の、同一出願人が所有する米国仮特許出願第61/368,436号明細書にさらに記載されるように、例えば、トウモロコシ油脂肪酸が、NaOHおよび水を物質42として用いた塩基加水分解によって油26としてのトウモロコシ油から合成され得る。また、全体が参照により本明細書に援用されるRoe,et al.,(Am.Oil Chem.Soc.29:18−22,1952)にさらに記載されるように、例えば、油26としてのトウモロコシ油トリグリセリドが、反応剤42としての水酸化アンモニウム水溶液と反応されて、脂肪酸(および脂肪アミド)が得られる。図に示される実施形態を参照した本明細書における説明のために、物質42が、組み換え微生物32の発酵増殖中に補充されるFFA28にバイオマス脂質を加水分解するための物質42としての1種以上の触媒を構成するものとして記載されることが多い。しかしながら、本明細書に記載される例示的な方法およびシステムは、物質42が、バイオマス脂質をFFA28へと化学的に転化することが可能な反応剤および/または溶媒であるように変更され得ることを理解されたい。
Alternatively, in certain embodiments, the
ある実施形態において、触媒42は、1種以上の酵素、例えば、リパーゼ酵素などの加水分解酵素であり得る。使用されるリパーゼ酵素は、例えば、アブシディア属(Absidia)、アクロモバクター属(Achromobacter)、アエロモナス属(Aeromonas)、アルカリゲネス属(Alcaligenes)、アルテルナリア属(Alternaria)、アスペルギルス属(Aspergillus)、アクロモバクター属(Achromobacter)、アウレオバシジウム属(Aureobasidium)、バチルス属(Bacillus)、ビューベリア属(Beauveria)、ブロコトリックス属(Brochothrix)、カンジダ属(Candida)、クロモバクター属(Chromobacter)、コプリナス属(Coprinus)、フザリウム属(Fusarium)、ゲオトリクム属(Geotricum)、ハンゼヌラ属(Hansenula)、フミコーラ属(Humicola)、ハイホジーマ属(Hyphozyma)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、メタリジウム属(Metarhizium)、ケカビ属(Mucor)、ネクトリア属(Nectria)、アカパンカビ属(Neurospora)、ペシロマイセス属(Paecilomyces)、ペニシリウム属(Penicillium)、シュードモナス属(Pseudomonas)、リゾクトニア属(Rhizoctonia)、リゾムコール属(Rhizomucor)、クモノスカビ属(Rhizopus)、ロドスポリジウム属(Rhodosporidium)、ロドトルラ属(Rhodotorula)、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、イノシシ属(Sus)、スポロボロマイセス属(Sporobolomyces)、サーモマイセス属(Thermomyces)、チアロスポレラ(Thiarosporella)、トリコデルマ属(Trichoderma)、バーティシリウム属(Verticillium)、および/またはヤロウイア属(Yarrowia)の菌株を含む任意の供給原に由来し得る。好ましい態様において、リパーゼの供給源は、アブシディア・ブラケスレーナ(Absidia blakesleena)、アブシディア・コリムビフェラ(Absidia corymbifera)、アクロモバクター・イオファガス(Achromobacter iophagus)、アルカリゲネス属(Alcaligenes sp.)、アルタナリア・ブラシキコラ(Alternaria brassiciola)、アスペルギルス・フラブス(Aspergillus flavus)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アウレオバシジウム・プルランス(Aureobasidium pullulans)、バチルス・プミルス(Bacillus pumilus)、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus strearothermophilus)、枯草菌(Bacillus subtilis)、ブロコトリクス・サーモソハタ(Brochothrix thermosohata)、カンジダ・キリンドラケア(Candida cylindracea)(カンジダ・ルゴサ(Candida rugosa))、カンジダ・パラリポリティカ(Candida paralipolytica)、カンジダ・アンタークティカ(Candida Antarctica)リパーゼA、カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)リパーゼB、カンジダ・エルノビ(Candida ernobii)、カンジダ・デフォルマンス(Candida deformans)、クロモバクター・ビスコスム(Chromobacter viscosum)、ネナガヒトヨタケ(Coprinus cinerius)、フザリウム・オキシスポルム(Fusarium oxysporum)、フザリウム・ソラニ(Fusarium solani)、フザリウム・ソラニ・ピシ(Fusarium solani pisi)、フザリウム・ロゼウム・クルモルム(Fusarium roseum culmorum)、ゲオトリクム・ペニシラツム(Geotricum penicillatum)、ハンゼヌラ・アノマラ(Hansenula anomala)、フミコーラ・ブレビスポラ(Humicola brevispora)、フミコーラ・ブレビス変種サーモイデア(Humicola brevis var.thermoidea)、フミコーラ・インソレンス(Humicola insolens)、ラクトバチルス・クルヴァトゥス(Lactobacillus curvatus)、リゾプス・オリゼ(Rhizopus oryzae)、ペニシリウム・シクロピウム(Penicillium cyclopium)、ペニシリウム・クラストサム(Penicillium crustosum)、ペニシリウム・エクスパンザム(Penicillium expansum)、ペニシリウム属(Penicillium sp.)I、ペニシリウム属(Penicillium sp.)II、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、シュードモナス・アルカリゲネス(Pseudomonas alcaligenes)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)(バークホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)と同義)、蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・フラギ(Pseudomonas fragi)、 シュードモナス・マルトフィリア(Pseudomonas maltophilia)、シュードモナス・メンドシナ(Pseudomonas mendocina)、シュードモナス・メフィティカ・リポリティカ(Pseudomonas mephitica lipolytica)、シュードモナス・アルカリゲネス(Pseudomonas alcaligenes)、シュードモナス・プランタリイ(Pseudomonas plantarii)、シュードモナス・シュードアルカリゲネス(Pseudomonas pseudoalcaligenes)、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・スツッツェリ(Pseudomonas stutzeri)、およびシュードモナス・ウィスコンシネンシス(Pseudomonas wisconsinensis)、紋枯病菌(Rhizoctonia solani)、リゾムコール・ミエヘイ(Rhizomucor miehei)、リゾプス・ジャポニクス(Rhizopus japonicus)、リゾプス・ミクロスポラス(Rhizopus microsporus)、リゾプス・ノドスス(Rhizopus nodosus)、ロドスポリジウム・トルロイデス(Rhodosporidium toruloides)、ロドトルラ・グルチニス(Rhodotorula glutinis)、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、スポロボロマイセス・シバタヌス(Sporobolomyces shibatanus)、イノシシ(Sus scrofa)、サーモマイセス・ラヌギノスス(Thermomyces lanuginosus)(以前はフミコーラ・ラヌギノサ(Humicola lanuginosa))、チアロスポレラ・ファセオリナ(Thiarosporella phaseolina)、トリコデルマ・ハルジアヌム(Trichoderma harzianum)、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)、およびヤロウイア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)からなる群から選択される。さらなる好ましい態様において、リパーゼは、サーモマイセス・ラヌギノスス(Thermomcyces lanuginosus)、アスペルギルス属(Aspergillus sp.)リパーゼ、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)リパーゼ、カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)リパーゼB、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)リパーゼ、ペニシリウム・ロックフォルティ(Penicillium roqueforti)リパーゼ、ペニシリウム・カメンベルティ(Penicillium camembertii)リパーゼ、ムコール・ジャバニクス(Mucor javanicus)リパーゼ、バークホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)リパーゼ、アルカリゲネス属(Alcaligenes sp.)リパーゼ、カンジダ・ルゴサ(Candida rugosa)リパーゼ、カンジダ・パラプシロシス(Candida parapsilosis)リパーゼ、カンジダ・デフォルマンス(Candida deformans)リパーゼ、ゲオトリクム・カンジドゥム(Geotrichum candidum)に由来するリパーゼAおよびB、アカパンカビ(Neurospora crassa)リパーゼ、ネクトリア・ハエマトコカ(Nectria haematococca)リパーゼ、フザリウム・ヘテロスポラム(Fusarium heterosporum)リパーゼ、リゾプス・デレマ(Rhizopus delemar)リパーゼ、リゾムコール・ミエヘイ(Rhizomucor miehei)リパーゼ、リゾプス・アリズス(Rhizopus arrhizus)リパーゼ、およびリゾプス・オリゼ(Rhizopus oryzae)リパーゼからなる群から選択される。酵素触媒42として適した好適な市販のリパーゼ調製物としては、以下に限定はされないが、Novozymesから入手可能な、Lipolase(登録商標)100 L、Lipex(登録商標)100L、Lipoclean(登録商標)2000T、Lipozyme(登録商標)CALB L、Novozyme(登録商標)CALA L、およびPalatase 20000L、あるいはSigmaAldrichから入手可能な、蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)、ムコール・ミエヘイ(Mucor miehei)、ブタ膵臓、カンジダ・キリンドラケア(Candida cylindracea)、リゾプス・ニベウス(Rhizopus niveus)、カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)、リゾプス・アリズス(Rhizopus arrhizus)またはアスペルギルス属(Aspergillus)に由来するリパーゼが挙げられる。
In certain embodiments, the
グリセリドの少なくとも一部が加水分解された後、ある実施形態において、触媒42が、失活され得る。当該技術分野において公知の任意の方法を用いて、触媒42を失活させることができる。例えば、ある実施形態において、触媒42は、加熱によって、および/または反応塊(reaction mass)のpHを、触媒42が不可逆的に失活されるpHに調整することによって、および/または触媒活性を選択的に失活させることが可能な化学種または生化学種を加えることによって、失活され得る。図示されるように、例えば、図1の実施形態において、熱qが、原料スラリー18に加えられ、それによって、触媒42は失活する。熱qの適用は、原料スラリー18が発酵槽30に供給される前に、原料スラリー18に加えられ得る。次に、熱処理された原料スラリー18が(不活性な触媒42とともに)、発酵槽30中に保持される発酵ブロスに含まれるべき微生物32とともに発酵槽30に導入される。あるいは、原料スラリー18は、微生物32の発酵槽接種の前に、発酵槽30に供給され、発酵槽中で熱qを加えられ得る。例えば、ある実施形態において、熱qを用いて、原料スラリー18を、少なくとも約5分間にわたって少なくとも約75℃、少なくとも約10分間にわたって少なくとも約75℃、少なくとも約15分間にわたって少なくとも約75℃、少なくとも約5分間にわたって少なくとも約80℃、少なくとも約10分間にわたって少なくとも約80℃、少なくとも約15分間にわたって少なくとも約80℃、少なくとも約5分間にわたって少なくとも約85℃、少なくとも約10分間にわたって少なくとも約85℃、または少なくとも約15分間にわたって少なくとも約85℃の温度まで加熱することによって、触媒失活処理を行うことができる。ある実施形態において、熱qを加えられた後、発酵槽30に導入する前(または熱qの適用が発酵槽に行われる場合、発酵槽接種の前)に、原料スラリー18が、発酵に適切な温度に冷却される。例えば、ある実施形態において、原料スラリー18の温度は、発酵ブロスと接触させる前に約30℃である。
In some embodiments, the
触媒42が、発酵槽中の脂肪酸28とともにアルコールをエステル化するのを防ぐことが望ましい場合、触媒42の失活が好ましい。全て全体が参照により本明細書に援用される、2010年7月28日に出願された、同時係属中の、同一出願人が所有する米国仮特許出願第61/368,429号明細書;2010年9月2日に出願された米国仮特許出願第61/379,546号明細書;および、2011年2月7日に出願された米国仮特許出願第61/440,034号明細書にさらに説明されるように、ある実施形態において、有機酸(例えば、脂肪酸)および触媒(例えば、リパーゼ)を用いた発酵培地中の生成物アルコールのエステル化によるアルコールエステルの生成が望ましい。例えば、ブタノール生成では、(スラリー18を介して導入される)発酵槽中の活性な触媒42が、(スラリー18を介して導入される)脂肪酸28とともにブタノールのエステル化を触媒して、脂肪酸ブチルエステル(FABE)を原位置で形成することができる。脂肪酸のアルコールエステルが望ましいこのような実施形態において、本明細書に記載される方法は、生成物アルコールを含む発酵ブロスを接触させる前の触媒42の失活を除外するように変更され得る。したがって、図1〜5の例示的なプロセス流れ図を参照して、これらの代替的な実施形態が、触媒42が発酵槽30中の脂肪酸28とともに生成物アルコールをエステル化するように、触媒42を含有するプロセス流への熱qの適用を除外することによって達成され得る。さらに、ある実施形態において、図1〜5の例示的なプロセス流れ図は、触媒42の代わりに1種以上の反応剤または溶媒を物質42として用いた、FFA28への油26の化学的転化が必要でない場合、熱qを除外するように変更され得る。
Deactivation of
発酵槽30は、スラリー18を発酵させて、ブタノールなどの生成物アルコールを生成するように構成される。特に、微生物32が、スラリー18中の発酵性糖を代謝し、生成物アルコールを排出する。微生物32は、細菌、シアノバクテリア、糸状菌、および酵母からなる群から選択される。ある実施形態において、微生物32は、大腸菌(E.coli)などの細菌であり得る。ある実施形態において、微生物32は、発酵性組み換え微生物であり得る。スラリーは、例えば、オリゴ糖の形態の糖、および水を含んでいてもよく、約20g/L未満のモノマーグルコース、より好ましくは約10g/L未満または約5g/L未満のモノマーグルコースを含み得る。モノマーグルコースの量を決定するための好適な方法は、当該技術分野において周知である。当該技術分野において公知のこのような好適な方法は、HPLCを含む。
The
ある実施形態において、スラリー18中の複合糖類(例えば、オリゴ糖)を、微生物32によって容易に代謝され得る単糖類へと分解するために、スラリー18が、糖化プロセスに供される。酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で通常用いられる任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。ある実施形態において、同時糖化発酵(SSF)は、図1に示されるように、発酵槽30の内部で行われ得る。ある実施形態において、でんぷんまたはオリゴ糖を、微生物32によって代謝可能なグルコースに分解するために、グルコアミラーゼなどの酵素38が、発酵槽30の入口に導入され得る。
In certain embodiments,
任意に、エタノール33が、発酵ブロスに含まれるべく、発酵槽30に供給され得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路を有する組み換え微生物が、ブタノール生成のための微生物32として使用される場合、微生物32は、生存し、成長するために2−炭素基質(例えば、エタノール)の補充を必要とし得る。したがって、ある実施形態において、エタノール33が、発酵槽30に供給され得る。
Optionally, ethanol 33 can be fed to the
しかしながら、遊離脂肪酸(例えば、FFA28)が発酵槽中に存在する本発明の方法が、組み換え微生物の生命力を損なうことなく、所与の組み換え微生物に通常供給されるエタノール33の量を減少させることができることが意外にも分かった。さらに、ある実施形態において、本発明の方法により、エタノールを補充しないアルコール(例えば、ブタノール)生成速度を、エタノール33が補充される場合に実現され得る生成速度と同等にすることができる。以下の実施例1〜14に示される比較例によってさらに示されるように、発酵槽中に脂肪酸はあるもののエタノールがない場合のブタノール生成速度は、発酵槽中に脂肪酸もエタノールもない場合のブタノール生成速度より高くなり得る。したがって、ある実施形態において、エタノール33の補充の量が、従来のプロセスと比較して減少される。例えば、2−炭素基質の補充を必要とする微生物のために発酵槽に加えられるエタノールの通常の量は、約5g/Lの無水エタノール(すなわち、発酵培地のリットル当たり5gの無水エタノール)である。ある実施形態において、発酵にエタノール33が一切補充されない。後者の場合、エタノール33の流れ全体が、発酵槽から除外される。したがって、本発明のある実施形態において、補充するエタノール33に付随するコスト、ならびに大量のエタノール33の貯蔵およびブタノール発酵中の発酵槽へのエタノールの供給に付随する不都合を低減するかまたはなくすことが可能である。さらに、エタノールの補充に関係なく、ある実施形態において、本発明の方法は、発酵中の脂肪酸の存在のために、微生物32によるより高いグルコース取り込み率を提供することができる。本明細書に記載される方法にしたがって、脂肪酸は、FFA28として発酵槽30に導入され、スラリー16の原料油26から加水分解され、あるいは発酵プロセス中の工程においてバイオマス脂質などの天然油から加水分解され得る。脂肪酸を、ISPR抽出剤29として発酵槽に導入することもできる。
However, the method of the present invention in which free fatty acids (eg, FFA28) are present in the fermentor can reduce the amount of ethanol 33 normally supplied to a given recombinant microorganism without compromising the vitality of the recombinant microorganism. Surprisingly, I can do it. Furthermore, in certain embodiments, the method of the present invention allows an alcohol (eg, butanol) production rate that is not supplemented with ethanol to be comparable to a production rate that can be achieved when ethanol 33 is supplemented. As further shown by the comparative examples shown in Examples 1-14 below, the butanol production rate when there is no fatty acid in the fermenter but no ethanol is the butanol production when there is no fatty acid and no ethanol in the fermenter. Can be higher than speed. Thus, in certain embodiments, the amount of ethanol 33 replenishment is reduced compared to conventional processes. For example, a typical amount of ethanol added to a fermentor for microorganisms that require supplementation of 2-carbon substrates is about 5 g / L absolute ethanol (ie, 5 g absolute ethanol per liter of fermentation medium). . In certain embodiments, the fermentation is not supplemented with any ethanol 33. In the latter case, the entire flow of ethanol 33 is excluded from the fermentor. Thus, in certain embodiments of the present invention, the costs associated with supplementing ethanol 33 and the disadvantages associated with storing large amounts of ethanol 33 and supplying ethanol to the fermentor during butanol fermentation may be reduced or eliminated. Is possible. Furthermore, regardless of ethanol supplementation, in certain embodiments, the methods of the present invention can provide a higher rate of glucose uptake by
発酵槽30中、アルコールが、微生物32によって生成される。原位置生成物除去(ISPR)を用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから除去することができる。ある実施形態において、ISPRは液液抽出を含む。液液抽出は、開示内容の全体が、本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305370号明細書に記載される方法にしたがって行われ得る。米国特許出願公開第2009/0305370号明細書には、液液抽出を用いて発酵ブロスからブタノールを生成し、回収するための方法が記載され、この方法は、発酵ブロスを水不混和性抽出剤と接触させて、水相および有機相を含む二相混合物を形成する工程を含む。通常、抽出剤は、飽和、単不飽和、多価不飽和(およびそれらの混合物)C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得、これは、発酵ブロスと接触し、水相および有機相を含む二相混合物を形成する。抽出剤はまた、飽和、単不飽和、多価不飽和(およびそれらの混合物)C4〜C22の脂肪アルコール、C4〜C28の脂肪酸、C4〜C28の脂肪酸のエステル、C4〜C22の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得、これは、発酵ブロスと接触し、水相および有機相を含む二相混合物を形成する。スラリー18からの遊離脂肪酸28は、ISPR抽出剤28としても働き得る。例えば、遊離脂肪酸28がトウモロコシ油脂肪酸(COFA)である場合、ISPR抽出剤28はCOFAである。ISPR抽出剤(FFA)28は、発酵ブロスと接触し、水相34および有機相を含む二相混合物を形成する。発酵ブロス中に存在する生成物アルコールは、優先的に有機相中に分離して、アルコール含有有機相36が形成される。ある実施形態において、発酵槽30は、生成物アルコールが有機相中に分離している状態で、水相および有機相を含む二相混合物を形成する1種以上のさらなるISPR抽出剤29を受け入れるための1つ以上の入口を有する。
In the
二相混合物は、流れ39として発酵槽30から除去され、槽35に導入され得、その中で、アルコール含有有機相36は、水相34から分離される。アルコール含有有機相36は、以下に限定はされないが、サイフォニング、デカンテーション、吸入、遠心分離、重力沈降器の使用、膜支援相分離などを含む当該技術分野において公知の方法を用いて、二相流39の水相34から分離される。水相34の全てまたは一部が、発酵培地(図示される)として発酵槽30中に再利用されるか、あるいは廃棄され、新しい培地と交換されるか、または残っている生成物アルコールを除去するために処理され、次に発酵槽30へと再利用され得る。次に、アルコール含有有機相36は、生成物アルコール54を回収するように分離器50中で処理され、次に、得られたアルコール希薄抽出剤27が、生成物アルコールのさらなる抽出のために、スラリー18からの新鮮なFFA28および/または新鮮な抽出剤29と通常組み合わされて、発酵槽30中に戻されて再利用され得る。あるいは、(スラリー18からの)新鮮なFFA28および/または抽出剤29は、二相混合物流39中で除去されたISPR抽出剤の代わりに発酵槽に連続して加えられ得る。
The biphasic mixture can be removed from the
ある実施形態において、任意のさらなるISPR抽出剤29は、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、1−ウンデカノール、オレイン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、20−メチルウンデカナール、およびそれらの混合物などの外部からの有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、カルボン酸または遊離脂肪酸であり得、ある実施形態において、カルボン酸または遊離脂肪酸は、4〜28個の炭素、他の実施形態において4〜22個の、他の実施形態において8〜22個の炭素、他の実施形態において10〜28個の炭素、他の実施形態において7〜22個の炭素、他の実施形態において12〜22個の炭素、他の実施形態において4〜18個の炭素、他の実施形態において12〜22個の炭素、さらに他の実施形態において12〜18個の炭素の鎖を有する。ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、以下の脂肪酸:アゼライン酸、カプリン酸、カプリル酸、ヒマシ油、ヤシ油(すなわち、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、カプリル酸、カプリン酸、ステアリン酸、カプロン酸、アラキジン酸、オレイン酸、およびリノール酸を含む脂肪酸の天然に存在する組合せとして)、二量体酸、イソステアリン酸、ラウリン酸、亜麻仁油、ミリスチン酸、オレイン酸、オリーブ油、パーム油、パルミチン酸、パーム核油、ピーナッツ油、ペラルゴン酸、リシノール酸、セバシン酸、大豆油、ステアリン酸、トール油、獣脂、#12ヒドロキシステアリン酸、または任意の種油のうちの1つ以上である。ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、二酸、例えば、アゼライン酸およびセバシン酸のうちの1つ以上である。したがって、ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、2種以上の異なる遊離脂肪酸の混合物であり得る。ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、天然油に由来するグリセリドの化学的または酵素加水分解から誘導される脂肪酸であり得る。例えば、ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、図4の実施形態を参照して後述されるバイオマス脂質などの天然油の酵素加水分解によって得られる遊離脂肪酸28’であり得る。ある実施形態において、ISPR抽出剤29は、例えば、2010年7月28日に出願された、同時係属中の、同一出願人が所有する米国仮特許出願第61/368,436号明細書に記載されるバイオマス脂質などの天然油の化学的転化から得られる、脂肪酸、脂肪アルコール、脂肪アミド、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸の低級アルコールエステル、脂肪酸グリコールエステル、水酸化トリグリセリド、およびそれらの混合物からなる群から選択される脂肪酸抽出剤であり得る。このような実施形態において、抽出剤29を生成するためのバイオマス脂質は、原料12が得られる同じかまたは異なるバイオマス源に由来し得る。例えば、ある実施形態において、抽出剤29を生成するためのバイオマス脂質が、大豆に由来し得るが、原料12のバイオマス源はトウモロコシである。当業者に明らかであるはずであるように、原料12に対する抽出剤29のための異なるバイオマス源の考えられるあらゆる組合せを使用することができる。ある実施形態において、さらなるISPR抽出剤29はCOFAを含む。
In certain embodiments, the optional
原位置抽出発酵は、発酵槽30中でバッチモードまたは連続モードで行われ得る。原位置抽出発酵では、有機抽出剤を、発酵の開始時点で発酵培地と接触させ、二相発酵培地を形成することができる。あるいは、微生物が所望の量の増殖(培地の光学密度を測定することによって決定され得る)を達成した後、有機抽出剤を発酵培地と接触させることができる。さらに、発酵培地中の生成物アルコールレベルが、予め選択したレベルに達した時点で、有機抽出剤を発酵培地と接触させることができる。ブタノール生成の場合、例えば、ブタノール濃度が、微生物に対して有毒であろうレベルに達する前の時点で、ISPR抽出剤を発酵培地と接触させることができる。発酵培地をISPR抽出剤と接触させた後、ブタノール生成物が抽出剤中に分離し、微生物を含有する水相中の濃度が低下し、それによって、抑制性のブタノール生成物への生成微生物の曝露が抑えられる。
In situ extraction fermentation may be performed in the
使用されるISPR抽出剤の体積は、後述されるように、発酵培地の体積、発酵槽のサイズ、ブタノール生成物のための抽出剤の分配係数、および選択される発酵モードを含むいくつかの要因に応じて決まる。抽出剤の体積は、発酵槽の使用体積の約3%〜約60%であり得る。抽出の効率に応じて、発酵培地中のブタノールの水相力価は、例えば、約1g/L〜約85g/L、約10g/L〜約40g/L、約10g/L〜約20g/L、約15g/L〜約50g/Lまたは約20g/L〜約60g/Lであり得る。ある実施形態において、アルコールエステル化の後に得られる発酵ブロスは、遊離(すなわち、非エステル化)アルコールを含み得、ある実施形態において、生成物アルコールがブタノールである場合、アルコールエステル化の後の発酵ブロス中の遊離アルコールの濃度は、1、3、6、10、15、20、25、30、25、40、45、50、55、または60g/L以下であり、または生成物アルコールがエタノールである場合、アルコールエステル化の後の発酵ブロス中の遊離アルコールの濃度は、15、20、25、30、25、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、または100g/L以下である。理論に制約されるものではないが、より高いブタノール力価は、抽出発酵方法を用いて、発酵培地から毒性ブタノール生成物を除去し、それによって、微生物に対して有毒なレベルより低いレベルを保つことから得られると考えられる。 The volume of ISPR extractant used depends on several factors including the volume of the fermentation medium, the size of the fermentor, the partition coefficient of the extractant for the butanol product, and the selected fermentation mode, as described below. It depends on. The volume of the extractant can be about 3% to about 60% of the fermenter use volume. Depending on the efficiency of extraction, the aqueous phase titer of butanol in the fermentation medium can be, for example, from about 1 g / L to about 85 g / L, from about 10 g / L to about 40 g / L, from about 10 g / L to about 20 g / L. From about 15 g / L to about 50 g / L, or from about 20 g / L to about 60 g / L. In certain embodiments, the fermentation broth obtained after alcohol esterification may comprise free (ie, non-esterified) alcohol, and in certain embodiments, if the product alcohol is butanol, fermentation after alcohol esterification. The concentration of free alcohol in the broth is 1, 3, 6, 10, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, or 60 g / L, or the product alcohol is ethanol. In some cases, the concentration of free alcohol in the fermentation broth after alcohol esterification is 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90. , 95, or 100 g / L or less. Without being bound by theory, a higher butanol titer uses an extractive fermentation process to remove toxic butanol products from the fermentation medium, thereby keeping levels below levels that are toxic to microorganisms. It is thought that it is obtained from this.
原位置抽出発酵のバッチモードにおいて、所定の体積の有機抽出剤が発酵槽に加えられ、抽出剤は、プロセス中に除去されない。このモードは、発酵培地中の抑制性のブタノール生成物の濃度を最小限に抑えるために、より大きい体積の有機抽出剤を必要とする。その結果、発酵培地の体積は、より小さく、生成される生成物の量は、連続モードを用いて得られる量より少ない。例えば、バッチ式モードにおける抽出剤の体積は、一実施形態において発酵槽の使用体積の20%〜約60%であり、別の実施形態において約30%〜約60%であり得る。 In batch mode of in situ extraction fermentation, a predetermined volume of organic extractant is added to the fermentor and the extractant is not removed during the process. This mode requires a larger volume of organic extractant to minimize the concentration of inhibitory butanol product in the fermentation medium. As a result, the volume of the fermentation medium is smaller and the amount of product produced is less than that obtained using the continuous mode. For example, the volume of extractant in batch mode may be from 20% to about 60% of the fermenter usage volume in one embodiment and from about 30% to about 60% in another embodiment.
ガスストリッピング(図示せず)を、ISPR抽出剤と同時に用いて、生成物アルコールを発酵培地から除去することができる。 Gas stripping (not shown) can be used simultaneously with the ISPR extractant to remove product alcohol from the fermentation medium.
図1の実施形態において、生成物アルコールは、発酵ブロスから原位置で抽出され、二相混合物39の分離が、別個の槽35で起こる。ある実施形態において、二相混合物39の分離は、後述される図2および3の実施形態に示されるように、発酵槽で行うことができ、これらの図では、アルコール含有有機相流36が発酵槽30から直接出る。水相流34も発酵槽30から直接出ることができ、一切の残っている生成物アルコールを除去するように処理され、再利用され、または廃棄され、新しい発酵培地と交換され得る。有機抽出剤による生成物アルコールの抽出は、発酵ブロスからの微生物の除去を伴うかまたは伴わずに行うことができる。微生物は、以下に限定はされないが、ろ過または遠心分離を含む、当該技術分野において公知の手段によって、発酵ブロスから除去され得る。例えば、水相流34は、酵母などの微生物32を含み得る。微生物32は、例えば、遠心分離機(図示せず)において、水相流から容易に分離され得る。その後、微生物32は、発酵槽30に再利用することができ、発酵槽30は、時間の経過とともにアルコール生成の生成速度を上げ、それによって、アルコール生成の効率を高めることができる。
In the embodiment of FIG. 1, the product alcohol is extracted in situ from the fermentation broth and separation of the two-
原位置抽出発酵の連続モードにおいて、抽出剤の体積は、一実施形態において発酵槽の使用体積の約3%〜約50%であり、別の実施形態において約3%〜約30%であり、別の実施形態において3%〜約20%であり;別の実施形態において3%〜約10%であり得る。生成物は、反応器から連続して除去されるため、より小さい体積の抽出剤が必要とされ、より大きい体積の発酵培地の使用が可能になる。 In a continuous mode of in-situ extraction fermentation, the volume of the extractant is about 3% to about 50% of the use volume of the fermenter in one embodiment, and about 3% to about 30% in another embodiment. In another embodiment, from 3% to about 20%; in another embodiment, from 3% to about 10%. Since the product is continuously removed from the reactor, a smaller volume of extractant is required, allowing the use of a larger volume of fermentation medium.
原位置抽出発酵の代わりとして、生成物アルコールは、発酵槽30の下流の発酵ブロスから抽出され得る。このような場合、発酵ブロスは、発酵槽30から除去され、ISPR抽出剤と接触させるために槽35に導入されて、槽35中で二相混合物39が得られ、次に、これは、有機相36と水相34とに分離される。あるいは、ISPR抽出剤は、槽35に導入される前に、別個の槽(図示せず)中で発酵ブロスに加えられ得る。
As an alternative to in situ extraction fermentation, product alcohol can be extracted from the fermentation broth downstream of
非限定的なデータの裏づけのない(prophetic)実施例として、図1の実施形態を参照して、約4重量%のトウモロコシ油を通常含有し得る、磨砕された全粒トウモロコシ(原料12としての)の水性懸濁液が、約85℃〜120℃で30分間〜2時間にわたって、アミラーゼ(液化酵素14としての)で処理され得、得られた液化されたマッシュ16が、65℃〜30℃に冷却され、pH4.5〜7.5(ある実施形態において、pH5.5〜6.5)で、脂質中の利用可能な脂肪酸含量の、遊離脂肪酸への転化率が少なくとも30%から少なくとも99%もの高さになるのに十分な時間にわたって、0.1ppm〜10ppm(ある実施形態において、0.5ppm〜1.0ppm)のリパーゼ(触媒42としての)で処理され得る。任意に、液化され、リパーゼ処理されたマッシュ18は、発酵の前にリパーゼ42を失活させるように加熱され得る。マッシュ18は、(例えば、熱交換器を用いて)約30℃に冷却され、約25%〜30重量%の乾燥トウモロコシ固体で発酵槽30に充填され得る。グルコアミラーゼ(糖化酵素38としての)の添加による発酵中の液化されたマッシュ18の糖化により、グルコースが生成され得る。得られた発酵ブロスは、リパーゼ42で処理されていない液化されたマッシュを用いて、発酵ブロス中に存在し得るトウモロコシ油(例えば、約1.2重量%のトウモロコシ油)の量よりかなり少ない量を含有し得る。特に、リパーゼ42処理により、トウモロコシ油脂質26(トリグリセリド(TG))を、FFA28としてCOFA(およびいくらかのジグリセリド(DG)またはモノグリセリド(MG))に転化することができ、それが、発酵ブロスと接触する。COFAの存在下での発酵ブロス中の微生物の増殖速度および/またはグルコース消費は、脂肪酸がない場合の微生物の増殖速度および発酵性炭素消費より高くなり得る。例えば、実施例において後述されるように、図6〜8は、補充される脂肪酸の存在下でのブタノール生成微生物による増加されたグルコース消費を示す。
As a non-limiting data-proven example, referring to the embodiment of FIG. 1, ground whole corn (as raw material 12), which can typically contain about 4% by weight corn oil. )) Can be treated with amylase (as liquefying enzyme 14) at about 85 ° C. to 120 ° C. for 30 minutes to 2 hours, and the resulting liquefied
ある実施形態において、図1のシステムおよび方法は、原料スラリー16(油26を有する)および触媒42が導入され、スラリー18(FFA28を有する)を生成するように発酵槽30中で接触されるように変更され得る。その際、発酵槽温度を上げて、触媒42を熱により失活させることができる。その際、発酵槽温度を低下させることができ、発酵槽に微生物32を接種することができ、それによって、スラリー18の糖を発酵させて、生成物アルコールを生成することができる。
In certain embodiments, the system and method of FIG. 1 is such that feed slurry 16 (with oil 26) and
当業者に明らかであるはずであるように、ある実施形態において、図1のシステムおよび方法は、発酵槽30中の同時糖化発酵(SSF)が、発酵槽30の前に別個の糖化槽60(図2を参照)に置き換えられるように変更され得る。したがって、スラリー18は、SSFプロセスにおいて発酵前または発酵中に糖化され得る。原料油26の加水分解のための触媒42が、糖化酵素38の前、後、または同時に導入され得ることも明らかであるはずである。したがって、ある実施形態において、酵素38および触媒42の転化は段階的であり得(例えば、触媒42、次に酵素38、または逆の場合もある)またはほぼ同時(すなわち、人または機械が一回で添加を行うのにかかる時間と全く同じ時間で、あるいは人または機械が2回で添加を行うのにかかる時間と同じように1つの酵素/触媒の直後に他の触媒/酵素を添加する)であり得る。
As should be apparent to those skilled in the art, in one embodiment, the system and method of FIG. 1 allows a simultaneous saccharification and fermentation (SSF) in
例えば、図2の実施形態に示されるように、図1のシステムおよび方法は、発酵槽30中の同時糖化発酵(SSF)が、発酵槽30の前に別個の糖化槽60に置き換えられるように変更され得る。図2は、酵素38を受け入れる別個の糖化槽60を含み、触媒42が、液化され、糖化された原料流62に導入される以外は図1とほぼ同一である。原料スラリー16が、グルコアミラーゼなどの酵素38とともに糖化槽60に導入され、それによって、スラリー16中のオリゴ糖の形態の糖類が、単糖類へと分解され得る。液化され、糖化された原料流62が、糖化槽60を出て、それに触媒42が導入される。原料流62は、原料に由来する、単糖類、油26、および非溶解固体を含む。油26は、触媒42の導入によって加水分解され、遊離脂肪酸28および触媒42を有する液化され、糖化された原料スラリー64が得られる。
For example, as shown in the embodiment of FIG. 2, the system and method of FIG. 1 allows the simultaneous saccharification and fermentation (SSF) in the
あるいは、ある実施形態において、触媒42が、糖化酵素38とともに加えられて、グルコースを生成するのと同時に、油脂質26を遊離脂肪酸28に加水分解することができる。酵素38および触媒42の転化は段階的であり得(例えば、触媒42、次に酵素38、または逆の場合もある)または同時であり得る。あるいは、ある実施形態において、スラリー62が、発酵槽に導入され得、触媒42が、発酵槽30に直接加えられる。
Alternatively, in certain embodiments, the
図2の実施形態において、熱qが、原料スラリー64に加えられ、それによって、触媒42が失活し、次に、熱処理されたスラリー64が、単糖類を代謝して生成物アルコール(例えば、ブタノール)を生成するアルコール生成微生物32とともに発酵槽30に導入される。あるいは、スラリー64は、発酵槽30に供給され、微生物32の接種の前に、発酵槽中で熱qを加えられ得る。
In the embodiment of FIG. 2, heat q is added to the
図1を参照して上述したように、遊離脂肪酸28は、水相から生成物アルコールを優先的に分離するためのISPR抽出剤として働くこともできる。ある実施形態において、1種以上のさらなるISPR抽出剤29も、発酵槽30に導入され得る。二相混合物の分離が、発酵槽30中で行われ、それによって、アルコール含有有機相流36および水相流34が、発酵槽30から直接出る。あるいは、二相混合物の分離は、図1の実施形態において提供されるように、別個の槽35中で行われ得る。図2の実施形態の残りのプロセス作業は、図1と同一であるため、再度詳細に説明しない。
As described above with reference to FIG. 1, the
さらに他の実施形態において、FFA28を有する原料スラリー18が液化槽10から直接出て、発酵槽30に供給され得るように、原料12に由来する油26が、液化の前または液化中のいずれかで、FFA28へと触媒により加水分解され得る。例えば、油26を有する原料12が、油26中のグリセリドの少なくとも一部をFFA28へと加水分解するための触媒42とともに、液化槽10に供給され得る。原料12中のでんぷんを加水分解する酵素14(例えば、α−アミラーゼ)も、液化された原料を生成するために槽10に導入され得る。酵素14および触媒42の添加は、段階的または同時であり得る。例えば、油26の少なくとも一部が加水分解された後、触媒42が導入され得、次に、酵素14が導入され得る。あるいは、酵素14が導入され得、次に、触媒42が導入され得る。液化プロセスは、熱qの適用を含み得る。このような実施形態において、プロセス温度が触媒42を失活させる温度より低い場合、油26が加水分解され得るように、触媒42が液化の前または液化中に導入され得る。その後、熱qの適用は、失活が所望される場合、触媒42の液化および失活の2つの目的を提供し得る。
In yet another embodiment, the
図1〜3に関して上述した実施形態のいずれかを含むある実施形態において、非溶解固体が、発酵槽30に導入される前に、原料スラリーから除去され得る。例えば、図4の実施形態に示されるように、原料スラリー16が、非溶解固体を固相またはウェットケーキ24として排出するように構成される分離器20の入口に導入される。例えば、ある実施形態において、分離器20は、原料スラリー16から非溶解固体を分離するための、フィルタープレス、真空ろ過、または遠心分離機を含み得る。任意に、ある実施形態において、分離器20はまた、原料スラリー16中に存在する油26の一部、または実質的に全てを除去するように構成され得る。このような実施形態において、分離器20は、以下に限定はされないが、サイフォニング、吸入、デカンテーション、遠心分離、重力沈降器の使用、膜支援相分離などを含む、水性原料流から油を除去するための、当該技術分野において公知の任意の好適な分離器であり得る。糖および水を含む残りの原料は、水流22として発酵槽30に排出される。
In certain embodiments, including any of the embodiments described above with respect to FIGS. 1-3, undissolved solids can be removed from the raw slurry before being introduced into the
ある実施形態において、分離器20は、油26を除去するが、非溶解固体を除去しない。したがって、発酵槽30に供給される水流22は、非溶解固体を含む。ある実施形態において、分離器20は、糖および水を含有する水層(すなわち、流れ22)、非溶解固体を含有する固体層(すなわち、ウェットケーキ24)、および油層(すなわち、油流26)を含む遠心分離生成物を生成するように原料スラリー16を撹拌または回転させるトリカンター(tricanter)遠心分離機20を含む。遠心分離によって原料スラリー16から非溶解固体を除去するための方法およびシステムは、全体が参照により本明細書に援用される、2010年6月18日に出願された、同時係属中の、同一出願人が所有する米国仮特許出願第61/356,290号明細書に詳細に記載されている。
In certain embodiments,
いずれの場合も、図3に示されるように、触媒42が、除去された油26と接触されて、触媒42を含むFFA28の流れが生成され得る。次に、熱qが、FFA28の流れに加えられ得、それによって、触媒42が失活する。次に、FFA28および不活性な触媒42の流れは、流れ22および微生物32とともに、発酵槽30に導入され得る。あるいは、FFA28および活性触媒42は、槽40から発酵槽30に供給され得、その後、活性触媒42は、微生物32の接種の前に、熱qを加えられ、発酵槽中で失活され得る。
In either case, as shown in FIG. 3, the
FFA28は、ISPR抽出剤28として働くことができ、発酵槽30中で二相混合物を形成する。SSFによって生成される生成物アルコールは、FFA28によって構成される有機相36中に分離する。ある実施形態において、1種以上のさらなるISPR抽出剤29も、発酵槽30に導入され得る。したがって、油26(例えば、原料に由来する)は、FFA28に触媒により加水分解され、それによって、ISPR抽出剤も生成しつつ、ISPR抽出剤中の脂質の蓄積の速度を低下させることができる。有機相36は、槽35において二相混合物39の水相34から分離され得る。ある実施形態において、二相混合物39の分離は、図2および3に記載される実施形態に示されるように、発酵槽で行うことができ、これらの図では、アルコール含有有機相流36は、発酵槽30から直接出る。有機相36は、図1に示されるように、生成物アルコール54の回収および回収された抽出剤27の任意選択の再利用のために、分離器50に導入され得る。図3の実施形態の残りのプロセス作業は、図1と同一であるため、再度詳細に説明しない。
The
ウェットケーキ24が、遠心分離機20を介して除去されるとき、ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料12からの油の一部が、ウェットケーキ24中に残る。水溶液22が遠心分離機20から排出されてから、ウェットケーキ24は、遠心分離機においてさらなる水で洗浄され得る。ウェットケーキ24の洗浄により、ウェットケーキ中に存在する糖(例えば、オリゴ糖)を回収し、回収された糖および水は、液化槽10に再利用され得る。洗浄後、ウェットケーキ20は、任意の好適な公知の方法によって、乾燥されて、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)が形成され得る。遠心分離機20において形成されるウェットケーキ24からのDDGSの形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵槽に送られないため、DDGSは、抽出剤および/またはブタノールなどの生成物アルコールを捕捉せず、DDGSは、発酵槽の条件に供されず、発酵槽中に存在する微生物と接触しない。全てのこれらの利点が、例えば、動物飼料としてのDDGSの処理および販売をより容易にする。ある実施形態において、油26は、ウェットケーキ24から別々に排出されず、油26は、ウェットケーキ24の一部として含まれ、最終的にDDGS中に存在する。このような場合、油は、DDGSから分離され、同じかまたは異なるアルコール発酵プロセスにおいてその後の使用のためにISPR抽出剤29に転化され得る。遠心分離によって原料16から非溶解固体を除去するための方法およびシステムは、全体が参照により本明細書に援用される、2010年6月18日に出願された、同時係属中の、同一出願人が所有する米国仮特許出願第61/356,290号明細書に詳細に記載されている。
When the
さらに他の実施形態(図示せず)において、当業者に明らかであるはずであるように、糖化が、分離器20と液化槽10との間に位置する別個の糖化槽60(図2を参照)で行われ得る。
In still other embodiments (not shown), saccharification is performed in a separate saccharification tank 60 (see FIG. 2) located between the
例えば、図4の実施形態に示されるさらに他の実施形態において、天然油26’が、触媒42も供給される槽40に供給され、それによって、油26’中のグリセリドの少なくとも一部が加水分解されて、FFA28’が形成される。その後、触媒42が、熱qの適用などによって失活され得る。次に、FFA28’および不活性な触媒42を含む槽40からの生成物流が、原料油26、およびある実施形態において、非溶解固体が、分離器20(例えば、図3の実施形態を参照)によって予め除去された水性原料流22とともに、発酵槽30に導入される。糖化酵素38および微生物32も、発酵槽30に導入され、それによって、生成物アルコールが、SSFによって生成される。
For example, in yet another embodiment shown in the embodiment of FIG. 4,
あるいは、油26’および触媒42は、発酵槽30に直接供給され得、その中で、油26’が、槽40を用いずにFFA28’に加水分解される。その後、活性触媒42は、熱qを加えられ、微生物32の接種の前に発酵槽中で失活され得る。あるいは、FFA28’および活性触媒42は、槽40から発酵槽30に供給され得、活性触媒42は、その後、熱qを加えられ、微生物32の接種の前に発酵槽中で失活され得る。このような実施形態において、油26が除去された流れ22ではなく、油26を含む原料スラリー16が、発酵槽30に供給され、活性触媒42と接触され得る。したがって、活性触媒42を用いて、油26をFFA28へと加水分解することができ、それによって、発酵槽中の油の存在に起因し得る、時間の経過に伴う抽出剤の損失および/または抽出剤の分配係数の低下を抑えることができる。
Alternatively, oil 26 'and
ある実施形態において、当業者に明らかであるはずであるように、図4のシステムおよび方法は、発酵槽30中の同時糖化発酵が、発酵槽30の前に別個の糖化槽60と置き換えられるように変更され得る。
In certain embodiments, the system and method of FIG. 4 allows the simultaneous saccharification and fermentation in the
ある実施形態において、天然油26’が、獣脂、トウモロコシ油、キャノーラ油、カプリン酸/カプリル酸トリグリセリド、ヒマシ油、ヤシ油、綿実油、魚油、ホホバ油、ラード、亜麻仁油、牛脚油、オイチシカ油、パーム油、ピーナッツ油、ナタネ油、米油、ベニバナ油、大豆油、ヒマワリ油、キリ油、ジャトロファ油、植物油ブレンド、およびそれらの混合物であり得る。ある実施形態において、天然油26’は、2種以上の天然油の混合物、例えば、パーム油と大豆油との混合物である。ある実施形態において、天然油26’は植物由来油である。ある実施形態において、植物由来油は、必ずしもではないが、発酵プロセスに使用され得るバイオマスに由来し得る。バイオマスは、原料12(流れ22として図4に示される)が得られる同じかまたは異なる供給源であり得る。したがって、例えば、ある実施形態において、油26’は、トウモロコシに由来し得るが、原料12はサトウキビであり得る。例えば、ある実施形態において、油26’は、トウモロコシに由来し得、原料12のバイオマス源もトウモロコシである。当業者に明らかであるはずであるように、原料12に対して油26’の異なるバイオマス源の考えられるあらゆる組合せを使用することができる。図4の実施形態の残りのプロセス作業は、図1と同一であるため、再度詳細に説明しない。
In certain embodiments, the natural oil 26 'is tallow, corn oil, canola oil, capric / caprylic triglyceride, castor oil, coconut oil, cottonseed oil, fish oil, jojoba oil, lard, linseed oil, cow leg oil, juicy oil. , Palm oil, peanut oil, rapeseed oil, rice oil, safflower oil, soybean oil, sunflower oil, kiri oil, jatropha oil, vegetable oil blends, and mixtures thereof. In certain embodiments, natural oil 26 'is a mixture of two or more natural oils, such as a mixture of palm oil and soybean oil. In certain embodiments, natural oil 26 'is a plant derived oil. In certain embodiments, the plant-derived oil can be derived from biomass that can be used in the fermentation process, but not necessarily. Biomass can be the same or different source from which feedstock 12 (shown in FIG. 4 as stream 22) is obtained. Thus, for example, in certain embodiments, oil 26 'can be derived from corn, while
本発明のある実施形態において、原料12中に存在するバイオマス油は、アルコール発酵の後の工程においてFFA28に転化され得る。次に、FFA28は、発酵槽に導入され、アルコール生成微生物の向上した増殖速度および/または発酵性炭素消費を達成するために発酵ブロスと接触され得る。FFA28は、ISPR抽出剤28としても働き得る。例えば、図5の実施形態において、原料12が液化されて、原料に由来する油26を含む原料スラリー16が生成される。原料スラリー16は、原料に由来する非溶解固体も含み得る。あるいは、非溶解固体は、遠心分離機(図示せず)などの分離器によってスラリー16から分離され得る。油26を含有する原料スラリー16は、糖化酵素38および微生物32を含む発酵ブロスを含む発酵槽30に直接導入される。生成物アルコールが、発酵槽30中のSSFによって生成される。あるいは、ある実施形態において、プロセスは、図2に関連して説明されるように、別個の糖化槽を含むように変更され得る。
In certain embodiments of the present invention, biomass oil present in
ISPR抽出剤29が、発酵槽30に導入されて、二相混合物が形成され、生成物アルコールは、ISPR抽出剤29の有機相中に分離することによって除去される。油26も有機相中に分離する。二相混合物の分離は発酵槽30中で行われ、それによって、アルコール含有有機相流36および水相流34が、発酵槽30から直接出る。あるいは、二相混合物の分離は、図1の実施形態において提供されるように、別個の槽35に行われ得る。油26を含む有機相流36は、分離器50に導入されて、抽出剤29から生成物アルコール54が回収される。得られるアルコール希薄抽出剤27は、回収された抽出剤29および油26を含む。抽出剤27は、触媒42と接触され、それによって、油26中のグリセリドの少なくとも一部が加水分解されて、FFA28が形成される。次に、発酵槽30中に戻されて再利用される前に、触媒42を失活させるために、FFA28を含む抽出剤27に熱qを加えることができる。このような再利用される抽出剤流27は、別個の流れまたは新鮮な、補給(make−up)抽出剤流29と組み合わされた流れであり得る。次に、発酵槽30からのアルコール含有有機相36の後の引き抜きは、新たに導入される原料スラリー16からの生成物アルコールおよびさらなる油26に加えて、FFA28およびISPR抽出剤29(新鮮な抽出剤29および再利用される抽出剤27として)を含み得る。次に、有機相36は、生成物アルコールを回収するように処理され、上述したのと同様に、さらなる油26の加水分解のために触媒42と接触させた後、発酵槽30に戻されて再利用され得る。ある実施形態において、プロセス自体が生成物アルコールを抽出するための補給ISPR抽出剤としてFFA28を生成し得るため、発酵プロセスが時間とともに運転されるにつれて、補給ISPR抽出剤29の使用を段階的に停止することができる。したがって、ISPR抽出剤は、FFA28とともに再利用される抽出剤27の流れであり得る。
したがって、図1〜5は、発酵プロセスを含む方法およびシステムの様々な非限定的な実施形態およびバイオマス由来の油26の加水分解から生成されるFFA28、および発酵増殖の際に微生物と接触させるのに使用され得る植物由来油などの天然油26’の触媒加水分解から生成されるFFA28’を提供し、それによって、微生物の増殖速度および/または発酵性炭素消費が、遊離脂肪酸の存在下でより高くなり、アルコール生産性の向上が可能になる。
Accordingly, FIGS. 1-5 show various non-limiting embodiments of methods and systems including fermentation processes and
上記の説明および実施例から、当業者は、本発明の本質的な特徴を確認することができ、本発明から逸脱せずに様々な用途および条件に適合させるように、本発明の様々な変形および変更を行うことができる。例えば、ある実施形態において、本発明に係る脂肪酸の補充は、発酵前、すなわち、発酵槽30中の発酵の前の微生物32のシード培養中に用いられ得る。当該技術分野において公知であるように、通常、酵母などの微生物32は、採取され、発酵槽30に接種される前に、所望の細胞濃度になるようにシード培地から増殖され得る。したがって、ある実施形態によれば、シード培地は、FFA28と接触され得、それによって、向上した増殖速度および微生物のバイオマス生成が達成され得、アルコール発酵プロセスのシード培養段階に関連する発酵前の時間が短縮され得る。したがって、本発明から逸脱せずに、プロセス効率全体を向上するために、本発明に係る脂肪酸の補充が、アルコール発酵プロセス中の様々な段階で、例えば、発酵前の培養および発酵中に用いられ得ることが明らかであるはずである。
From the above description and examples, those skilled in the art can ascertain the essential characteristics of the present invention and various modifications of the present invention to adapt to various applications and conditions without departing from the invention. And can make changes. For example, in certain embodiments, supplementation with fatty acids according to the present invention may be used prior to fermentation, ie, during seed culture of
図1〜5を参照して記載される上述した実施形態のいずれかを含むある実施形態において、発酵槽30中の発酵ブロスは、少なくとも1つの発酵性炭素源からブタノールへの生合成経路を介してブタノールを生成するように遺伝子組み換え(すなわち、遺伝子操作)された少なくとも1種の組み換え微生物32を含む。特に、組み換え微生物は、好適な炭素基質を含有する発酵ブロス中で増殖され得る。さらなる炭素基質としては、以下に限定はされないが、フルクトースなどの単糖類;ラクトース、マルトース、またはスクロースなどのオリゴ糖;でんぷんまたはセルロースなどの多糖類;あるいはそれらの混合物、ならびに乳清透過液、コーンスティープリカー、サトウダイコン糖蜜、および大麦麦芽などの再生可能な原料からの精製されていない混合物が挙げられる。他の炭素基質としては、エタノール、乳酸塩、コハク酸塩、またはグリセロールが挙げられる。
In certain embodiments, including any of the above-described embodiments described with reference to FIGS. 1-5, the fermentation broth in
さらに、炭素基質は、主要な生化学中間体への代謝的転化が示された、二酸化炭素またはメタノールなどの一炭素基質でもあり得る。一炭素基質および二炭素基質に加えて、メチロトローフ生物は、メチルアミン、グルコサミン、および代謝活性のための様々なアミノ酸などのいくつかの他の炭素含有化合物を用いることも知られている。例えば、メチロトローフ酵母は、メチルアミンからの炭素を用いて、トレハロースまたはグリセロールを形成することが知られている(Bellion,et al.,Microb.Growth C1 Compd.,[Int.Symp.],7th(1993)、415−32,Editor(s):Murrell,J.Collin;Kelly,Don P.Publisher:Intercept,Andover,UK)。同様に、カンジダ属(Candida)の様々な種が、アラニンまたはオレイン酸を代謝する(Sulter,et al.,Arch.Microbiol.153:485−489,1990)。したがって、本発明に用いられる炭素の供給源が、多種多様な炭素含有基質を包含してもよく、生物の選択のみによって限定されると考えられる。 In addition, the carbon substrate can be a monocarbon substrate, such as carbon dioxide or methanol, that has been shown to be metabolically converted to a major biochemical intermediate. In addition to single and dual carbon substrates, methylotrophic organisms are also known to use several other carbon-containing compounds such as methylamine, glucosamine, and various amino acids for metabolic activity. For example, methylotrophic yeast is known to form trehalose or glycerol using carbon from methylamine (Bellion, et al., Microb. Growth C1 Compd., [Int. Symp.], 7th ( 1993), 415-32, Editor (s): Murrell, J. Collin; Kelly, Don P. Publisher: Intercept, Andover, UK). Similarly, various species of Candida metabolize alanine or oleic acid (Sulter, et al., Arch. Microbiol. 153: 485-489, 1990). Accordingly, it is believed that the carbon source used in the present invention may include a wide variety of carbon-containing substrates and is limited only by the choice of organism.
上記の炭素基質およびそれらの混合物の全てが好適であると考えられるが、ある実施形態において、炭素基質は、グルコース、フルクトース、およびスクロース、あるいはこれらの基質と、C5糖類を使用するように改変された酵母のためのキシロースおよび/またはアラビノースなどのC5糖類との混合物である。スクロースは、サトウキビ、サトウダイコン、キャッサバ、スイートソルガム、およびそれらの混合物などの再生可能な糖源に由来し得る。グルコースおよびデキストロースは、トウモロコシ、小麦、ライ麦、大麦、オート麦、およびそれらの混合物などの穀類を含むでんぷんベースの原料の糖化によって、再生可能な穀類源から誘導され得る。さらに、発酵性糖は、例えば、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0031918 A1号明細書に記載されるような、前処理および糖化のプロセスによって、再生可能なセルロース系またはリグノセルロース系バイオマスから誘導され得る。適切な炭素源(水流22からの)に加えて、発酵ブロスは、培養物の成長およびジヒドロキシ酸デヒドラターゼ(DHAD)を含む酵素経路の促進に適した、当業者に公知の、好適な無機物、塩、補因子、緩衝液および他の成分を含有しなければならない。 Although all of the above carbon substrates and mixtures thereof are considered suitable, in certain embodiments, the carbon substrate is modified to use glucose, fructose, and sucrose, or these substrates, and C5 saccharides. A mixture with C5 sugars such as xylose and / or arabinose for fresh yeast. Sucrose can be derived from renewable sugar sources such as sugar cane, sugar beet, cassava, sweet sorghum, and mixtures thereof. Glucose and dextrose can be derived from renewable cereal sources by saccharification of starch-based ingredients including cereals such as corn, wheat, rye, barley, oats, and mixtures thereof. In addition, fermentable sugars can be regenerated from cellulosic systems by pretreatment and saccharification processes, such as described in US Patent Application Publication No. 2007/0031918 A1, which is incorporated herein by reference. Alternatively, it can be derived from lignocellulosic biomass. In addition to a suitable carbon source (from water stream 22), the fermentation broth is suitable minerals, salts known to those skilled in the art, suitable for growth of cultures and promotion of enzymatic pathways including dihydroxy acid dehydratase (DHAD). Must contain cofactors, buffers and other ingredients.
生合成経路を介してブタノールを生成する組み換え微生物としては、クロストリジウム属(Clostridium)、ザイモモナス属(Zymomonas)、エシェリキア属(Escherichia)、サルモネラ属(Salmonella)、セラチア属(Serratia)、エルウイニア属(Erwinia)、クレブシエラ属(Klebsiella)、赤痢菌属(Shigella)、ロドコッカス属(Rhodococcus)、シュードモナス属(Pseudomonas)、バチルス属(Bacillus)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、エンテロコッカス属(Enterococcus)、アルカリゲネス属(Alcaligenes)、クレブシエラ属(Klebsiella)、パエニバチルス属(Paenibacillus)、アルスロバクター属(Arthrobacter)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)、ブレビバクテリウム属(Brevibacterium)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、クルイベロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウイア属(Yarrowia)、ピヒア属(Pichia)、カンジダ属(Candida)、ハンゼヌラ属(Hansenula)、またはサッカロマイセス属(Saccharomyces)のメンバーが挙げられる。一実施形態において、組み換え微生物は、大腸菌(Escherichia coli)、ラクトバチルス・プランタルム(Lactobacillus plantarum)、およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)からなる群から選択され得る。一実施形態において、組み換え微生物は、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、ジゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、デッケラ属(Dekkera)、トルロプシス属(Torulopsis)、ブレタノマイセス属(Brettanomyces)、およびカンジダ属(Candida)のいくつかの種から選択されるクラブトリー陽性酵母である。クラブトリー陽性酵母の種としては、以下に限定はされないが、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、サッカロマイセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)、サッカロマイセス・ミカタエ(Saccharomyces mikatae)、サッカロマイセス・パラドキサス(Saccharomyces paradoxus)、ジゴサッカロマイセス・ルーキシィ(Zygosaccharomyces rouxii)、およびカンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)が挙げられる。例えば、微生物による発酵を用いたブタノールの生成、ならびにブタノールを生成する微生物は公知であり、例えば、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第2009/0305370号明細書に開示されている。ある実施形態において、微生物は、ブタノール生合成経路を含む。好適なイソブタノール生合成経路は、当該技術分野において公知である(例えば、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0092957号明細書を参照)。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、または少なくとも4つのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する全てのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、微生物は、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む。ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を実質的に含まない微生物が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305363号明細書に記載されている。GPD2などのNAD依存性グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を有する酵素を実質的に含まない微生物も、この文献に記載されている。 Recombinant microorganisms that produce butanol via the biosynthetic pathway include Clostridium, Zymomonas, Escherichia, Salmonella, Serratia, and Erwinia. , Klebsiella genus, Shigella genus, Rhodococcus genus, Pseudomonas genus, Bacillus genus, Lactobacillus genus L , Klebsiella, Paenibatil Genus (Paenibacillus), Arthrobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, Schizosaccharomyces, Kryveres, Kluyvermyeso ), Pichia, Candida, Hansenula, or Saccharomyces. In one embodiment, the recombinant microorganism may be selected from the group consisting of Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, and Saccharomyces cerevisiae. In one embodiment, the recombinant microorganism is selected from the genus Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces, Dekkera, Toltopres iss, Torulopsis is, Crabtree positive yeast selected from several species of the genus (Candida). The species of Crabtree positive yeast are not limited to the following, but include Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces kluyveri, Schizosaccharomyces pombe Saccharomyces mikatae, Saccharomyces paradoxus, Zygosaccharomyces rouxii, and Candida glabra gata rata). For example, the production of butanol using fermentation by microorganisms, as well as microorganisms that produce butanol are known and are disclosed, for example, in U.S. Patent Application Publication No. 2009/0305370, which is hereby incorporated by reference. Yes. In certain embodiments, the microorganism comprises a butanol biosynthetic pathway. Suitable isobutanol biosynthetic pathways are known in the art (see, eg, US Patent Application Publication No. 2007/0092957, incorporated herein by reference). In certain embodiments, at least one, at least two, at least three, or at least four polypeptides that catalyze pathway substrate-product conversion are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, all polypeptides that catalyze pathway substrate-product conversion are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, the microorganism comprises a decrease or disappearance of pyruvate decarboxylase activity. Microorganisms that are substantially free of pyruvate decarboxylase activity are described in US Patent Application Publication No. 2009/030305363, which is incorporated herein by reference. Microorganisms substantially free of enzymes having NAD-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity, such as GPD2, are also described in this document.
実施例に使用されるものを含む特定の株の構造が、本明細書に提供される。 Specific strain structures, including those used in the examples, are provided herein.
サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株BP1083(「NGCI−070」;PNY1504)の作成
株BP1064は、CEN.PK 113−7D(CBS 8340;Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)Fungal Biodiversity Centre,Netherlands)から得られ、以下の遺伝子の欠失を含む:URA3、HIS3、PDC1、PDC5、PDC6、およびGPD2。BP1064を、プラスミドpYZ090(配列番号1、米国仮特許出願第61/246,844号明細書に記載される)およびpLH468(配列番号2)で形質転換して、株NGCI−070(BP1083、PNY1504)を生成した。
Preparation of Saccharomyces cerevisiae strain BP1083 ("NGCI-070"; PNY1504) Strain BP1064 is a CEN. PK 113-7D (CBS 8340; Centralbureau voor Schulmelculures (CBS) Fungal Biodiversity Centre, Netherlands), including deletions of the following genes: URA3, HIS3, PDC1, PDC5, PDC5, PDC5, PDC5, PDC5 BP1064 was transformed with plasmids pYZ090 (SEQ ID NO: 1, described in US Provisional Patent Application No. 61 / 246,844) and pLH468 (SEQ ID NO: 2) to obtain strain NGCI-070 (BP1083, PNY1504). Was generated.
標的遺伝子および形質転換体の選択のためのG418耐性マーカーまたはURA3遺伝子のいずれかの上流および下流の相同領域を含むPCR断片による相同的組み換えによって、全コード配列を完全に除去した欠失を作り出した。loxP部位が側面にあるG418耐性マーカーを、Creリコンビナーゼを用いて除去した。URA3遺伝子を相同的組み換えによって除去して、無瘢痕(scarless)欠失を作り出し、またはloxP部位が側面にある場合、Creリコンビナーゼを用いて除去した。 Homologous recombination with PCR fragments containing homologous regions upstream and downstream of either the G418 resistance marker for selection of target genes and transformants or the URA3 gene created deletions that completely removed the entire coding sequence. . The G418 resistance marker flanked by the loxP site was removed using Cre recombinase. The URA3 gene was removed by homologous recombination to create a scarless deletion or, if the loxP site is flanked, removed using Cre recombinase.
無瘢痕欠失の手順を、Akada,et al.,(Yeast 23:399−405,2006)から適応させた。一般に、各無瘢痕欠失のためのPCRカセットを、PCRを重複させることによって、4つの断片、A−B−U−Cを組み合わせることによって作製した。PCRカセットは、プロモーター(URA3遺伝子の上流の250bp)およびターミネーター(URA3遺伝子の下流の150bp)とともに、天然CEN.PK 113−7D URA3遺伝子からなる、選択可能な/対抗選択可能な(counter−selectable)マーカー、URA3(断片U)を含有していた。それぞれ長さ500bpの断片AおよびCは、標的遺伝子のすぐ上流の500bp(断片A)および標的遺伝子の3’500bp(断片C)に対応していた。断片AおよびCを、相同的組み換えによる、染色体へのカセットの組み込みに使用した。断片Bに対応する配列の直接の繰り返しが、染色体へのカセットの組み込みの際に生成された際、断片B(長さ500bp)は、標的遺伝子のすぐ下流の500bpに対応し、それを、相同的組み換えによる、染色体からのURA3マーカーおよび断片Cの切除に使用した。PCR産物ABUCカセットを用いて、URA3マーカーを、相同的組み換えによって、まず染色体に組み込み、次に染色体から切除した。最初の組み込みにより、3’500bpを除いて、遺伝子を欠失させた。切除の際、遺伝子の3’500bp領域も欠失させた。この方法を用いた遺伝子の組み込みでは、組み込まれる遺伝子が、断片AとBとの間のPCRカセットに含まれていた。 The procedure for scarless deletion is described in Akada, et al. , (Yeast 23: 399-405, 2006). In general, a PCR cassette for each scarless deletion was made by combining the four fragments, ABUC, by overlapping PCR. The PCR cassette, along with a promoter (250 bp upstream of the URA3 gene) and a terminator (150 bp downstream of the URA3 gene), is a native CEN. It contained a selectable / counter-selectable marker, URA3 (fragment U), consisting of the PK 113-7D URA3 gene. Fragments A and C, each 500 bp in length, corresponded to 500 bp (fragment A) immediately upstream of the target gene and 3'500 bp (fragment C) of the target gene. Fragments A and C were used for integration of the cassette into the chromosome by homologous recombination. When a direct repeat of the sequence corresponding to fragment B was generated upon integration of the cassette into the chromosome, fragment B (500 bp in length) corresponds to 500 bp immediately downstream of the target gene, which Used to excise the URA3 marker and fragment C from the chromosome by genetic recombination. Using the PCR product ABUC cassette, the URA3 marker was first integrated into the chromosome and then excised from the chromosome by homologous recombination. Upon initial integration, the gene was deleted except for 3'500 bp. At the time of excision, the 3'500 bp region of the gene was also deleted. In gene integration using this method, the gene to be integrated was contained in the PCR cassette between fragments A and B.
URA3の欠失
内因性URA3コード領域を欠失させるために、ura3::loxP−kanMX−loxPカセットを、pLA54鋳型DNA(配列番号3)からPCRで増幅した。pLA54は、K.ラクチス(K.lactis)TEF1プロモーターおよびkanMXマーカーを含有し、Creリコンビナーゼによる組み換えおよびマーカーの除去を可能にするloxP部位が側面にある。Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマーBK505およびBK506(配列番号4および5)を用いて、PCRを行った。loxP−kanMX−loxPマーカーの組み込みが、URA3コード領域の置換をもたらすように、各プライマーのURA3部分を、URA3プロモーターの上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得た。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY、pp.201−202)を用いて、PCR産物をCEN.PK 113−7Dへと形質転換し、30℃でG418(100μg/mL)を含有するYPDにおいて形質転換体を選択した。プライマーLA468およびLA492(配列番号6および7)ならびに指定されるCEN.PK 113−7D Δura3::kanMXを用いたPCRによって、形質転換体をスクリーニングして、正確な組み込みを確認した。
Deletion of URA3 To delete the endogenous URA3 coding region, the ura3 :: loxP-kanMX-loxP cassette was amplified by PCR from pLA54 template DNA (SEQ ID NO: 3). pLA54 is K.I. The loxP site is flanked, containing the K. lactis TEF1 promoter and the kanMX marker, allowing recombination by Cre recombinase and removal of the marker. PCR was performed using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers BK505 and BK506 (SEQ ID NOs: 4 and 5). The URA3 portion of each primer was obtained from the 5 ′ region upstream of the URA3 promoter and the 3 ′ region downstream of the coding region so that incorporation of the loxP-kanMX-loxP marker resulted in substitution of the URA3 coding region. Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the PCR product is CEN. Transformants were selected into YK containing G418 (100 μg / mL) at 30 ° C. transformed into PK 113-7D. Primers LA468 and LA492 (SEQ ID NOs: 6 and 7) and the designated CEN. Transformants were screened by PCR using PK 113-7D Δura3 :: kanMX to confirm correct integration.
HIS3の欠失
無瘢痕HIS3欠失のためのPCRカセットの4つの断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact、キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。HIS3断片Aを、HIS3断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP452(配列番号14)およびプライマーoBP453(配列番号15)を用いて増幅した。HIS3断片Bを、HIS3断片Aの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP454(配列番号16)、およびHIS3断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP455(配列番号17)を用いて増幅した。HIS3断片Uを、HIS3断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP456(配列番号18)、およびHIS3断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP457(配列番号19)を用いて増幅した。HIS3断片Cを、HIS3断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP458(配列番号20)、およびプライマーoBP459(配列番号21)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。HIS3断片AおよびHIS3断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP452(配列番号14)およびoBP455(配列番号17)を用いて増幅することによって、HIS3断片ABを生成した。HIS3断片UおよびHIS3断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP456(配列番号18)およびoBP459(配列番号21)を用いて増幅することによって、HIS3断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いてGel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。HIS3断片ABおよびHIS3断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP452(配列番号14)およびoBP459(配列番号21)を用いて増幅することによって、HIS3 ABUCカセットを生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
HIS3 Deletion Four fragments of a PCR cassette for scarless HIS3 deletion were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene®. Trademark: Yeast / Bact, CEN. As a template, prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. HIS3 fragment A was amplified using primer oBP452 (SEQ ID NO: 14) and primer oBP453 (SEQ ID NO: 15) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of HIS3 fragment B. Primer oBP454 (SEQ ID NO: 16) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of HIS3 fragment A, and a 5 'tail having homology to the 5' end of HIS3 fragment U Was amplified using a primer oBP455 (SEQ ID NO: 17). Primer oBP456 (SEQ ID NO: 18) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of HIS3 fragment B, and HIS3 fragment U, 5 'tail having homology to the 5' end of HIS3 fragment C Was amplified using a primer oBP457 (SEQ ID NO: 19) containing HIS3 fragment C was amplified using primer oBP458 (SEQ ID NO: 20) containing a 5 ′ tail with homology to the 3 ′ end of HIS3 fragment U, and primer oBP459 (SEQ ID NO: 21). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). HIS3 fragment AB was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment A and HIS3 fragment B and amplifying with primers oBP452 (SEQ ID NO: 14) and oBP455 (SEQ ID NO: 17). HIS3 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment U and HIS3 fragment C and amplifying with primers oBP456 (SEQ ID NO: 18) and oBP459 (SEQ ID NO: 21). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). The HIS3 ABUC cassette was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment AB and HIS3 fragment UC and amplifying with primers oBP452 (SEQ ID NO: 14) and oBP459 (SEQ ID NO: 21). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).
CEN.PK 113−7D Δura3::kanMXのコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてHIS3 ABUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養(plate)した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP460(配列番号22)およびoBP461(配列番号23)によるPCRによって、his3ノックアウトを有する形質転換体をスクリーニングした。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::kanMX Δhis3::URA3として選択した。 CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: kanMX were prepared and transformed with HIS3 ABUC PCR cassette using Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.). The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Transformants with his3 knockout were screened by PCR with primers oBP460 (SEQ ID NO: 22) and oBP461 (SEQ ID NO: 23) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: kanMX Δhis3 :: URA3.
Δura3部位からのKanMXマーカー除去およびΔhis3部位からのURA3マーカー除去
Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いて、pRS423::PGAL1−cre(配列番号66、米国仮特許出願第61/290,639号明細書に記載される)でCEN.PK 113−7D Δura3::kanMX Δhis3::URA3を形質転換し、30℃で2%のグルコースが補充されたヒスチジンおよびウラシル欠損合成完全培地において平板培養することによって、KanMXマーカーを除去した。形質転換体を、30℃で約6時間にわたって1%のガラクトースが補充されたYP中で増殖させて、CreリコンビナーゼおよびKanMXマーカー切除を誘発し、回収のために30℃でYPD(2%のグルコース)プレートに平板培養した。分離株を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(5−FOA、0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。5−FOA耐性分離株を、pRS423::PGAL1−creプラスミドを除去するために、YPDにおいて増殖させ、平板培養した。YPD+G418プレート、ウラシル欠損合成完全培地のプレート、およびヒスチジン欠損合成完全培地のプレートにおける増殖をアッセイすることによって、KanMXマーカー、URA3マーカー、およびpRS423::PGAL1−creプラスミドの損失について分離株を調べた。G418に対して感受性であり、かつウラシルおよびヒスチジンに対して栄養要求性であった正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3として選択し、BP857として表した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、Δura3についてはプライマーoBP450(配列番号24)およびoBP451(配列番号25)、およびΔhis3についてはプライマーoBP460(配列番号22)およびoBP461(配列番号23)によるPCRおよび配列決定によって、欠失およびマーカー除去を確認した。
KanMX marker removal from Δura3 site and URA3 marker removal from Δhis3 site Using the Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.), PRS423 :: PGAL1-cre (SEQ ID NO: 66, USA) Provisional patent application 61 / 290,639) and CEN. The KanMX marker was removed by transforming PK 113-7D Δura3 :: kanMX Δhis3 :: URA3 and plating in histidine and uracil deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were grown in YP supplemented with 1% galactose for about 6 hours at 30 ° C. to induce Cre recombinase and KanMX marker excision and YPD (2% glucose at 30 ° C. for recovery. ) Plated on plate. Isolates grown overnight in YPD and plated at 30 ° C. in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (5-FOA, 0.1%) to lose URA3 marker Selected. 5-FOA resistant isolates were grown in YPD and plated to remove the pRS423 :: PGAL1-cre plasmid. Isolates were examined for loss of KanMX marker, URA3 marker, and pRS423 :: PGAL1-cre plasmid by assaying growth on YPD + G418 plates, plates of uracil-deficient synthetic complete medium, and plates of histidine-deficient synthetic complete medium. An accurate isolate that was sensitive to G418 and auxotrophic for uracil and histidine was obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 and represented as BP857. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA), primers oBP450 (SEQ ID NO: 24) and oBP451 (SEQ ID NO: 25) for Δura3, and primer oBP460 (SEQ ID NO: 22) for Δhis3 and Deletion and marker removal were confirmed by PCR and sequencing with oBP461 (SEQ ID NO: 23).
PDC6の欠失
無瘢痕PDC6欠失のためのPCRカセットの4つの断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。PDC6断片Aを、PDC6断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP440(配列番号26)およびプライマーoBP441(配列番号27)を用いて増幅した。PDC6断片Bを、PDC6断片Aの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP442(配列番号28)、およびPDC6断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP443(配列番号29)を用いて増幅した。PDC6断片Uを、PDC6断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP444(配列番号30)、およびPDC6断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP445(配列番号31)を用いて増幅した。PDC6断片Cを、PDC6断片U3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP446(配列番号32)、およびプライマーoBP447(配列番号33)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC6断片AおよびPDC6断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP440(配列番号26)およびoBP443(配列番号29)を用いて増幅することによって、PDC6断片ABを生成した。PDC6断片UおよびPDC6断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP444(配列番号30)およびoBP447(配列番号33)を用いて増幅することによって、PDC6断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いてGel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。PDC6断片ABおよびPDC6断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP440(配列番号26)およびoBP447(配列番号33)を用いて増幅することによって、PDC6 ABUCカセットを生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
PDC6 Deletion Four fragments of a PCR cassette for scarless PDC6 deletion were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene®. Trademark) Yeast / Bact. CEN. As a template prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. PDC6 fragment A was amplified using primer oBP440 (SEQ ID NO: 26) and primer oBP441 (SEQ ID NO: 27) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of PDC6 fragment B. Primer oBP442 (SEQ ID NO: 28) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC6 fragment A, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC6 fragment U Amplification was performed using primer oBP443 (SEQ ID NO: 29). Primer oBP444 (SEQ ID NO: 30) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC6 fragment B, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC6 fragment C Was amplified using a primer oBP445 (SEQ ID NO: 31) containing PDC6 fragment C was amplified using primer oBP446 (SEQ ID NO: 32) containing a 5 ′ tail with homology to the PDC6 fragment U3 ′ end and primer oBP447 (SEQ ID NO: 33). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC6 fragment AB was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment A and PDC6 fragment B and amplifying with primers oBP440 (SEQ ID NO: 26) and oBP443 (SEQ ID NO: 29). PDC6 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment U and PDC6 fragment C and amplifying with primers oBP444 (SEQ ID NO: 30) and oBP447 (SEQ ID NO: 33). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). A PDC6 ABUC cassette was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment AB and PDC6 fragment UC and amplifying with primers oBP440 (SEQ ID NO: 26) and oBP447 (SEQ ID NO: 33). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3のコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC6 ABUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc6ノックアウトを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP448(配列番号34)およびBP449(配列番号35)によるPCRによってスクリーニングした。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6::URA3として選択した。 CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 were prepared and transformed with the PDC6 ABUC PCR cassette using Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.). The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Transformants with pdc6 knockout were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP448 (SEQ ID NO: 34) and BP449 (SEQ ID NO: 35) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 :: URA3.
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6::URA3を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP448(配列番号34)およびoBP449(配列番号35)によるPCRおよび配列決定によって、欠失およびマーカー除去を確認した。PDC6、oBP554(配列番号36)およびoBP555(配列番号37)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC6遺伝子がないことを実証した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6として選択し、BP891として表した。 CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 :: URA3 was grown overnight in YPD and plated at 30 ° C. in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) Isolates that lost the URA3 marker were selected. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Deletions and marker removal were confirmed by PCR and sequencing with primers oBP448 (SEQ ID NO: 34) and oBP449 (SEQ ID NO: 35) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC6, oBP554 (SEQ ID NO: 36) and oBP555 (SEQ ID NO: 37) demonstrated the absence of the PDC6 gene from the isolate. The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 was selected and expressed as BP891.
PDC1欠失ilvDSm組み込み
PDC1遺伝子を欠失させ、ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)ATCC No.700610に由来するilvDコード領域で置換した。A断片、続いて、PDC1欠失−ilvDSm組み込みのためのPCRカセットのミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)に由来するilvDコード領域を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.kit(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのNYLA83(本明細書および米国仮特許出願第61/246,709号明細書に記載される)ゲノムDNAを用いて増幅した。PDC1断片A−ilvDSm(配列番号141)を、PDC1断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP513(配列番号38)およびプライマーoBP515(配列番号39)を用いて増殖した。PDC1欠失−ilvDSm組み込みのためのPCRカセットのB、U、およびC断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。PDC1断片Bを、PDC1断片A−ilvDSmの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP516(配列番号40)、およびPDC1断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP517(配列番号41)を用いて増幅した。PDC1断片Uを、PDC1断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP518(配列番号42)、およびPDC1断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP519(配列番号43)を用いて増幅した。PDC1断片Cを、PDC1断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP520(配列番号44)、およびプライマーoBP521(配列番号45)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC1断片A−ilvDSmおよびPDC1断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP513(配列番号38)およびoBP517(配列番号41)を用いて増幅することによって、PDC1断片A−ilvDSm−Bを生成した。PDC1断片UおよびPDC1断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP518(配列番号42)およびoBP521(配列番号45)を用いて増幅することによって、PDC1断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いて、Gel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。PDC1断片A−ilvDSm−BおよびPDC1断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP513(配列番号38)およびoBP521(配列番号45)を用いて増幅することによって、PDC1 A−ilvDSm−BUCカセット(配列番号142)を生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
PDC1 deletion ilvDSm integration The PDC1 gene was deleted and Streptococcus mutans ATCC No. Substitution with the ilvD coding region from 700610. A fragment, followed by the IlvD coding region from Streptococcus mutans of the PCR cassette for PDC1 deletion-ilvDSm integration, the Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs. , Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Amplification was performed using NYLA83 (described in this specification and US Provisional Patent Application No. 61 / 246,709) genomic DNA as a template prepared using kit (Qiagen, Valencia, CA). Proliferation of PDC1 fragment A-ilvDSm (SEQ ID NO: 141) with primer oBP513 (SEQ ID NO: 38) and primer oBP515 (SEQ ID NO: 39) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of PDC1 fragment B did. PDC1 deletion—B, U, and C fragments of the PCR cassette for ilvDSm integration were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene ( (Registered trademark) Yeast / Bact. CEN. As a template prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. Primer oBP516 (SEQ ID NO: 40) containing a 5 'tail with homology to the 3' end of PDC1 fragment A-ilvDSm, and PDC1 fragment B with homology to the 5 'end of PDC1 fragment U 'Amplified with primer oBP517 (SEQ ID NO: 41) containing tail. Primer oBP518 (SEQ ID NO: 42) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC1 fragment B, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC1 fragment C Was amplified using a primer oBP519 (SEQ ID NO: 43). PDC1 fragment C was amplified using primer oBP520 (SEQ ID NO: 44) containing a 5 ′ tail having homology to the 3 ′ end of PDC1 fragment U, and primer oBP521 (SEQ ID NO: 45). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC1 fragment A-ilvDSm-B is generated by overlapping PCR by mixing PDC1 fragment A-ilvDSm and PDC1 fragment B and amplifying with primers oBP513 (SEQ ID NO: 38) and oBP517 (SEQ ID NO: 41) did. PDC1 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing PDC1 fragment U and PDC1 fragment C and amplifying with primers oBP518 (SEQ ID NO: 42) and oBP521 (SEQ ID NO: 45). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC1 A-ilvDSm-BUC cassette by duplicating PCR by mixing PDC1 fragment A-ilvDSm-B and PDC1 fragment UC and amplifying with primers oBP513 (SEQ ID NO: 38) and oBP521 (SEQ ID NO: 45) (SEQ ID NO: 142) was generated. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6のコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC1 A−ilvDSm−BUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc1ノックアウトilvDSm組み込みを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP511(配列番号46)およびoBP512(配列番号47)によるPCRによってスクリーニングした。PDC1、oBP550(配列番号48)およびoBP551(配列番号49)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC1遺伝子がないことを実証した。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm−URA3として選択した。 CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 were made and PDC1 A-UlvDSm cassette with Fzen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.) Converted. The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Transformants with pdc1 knockout ilvDSm integration were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP511 (SEQ ID NO: 46) and oBP512 (SEQ ID NO: 47) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC1, oBP550 (SEQ ID NO: 48) and oBP551 (SEQ ID NO: 49) demonstrated the absence of the PDC1 gene from the isolate. Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm-URA3.
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm−URA3を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。PDC1の欠失、ilvDSmの組み込み、およびマーカー除去を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP511(配列番号46)およびoBP512(配列番号47)によるPCRおよび配列決定によって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSmとして選択し、BP907として表した。 CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6: pdc1 :: ilvDSm-URA3 is grown overnight in YPD and plated in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) at 30 ° C. Thus, isolates that lost the URA3 marker were selected. Deletion of PDC1, integration of ilvDSm, and marker removal were performed according to Gentra® Puregene® Yeast / Bact. The genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA) was used to confirm by PCR and sequencing with primers oBP511 (SEQ ID NO: 46) and oBP512 (SEQ ID NO: 47). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm was selected and expressed as BP907.
PDC5欠失sadB組み込み
PDC5遺伝子を欠失させ、アクロモバクター・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans)に由来するsadBコード領域で置換した。PDC5欠失−sadB組み込みのためのPCRカセットのセグメントを、まずプラスミドpUC19−URA3MCSにクローニングした。
PDC5 deletion sadB integration The PDC5 gene was deleted and replaced with a sadB coding region derived from Achromobacter xylosoxidans. A segment of the PCR cassette for PDC5 deletion-sadB integration was first cloned into the plasmid pUC19-URA3MCS.
pUC19−URA3MCSは、pUC19をベースとしており、多重クローニング部位(MCS)に位置するサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)に由来するURA3遺伝子の配列を含む。pUC19は、pMB1レプリコンおよび大腸菌(Escherichia coli)における複製および選択のためのβ−ラクタマーゼをコードする遺伝子を含む。URA3のためのコード配列に加えて、この遺伝子の上流および下流の配列が、酵母におけるURA3遺伝子の発現のために含まれていた。ベクターを、クローニングプロセスに使用することができ、酵母組み込みベクターとして使用することができる。 pUC19-URA3MCS is based on pUC19 and contains the sequence of the URA3 gene derived from Saccharomyces cerevisiae located at the multiple cloning site (MCS). pUC19 contains the pMB1 replicon and a gene encoding β-lactamase for replication and selection in Escherichia coli. In addition to the coding sequence for URA3, upstream and downstream sequences of this gene were included for expression of the URA3 gene in yeast. The vector can be used in the cloning process and can be used as a yeast integration vector.
サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)CEN.PK 113−7DゲノムDNAに由来するURA3コード領域の上流の250bpおよび下流の150bpとともにURA3コード領域を含むDNAを、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)を用いて、BamHI、AscI、PmeI、およびFseI制限部位を含有するプライマーoBP438(配列番号12)、およびXbaI、PacI、およびNotI制限部位を含有するoBP439(配列番号13)を用いて増幅した。ゲノムDNAを、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製した。PCR産物およびpUC19(配列番号144)を、BamHIおよびXbaIによる消化の後、T4 DNAリガーゼを用いてライゲートして、ベクターpUC19−URA3MCSを生成した。プライマーoBP264(配列番号10)およびoBP265(配列番号11)によるPCRおよび配列決定によって、ベクターを確認した。 Saccharomyces cerevisiae CEN. DNA containing the URA3 coding region along with 250 bp upstream and 150 bp downstream of the URA3 coding region derived from PK 113-7D genomic DNA was added to the Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, MA). Was amplified using primers oBP438 (SEQ ID NO: 12) containing BamHI, AscI, PmeI, and FseI restriction sites, and oBP439 (SEQ ID NO: 13) containing XbaI, PacI, and NotI restriction sites. Genomic DNA was obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Prepared using kit (Qiagen, Valencia, CA). The PCR product and pUC19 (SEQ ID NO: 144) were ligated with T4 DNA ligase after digestion with BamHI and XbaI to generate the vector pUC19-URA3MCS. The vector was confirmed by PCR and sequencing with primers oBP264 (SEQ ID NO: 10) and oBP265 (SEQ ID NO: 11).
sadBおよびPDC5断片Bのコード配列を、pUC19−URA3MCSにクローニングして、PDC5 A−sadB−BUC PCRカセットのsadB−BU部分を生成した。AscI制限部位を含有するプライマーoBP530(配列番号50)、およびPDC5断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP531(配列番号51)とともに、鋳型としてpLH468−sadB(配列番号67)を用いて、sadBのコード配列を増幅した。PDC5断片Bを、sadBの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP532(配列番号52)、およびPmeI制限部位を含有するプライマーoBP533(配列番号53)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。sadBおよびPDC5断片B PCR産物を混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP530(配列番号50)およびoBP533(配列番号53)を用いて増幅することによって、sadB−PDC5断片Bを生成した。得られたPCR産物を、AscIおよびPmeIによって消化させ、適切な酵素による消化の後、T4 DNAリガーゼを用いてpUC19−URA3MCSの対応する部位にライゲートした。得られたプラスミドを、PDC5断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP536(配列番号54)およびoBP546(配列番号55)を用いて、sadB−断片B−断片Uの増幅のための鋳型として使用した。PDC5断片Cを、PDC5 sadB−断片B−断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP547(配列番号56)、およびプライマーoBP539(配列番号57)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC5 sadB−断片B−断片UおよびPDC5断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP536(配列番号54)およびoBP539(配列番号57)を用いて増幅することによって、PDC5 sadB−断片B−断片U−断片Cを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いて、Gel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。天然のPDC5コード配列のすぐ上流の50ヌクレオチドに対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP542(配列番号58)、およびoBP539(配列番号57)を用いてPDC5 sadB−断片B−断片U−断片Cを増幅することによって、PDC5 A−sadB−BUCカセット(配列番号143)を生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。 The coding sequences of sadB and PDC5 fragment B were cloned into pUC19-URA3MCS to generate the sadB-BU portion of the PDC5 A-sadB-BUC PCR cassette. PLH468-sadB (sequence) as template with primer oBP530 (SEQ ID NO: 50) containing an AscI restriction site and primer oBP531 (SEQ ID NO: 51) containing a 5 'tail having homology to the 5' end of PDC5 fragment B No. 67) was used to amplify the coding sequence of sadB. PDC5 fragment B was amplified using primer oBP532 (SEQ ID NO: 52) containing a 5 'tail with homology to the 3' end of sadB, and primer oBP533 (SEQ ID NO: 53) containing a PmeI restriction site. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). The sadB-PDC5 fragment B was generated by overlapping the PCR by mixing the sadB and PDC5 fragment B PCR products and amplifying with the primers oBP530 (SEQ ID NO: 50) and oBP533 (SEQ ID NO: 53). The resulting PCR product was digested with AscI and PmeI and, after digestion with the appropriate enzyme, ligated into the corresponding site of pUC19-URA3MCS using T4 DNA ligase. The resulting plasmid was subjected to sadB-fragment B-fragment U using primers oBP536 (SEQ ID NO: 54) and oBP546 (SEQ ID NO: 55) containing a 5 'tail having homology to the 5' end of PDC5 fragment C. Used as a template for amplification of PDC5 fragment C was amplified using primer oBP547 (SEQ ID NO: 56) containing a 5 ′ tail with homology to the 3 ′ end of PDC5 sadB-fragment B-fragment U, and primer oBP539 (SEQ ID NO: 57). . The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC5 sadB-fragment B-fragment U and PDC5 fragment C are mixed by overlapping PCR and amplified with primers oBP536 (SEQ ID NO: 54) and oBP539 (SEQ ID NO: 57) to obtain PDC5 sadB-fragment B- Fragment U-fragment C was generated. The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). Primer oBP542 (SEQ ID NO: 58) containing a 5 'tail with homology to 50 nucleotides immediately upstream of the native PDC5 coding sequence, and oBP539 (SEQ ID NO: 57) were used to produce PDC5 sadB-fragment B-fragment U- By amplifying fragment C, a PDC5 A-sadB-BUC cassette (SEQ ID NO: 143) was generated. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSmのコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC5 A−sadB−BUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で1%のエタノール(グルコースではない)が補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc5ノックアウトsadB組み込みを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)によって調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP540(配列番号59)およびoBP541(配列番号60)によるPCRによってスクリーニングした。PDC5、oBP552(配列番号61)およびoBP553(配列番号62)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC5遺伝子がないことを実証した。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB−URA3として選択した。 CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm were prepared, and the Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, CA) was used with C-U using PD as C-U5-C). Transform with PCR cassette. The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil deficient synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol (not glucose). Transformants with pdc5 knockout sadB integration were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP540 (SEQ ID NO: 59) and oBP541 (SEQ ID NO: 60) using genomic DNA prepared by the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC5, oBP552 (SEQ ID NO: 61) and oBP553 (SEQ ID NO: 62) demonstrated the absence of the PDC5 gene from the isolate. Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB-URA3.
CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB−URA3を、YPE(1%のエタノール)中で一晩増殖させ、エタノール(グルコースではない)が補充され、かつ30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。PDC5の欠失、sadBの組み込み、およびマーカー除去を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP540(配列番号59)およびoBP541(配列番号60)によるPCRによって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadBとして選択し、BP913として表した。 CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB-URA3 is grown overnight in YPE (1% ethanol), supplemented with ethanol (not glucose) and at 30 ° C. Isolates that lost the URA3 marker were selected by plating in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%). Deletion of PDC5, sadB integration, and marker removal were performed as described in Gentra® Puregene® Yeast / Bact. It was confirmed by PCR with primers oBP540 (SEQ ID NO: 59) and oBP541 (SEQ ID NO: 60) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB was selected and expressed as BP913.
GPD2の欠失
内因性GPD2コード領域を欠失させるために、gpd2::loxP−URA3−loxPカセット(配列番号145)を、鋳型DNAとしてloxP−URA3−loxP(配列番号68)を用いて、PCRで増幅した。loxP−URA3−loxPは、loxPリコンビナーゼ部位が側面にある(ATCC No.77107)に由来するURA3マーカーを含有する。Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマーLA512およびLA513(配列番号8および9)を用いて、PCRを行った。loxP−URA3−loxPマーカーの組み込みが、GPD2コード領域の置換をもたらすように、各プライマーのGPD2部分を、GPD2コード領域の上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得た。PCR産物をBP913に形質転換し、形質転換体を、1%のエタノール(グルコースではない)が補充されたウラシル欠損合成完全培地において選択した。プライマーoBP582およびAA270(配列番号63および64)を用いたPCRによって、形質転換体をスクリーニングして、正確な組み込みを確認した。
Deletion of GPD2 To delete the endogenous GPD2 coding region, PCR was performed using the gpd2 :: loxP-URA3-loxP cassette (SEQ ID NO: 145) using loxP-URA3-loxP (SEQ ID NO: 68) as template DNA. Amplified with loxP-URA3-loxP contains a URA3 marker derived from the flanking loxP recombinase site (ATCC No. 77107). PCR was performed using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers LA512 and LA513 (SEQ ID NOs: 8 and 9). The GPD2 portion of each primer was derived from the 5 ′ region upstream of the GPD2 coding region and the 3 ′ region downstream of the coding region, such that incorporation of the loxP-URA3-loxP marker resulted in substitution of the GPD2 coding region. The PCR product was transformed into BP913 and transformants were selected in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol (not glucose). Transformants were screened to confirm correct integration by PCR using primers oBP582 and AA270 (SEQ ID NOs 63 and 64).
pRS423::PGAL1−cre(配列番号66)を用いた形質転換、および30℃で1%のエタノールが補充されたヒスチジン欠損合成完全培地における平板培養によって、URA3マーカーを再利用した。形質転換体を、1%のエタノールが補充され、かつ5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地においてストリークし(streak)、30℃で培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。5−FOA耐性分離株を、pRS423::PGAL1−creプラスミドの除去のためにYPE(1%のエタノール)中で増殖させた。欠失およびマーカー除去を、プライマーoBP582(配列番号63)およびoBP591(配列番号65)によるPCRによって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxPとして選択し、PNY1503(BP1064)として表した。 The URA3 marker was reused by transformation with pRS423 :: PGAL1-cre (SEQ ID NO: 66) and plating in synthetic complete medium lacking histidine supplemented with 1% ethanol at 30 ° C. Transformants are streaked in synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol and containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) and cultured at 30 ° C. to lose the URA3 marker Selected isolates. 5-FOA resistant isolates were grown in YPE (1% ethanol) for removal of the pRS423 :: PGAL1-cre plasmid. Deletion and marker removal were confirmed by PCR with primers oBP582 (SEQ ID NO: 63) and oBP591 (SEQ ID NO: 65). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP was selected and expressed as PNY1503 (BP1064).
BP1064を、プラスミドpYZ090(配列番号1)およびpLH468(配列番号2)で形質転換して、株NGCI−070(BP1083;PNY1504)を生成した。 BP1064 was transformed with plasmids pYZ090 (SEQ ID NO: 1) and pLH468 (SEQ ID NO: 2) to generate strain NGCI-070 (BP1083; PNY1504).
株NYLA74、NYLA83、およびNYLA84の作成
S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)の内因性PDC1およびPDC6遺伝子の挿入不活化。PDC1、PDC5、およびPDC6遺伝子は、以下に記載されるピルビン酸デカルボキシラーゼの3つの主なアイソザイムをコードする:
Creation of strains NYLA74, NYLA83, and NYLA84 Insertion inactivation of the endogenous PDC1 and PDC6 genes of S. cerevisiae. The PDC1, PDC5, and PDC6 genes encode the three major isozymes of pyruvate decarboxylase described below:
pRS425::GPM−sadBの作成
アクロモバクター・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans)に由来するブタノールデヒドロゲナーゼをコードするDNA断片(配列番号70)(米国特許出願公開第2009/0269823号明細書に開示されている)をクローニングした。第2級アルコールデヒドロゲナーゼのためのsadBと呼ばれるこの遺伝子のコード領域(配列番号69)を、それぞれ順方向および逆方向プライマーN473およびN469(配列番号74および75)を用いてグラム陰性菌のために推奨されるプロトコルにしたがって、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製される、A.キシロソキシダンス(A.xylosoxidans)ゲノムDNAから、標準条件を用いて増幅した。PCR産物を、pCR(登録商標)4 BLUNT(Invitrogen(商標),Carlsbad,CA)へとTOPO(登録商標)−Bluntでクローニングを行って、pCR4Blunt::sadBを生成し、それを、大腸菌(E.coli)Mach−1細胞へと形質転換した。次に、プラスミドを4つのクローンから単離し、配列を確認した。
Construction of pRS425 :: GPM-sadB DNA fragment (SEQ ID NO: 70) encoding butanol dehydrogenase derived from Achromobacter xylosoxidans (disclosed in US Patent Application Publication No. 2009/0269823) Cloned). The coding region of this gene called sadB for secondary alcohol dehydrogenase (SEQ ID NO: 69) is recommended for gram-negative bacteria using forward and reverse primers N473 and N469 (SEQ ID NOs: 74 and 75), respectively. Prepared using the Gentra® Puregene® kit (Qiagen, Valencia, Calif.) According to Amplified from A. xylosoxidans genomic DNA using standard conditions. The PCR product was cloned into pCR®4 BLUNT (Invitrogen®, Carlsbad, Calif.) With TOPO®-Blunt to generate pCR4Blunt :: sadB, which was transformed into E. coli (E E. coli) transformed into Mach-1 cells. The plasmid was then isolated from 4 clones and the sequence was confirmed.
sadBコード領域を、pCR4Blunt::sadBからPCR増幅した。PCRプライマーは、酵母GPM1プロモーターおよびADH1ターミネーター(配列番号76および77として提供されるN583およびN584)と重複し得る追加の5’配列を含んでいた。次に、PCR産物を、以下のように、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)における「ギャップ修復(gap repair)」方法を用いてクローニングした(Ma,et al.,Gene 58:201−216,1987)。GPM1プロモーター(配列番号72)、乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)に由来するkivDコード領域(配列番号71)、およびADH1ターミネーター(配列番号73)を含有する酵母−大腸菌(E.coli)シャトルベクターpRS425::GPM::kivD::ADH(米国特許出願公開第2007/0092957 A1号明細書の実施例17に記載される)を、BbvCIおよびPacI制限酵素で消化して、kivDコード領域を放出した。約1μgの残っているベクター断片を、1μgのsadB PCR産物とともに、S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)株BY4741へと形質転換した。形質転換体を、ロイシン欠損合成完全培地において選択した。pRS425::GPM−sadBを生成する適切な組み換え事象を、プライマーN142およびN459(配列番号108および109)を用いたPCRによって確認した。 The sadB coding region was PCR amplified from pCR4Blunt :: sadB. The PCR primer contained an additional 5 'sequence that could overlap with the yeast GPM1 promoter and ADH1 terminator (N583 and N584 provided as SEQ ID NOs 76 and 77). The PCR product was then cloned using the “gap repair” method in Saccharomyces cerevisiae (Ma, et al., Gene 58: 201-216, 1987) as follows. . Yeast-E. Coli shuttle vector pRS425 containing the GPM1 promoter (SEQ ID NO: 72), the kivD coding region (SEQ ID NO: 71) from Lactococcus lactis, and the ADH1 terminator (SEQ ID NO: 73): : GPM :: kivD :: ADH (described in Example 17 of US 2007/0092957 A1) was digested with BbvCI and PacI restriction enzymes to release the kivD coding region. About 1 μg of the remaining vector fragment was combined with 1 μg of sadB PCR product along with S. cerevisiae. Transformation into S. cerevisiae strain BY4741. Transformants were selected on leucine-deficient synthetic complete medium. Appropriate recombination events generating pRS425 :: GPM-sadB were confirmed by PCR using primers N142 and N459 (SEQ ID NOs: 108 and 109).
pdc6::PGPM1−sadB組み込みカセットの作成およびPDC6の欠失:
pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t−URA3r組み込みカセットを、pRS425::GPM−sadB(配列番号78)に由来するGPM−sadB−ADHtセグメント(配列番号79)を、pUC19−URA3rに由来するURA3r遺伝子に結合することによって作製した。pUC19−URA3r(配列番号80)は、インビボででの相同的組み換えおよびURA3マーカーの除去を可能にする、75bpの相同反復配列が側面にあるpRS426(ATCC No.77107)に由来するURA3マーカーを含む。2つのDNAセグメントを、Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびプライマー114117−11A〜114117−11D(配列番号81、82、83、および84)、ならびに114117−13Aおよび114117−13B(配列番号85および86)とともに、pRS425::GPM−sadBおよびpUC19−URA3rプラスミドDNAを鋳型として用いたSOE PCR(Horton,et al.,Gene 77:61−68,1989に記載される)によって結合した。
Generation of pdc6 :: PGPM1-sadB integration cassette and deletion of PDC6:
pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t-URA3r integration cassette is converted to pRS425 :: GPM-sadB (SEQ ID NO: 78) GPM-sadB-ADHt segment (SEQ ID NO: 79) to URA3r gene derived from pUC19-URA3r Made by bonding. pUC19-URA3r (SEQ ID NO: 80) contains a URA3 marker derived from pRS426 (ATCC No. 77107) flanked by 75 bp homologous repeats, allowing homologous recombination and removal of the URA3 marker in vivo. . The two DNA segments were divided into Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers 114117-11A-114117-11D (SEQ ID NOs: 81, 82, 83, and 84), and 114117-13A. And 114117-13B (SEQ ID NOs: 85 and 86), as well as SOE PCR using pRS425 :: GPM-sadB and pUC19-URA3r plasmid DNA as templates (Horton, et al., Gene 77: 61-68, 1989). Combined).
SOE PCR(114117−13Aおよび114117−13B)のための外部プライマーは、それぞれPDC6プロモーターおよびターミネーターの上流および下流の領域に相同な約50bpの5’および3’領域を含んでいた。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,pp.201−202)を用いて、完成されたカセットPCR断片を、BY4700(ATCC No.200866)へと形質転換し、形質転換体を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地上で維持した。形質転換体を、プライマー112590−34Gおよび112590−34H(配列番号87および88)、ならびに112590−34Fおよび112590−49E(配列番号89および90)を用いたPCRによってスクリーニングして、PDC6コード領域の欠失を有するPDC6遺伝子座における組み込みを確認した。標準プロトコルにしたがい、URA3rマーカーを、30℃で2%のグルコースおよび5−FOAが補充された合成完全培地において平板培養することによって再利用した。5−FOAプレートからのコロニーを、SD−URA培地上にパッチして、増殖がないことを確認することによって、マーカーの除去を確認した。得られた同定株は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1tを有する。 External primers for SOE PCR (114117-13A and 114117-13B) included approximately 50 bp of 5 'and 3' regions that were homologous to the upstream and downstream regions of the PDC6 promoter and terminator, respectively. By using standard gene recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), a completed cassette PCR fragment was obtained as BY4700 (ATCC No. 60086). ) And the transformants were maintained on uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were screened by PCR using primers 112590-34G and 112590-34H (SEQ ID NOs: 87 and 88), and 112590-34F and 112590-49E (SEQ ID NOs: 89 and 90) to detect the absence of the PDC6 coding region. Integration at the PDC6 locus with loss was confirmed. According to standard protocols, the URA3r marker was reused by plating in synthetic complete medium supplemented with 2% glucose and 5-FOA at 30 ° C. Colony removal from 5-FOA plates was patched onto SD-URA medium to confirm the absence of growth, confirming marker removal. The resulting identified strain has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t.
pdc1::PPDC1−ilvD組み込みカセットの作成およびPDC1の欠失:
Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマー114117−27A〜114117−27D(配列番号111、112、113、および114)とともに、pLH468およびpUC19−URA3rプラスミドDNAを鋳型として用いたSOE PCR(Horton,et al.,Gene 77:61−68,1989によって記載される)によって、pLH468(配列番号2)に由来するilvD−FBA1tセグメント(配列番号91)を、pUC19−URA3rに由来するURA3r遺伝子に結合することによって、pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t−URA3r組み込みカセットを作製した。
Generation of pdc1 :: PPDC1-ilvD integration cassette and deletion of PDC1:
Template pLH468 and pUC19-URA3r plasmid DNA with Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers 114117-27A-114117-27D (SEQ ID NOs: 111, 112, 113, and 114) The ilvD-FBA1t segment (SEQ ID NO: 91) derived from pLH468 (SEQ ID NO: 2) was transformed into pUC19-URA3r by SOE PCR (described by Horton, et al., Gene 77: 61-68, 1989) used as Pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1t-URA3r integration cassette was made by binding to the URA3r gene derived from.
SOE PCR(114117−27Aおよび114117−27D)のための外部プライマーは、PDC1プロモーターの下流およびPDC1コード配列の下流の領域に相同な約50bpの5’および3’領域を含んでいた。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,pp.201−202)を用いて、完成されたカセットPCR断片を、BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1tへと形質転換し、形質転換体を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地上で維持した。形質転換体を、プライマー114117−36Dおよび135(配列番号92および93)、ならびにプライマー112590−49Eおよび112590−30F(配列番号90および94)を用いたPCRによってスクリーニングして、PDC1コード配列の欠失を有するPDC1遺伝子座における組み込みを確認した。標準プロトコルにしたがい、URA3rマーカーを、30℃で2%のグルコースおよび5−FOAが補充された合成完全培地において平板培養することによって再利用した。5−FOAプレートからのコロニーをSD−URA培地上にパッチして、増殖がないことを確認することによって、マーカーの除去を確認した。得られた同定株「NYLA67」は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1tを有する。 External primers for SOE PCR (114117-27A and 114117-27D) contained approximately 50 bp of 5 'and 3' regions that were homologous to regions downstream of the PDC1 promoter and downstream of the PDC1 coding sequence. Using a standard gene recombination technique (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the completed cassette PCR fragment was obtained as BY4700 pdc6: PG1-PGc6: PG SadB-ADH1t was transformed and the transformants were maintained on uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were screened by PCR using primers 114117-36D and 135 (SEQ ID NOs: 92 and 93), and primers 112590-49E and 112590-30F (SEQ ID NOs: 90 and 94) to delete the PDC1 coding sequence. Integration at the PDC1 locus with According to standard protocols, the URA3r marker was reused by plating in synthetic complete medium supplemented with 2% glucose and 5-FOA at 30 ° C. The removal of the marker was confirmed by patching colonies from the 5-FOA plate onto SD-URA medium to confirm no growth. The obtained identified strain “NYLA67” has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1t.
HIS3の欠失
内因性HIS3コード領域を欠失させるために、his3::URA3r2カセットを、URA3r2鋳型DNA(配列番号95)からPCR増幅した。URA3r2は、インビボでの相同的組み換えおよびURA3マーカーの除去を可能にする、500bpの相同反復配列が側面にあるpRS426(ATCC No.77107)に由来するURA3マーカーを含む。Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマー114117−45Aおよび114117−45B(配列番号96および97)を用いてPCRを行い、約2.3kbのPCR産物を生成した。各プライマーのHIS3部分は、URA3r2マーカーの組み込みがHIS3コード領域の置換をもたらすように、HIS3プロモーターの上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得られた。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY、pp.201−202)を用いて、PCR産物を、NYLA67へと形質転換し、形質転換体を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地上で選択した。形質転換体をスクリーニングして、30℃で2%のグルコースが補充されたヒスチジン欠損合成完全培地において形質転換体をレプリカ平板培養することによって、正確な組み込みを確認した。標準プロトコルにしたがい、30℃で2%のグルコースおよび5−FOAが補充された合成完全培地において平板培養することによって、URA3rマーカーを再利用した。5−FOAプレートからのコロニーをSD−URA培地上にパッチして、増殖がないことを確認することによって、マーカーの除去を確認した。NYLA73と呼ばれる得られた同定株は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t Δhis3を有する。
HIS3 Deletion To delete the endogenous HIS3 coding region, the his3 :: URA3r2 cassette was PCR amplified from URA3r2 template DNA (SEQ ID NO: 95). URA3r2 contains a URA3 marker derived from pRS426 (ATCC No. 77107) flanked by a 500 bp homologous repeat that allows homologous recombination and removal of the URA3 marker in vivo. PCR is performed using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers 114117-45A and 114117-45B (SEQ ID NOs: 96 and 97) to produce an approximately 2.3 kb PCR product. did. The HIS3 portion of each primer was derived from the 5 ′ region upstream of the HIS3 promoter and the 3 ′ region downstream of the coding region, such that incorporation of the URA3r2 marker resulted in replacement of the HIS3 coding region. Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the PCR product is transformed into NYLA67 and transformed. Were selected on uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were screened to confirm correct integration by replica plating transformants in complete histidine-deficient synthetic medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. The URA3r marker was reused by plating in synthetic complete medium supplemented with 2% glucose and 5-FOA at 30 ° C. according to standard protocols. The removal of the marker was confirmed by patching colonies from the 5-FOA plate onto SD-URA medium to confirm no growth. The resulting identified strain called NYLA73 has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1t Δhis3.
pdc5::kanMX組み込みカセットの作成およびPDC5の欠失:
pdc5::kanMX4カセットを、Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマーPDC5::KanMXFおよびPDC5::KanMXR(配列番号98および99)を用いて株YLR134W染色体DNA(ATCC No.4034091)からPCR増幅し、約2.2kbのPCR産物を生成した。各プライマーのPDC5部分は、kanMX4マーカーの組み込みがPDC5コード領域の置換をもたらすように、PDC5プロモーターの上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得られた。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,pp.201−202)を用いて、PCR産物を、NYLA73へと形質転換し、形質転換体を、30℃で1%のエタノールおよびジェネティシン(geneticin)(200μg/mL)が補充されたYP培地上で選択した。形質転換体をPCRによってスクリーニングして、プライマーPDC5koforおよびN175(配列番号100および101)を用いたPDC5コード領域の置換によりPDC遺伝子座における正確な組み込みを確認した。同定された正確な形質転換体は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t Δhis3 pdc5::kanMX4を有する。株はNYLA74と称された。
Generation of pdc5 :: kanMX integration cassette and deletion of PDC5:
The pdc5 :: kanMX4 cassette was transformed into strain YLR134W chromosomal DNA using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) and primers PDC5 :: KanMXF and PDC5 :: KanMXR (SEQ ID NO: 98 and 99). PCR amplification from (ATCC No. 4034091) produced a PCR product of approximately 2.2 kb. The PDC5 portion of each primer was derived from the 5 ′ region upstream of the PDC5 promoter and the 3 ′ region downstream of the coding region, such that incorporation of the kanMX4 marker resulted in substitution of the PDC5 coding region. Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the PCR product is transformed into NYLA73 and transformed. Were selected on YP medium supplemented with 1% ethanol and geneticin (200 μg / mL) at 30 ° C. Transformants were screened by PCR to confirm correct integration at the PDC locus by replacement of the PDC5 coding region with primers PDC5kofor and N175 (SEQ ID NOs: 100 and 101). The exact transformant identified has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1tΔhis3 pdc5 :: kanMX4. The strain was called NYLA74.
プラスミドベクターpRS423::CUP1−alsS+FBA−budAおよびpRS426::FBA−budC+GPM−sadBを、NYLA74へと形質転換して、ブタンジオール生成株(NGCI−047)を生成した。 Plasmid vectors pRS423 :: CUP1-alsS + FBA-budA and pRS426 :: FBA-budC + GPM-sadB were transformed into NYLA74 to generate a butanediol-producing strain (NGCI-047).
プラスミドベクターpLH475−Z4B8(配列番号140)およびpLH468をNYLA74へと形質転換して、イソブタノール生成株(NGCI−049)を生成した。 Plasmid vectors pLH475-Z4B8 (SEQ ID NO: 140) and pLH468 were transformed into NYLA74 to generate an isobutanol producing strain (NGCI-049).
HXK2(ヘキソキナーゼII)の欠失:
hxk2::URA3rカセットを、Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマー384および385(配列番号102および103)を用いてURA3r2鋳型(上記)からPCR増幅し、約2.3kbのPCR産物を生成した。各プライマーのHXK2部分は、URA3r2マーカーの組み込みがHXK2コード領域の置換をもたらすように、HXK2プロモーターの上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得られた。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,pp.201−202)を用いて、PCR産物を、NYLA73へと形質転換し、形質転換体を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地上で選択した。形質転換体をPCRによってスクリーニングして、プライマーN869およびN871(配列番号104および105)を用いたHXK2コード領域の置換によりHXK2遺伝子座における正確な組み込みを確認した。標準プロトコルにしたがい、30℃で2%のグルコースおよび5−FOAが補充された合成完全培地において平板培養することによって、URA3r2マーカーを再利用した。5−FOAプレートからのコロニーをSD−URA培地上にパッチして、増殖がないことを確認することによって、およびPCRによって、プライマーN946およびN947(配列番号106および107)を用いて正確なマーカーの除去を確認することによって、マーカーの除去を確認した。NYLA83と称される、得られた同定株は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t Δhis3 Δhxk2を有する。
Deletion of HXK2 (Hexokinase II):
hxk2 :: URA3r cassette was PCR amplified from URA3r2 template (above) using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) and primers 384 and 385 (SEQ ID NO: 102 and 103), An approximately 2.3 kb PCR product was generated. The HXK2 portion of each primer was derived from the 5 ′ region upstream of the HXK2 promoter and the 3 ′ region downstream of the coding region so that incorporation of the URA3r2 marker resulted in replacement of the HXK2 coding region. Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the PCR product is transformed into NYLA73 and transformed. Were selected on uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were screened by PCR to confirm correct integration at the HXK2 locus by replacement of the HXK2 coding region with primers N869 and N871 (SEQ ID NOs: 104 and 105). The URA3r2 marker was reused by plating in synthetic complete medium supplemented with 2% glucose and 5-FOA at 30 ° C. according to standard protocols. Colonies from 5-FOA plates are patched onto SD-URA medium to confirm the absence of growth, and by PCR, using primers N946 and N947 (SEQ ID NOs 106 and 107) to identify the correct marker. By confirming the removal, the removal of the marker was confirmed. The resulting identified strain, referred to as NYLA83, has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1t Δhis3 Δhxk2.
pdc5::kanMX組み込みカセットの作成およびPDC5の欠失:
pdc5::kanMX4カセットを、上述したようにPCR増幅した。上述したように、PCR断片をNYLA83へと形質転換し、形質転換体を選択し、スクリーニングした。NYLA84と称される、同定された正確な形質転換体は、遺伝子型:BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t Δhis3 Δhxk2 pdc5::kanMX4を有する。
Generation of pdc5 :: kanMX integration cassette and deletion of PDC5:
The pdc5 :: kanMX4 cassette was PCR amplified as described above. As described above, the PCR fragment was transformed into NYLA83, and transformants were selected and screened. The identified correct transformant, referred to as NYLA84, has the genotype: BY4700 pdc6 :: PGPM1-sadB-ADH1t pdc1 :: PPDC1-ilvD-FBA1tΔhis3 Δhxk2 pdc5 :: kanMX4.
標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY)を用いて、プラスミドベクターpLH468およびpLH532を、株NYLA84(BY4700 pdc6::PGPM1−sadB−ADH1t pdc1::PPDC1−ilvD−FBA1t Δhis3 Δhxk2 pdc5::kanMX4)へと同時に形質転換し、得られた「ブタノロジェンNYLA84」を、30℃で1%のエタノールが補充されたヒスチジンおよびウラシル欠損合成完全培地上で維持した。 Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY), plasmid vectors pLH468 and pLH532 were transformed into strain NYLA84 (BY4p: p4dp: pc1p1p: p4dp: p1pd :: PPDC1-ilvD-FBA1t Δhis3 Δhxk2 pdc5 :: kanMX4), and the resulting “butanologen NYLA84” was synthesized on histidine and uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol at 30 ° C. Maintained.
発現ベクターpLH468
pLH468プラスミド(配列番号2)を、酵母中のDHAD、KivD、およびHADHの発現のために作成し、これは、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305363号明細書に記載されている。DHADの発現のために、S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)FBA1プロモーター(nt 2109〜3105)、続いてFBA1ターミネーター(nt 4858〜5857)から発現されるミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)に由来するilvD遺伝子のコード領域(nt位置3313〜4849)を有するキメラ遺伝子;ADHの発現のために、S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)GPM1プロモーター(nt 7425〜8181)、続いてADH1ターミネーター(nt 5962〜6277)から発現されるコドン最適化されたウマ肝臓アルコールデヒドロゲナーゼのコード領域(nt 6286〜7413)を有するキメラ遺伝子;およびKivDの発現のために、TDH3プロモーター(nt 10896〜11918)、続いてTDH3ターミネーター(nt 8237〜9235)から発現される乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)に由来するコドン最適化されたkivD遺伝子のコード領域(nt 9249〜10895)を有するキメラ遺伝子を含むようにpLH486を作成した。
Expression vector pLH468
The pLH468 plasmid (SEQ ID NO: 2) was generated for expression of DHAD, KivD, and HADH in yeast, which is described in US Patent Application Publication No. 2009/030363, which is incorporated herein by reference. Have been described. For the expression of DHAD, S. Coding region of ilvD gene derived from S. cerevisiae FBA1 promoter (nt 2109-3105), followed by FBA1 terminator (nt 4858-5857) (Streptococcus mutans) (nt position 3313- 4849) for the expression of ADH; Chimera with Codon-Optimized Horse Liver Alcohol Dehydrogenase Coding Region (nt 6286-7413) Expressed from S. cerevisiae GPM1 Promoter (nt 7425-8181), followed by ADH1 Terminator (nt 5962-6277) Codon-optimized kivD gene derived from TDH3 promoter (nt 10896-11918) followed by TDH3 terminator (nt 8237-9235) for expression of the gene; and KivD PLH486 was prepared to contain a chimeric gene having the coding region (nt 9249-10895).
乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)のケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼ(KivD)およびウマ肝臓アルコールデヒドロゲナーゼ(HADH)のためのコード領域(それぞれ配列番号71および118)を、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)における発現のために最適化されたコドンに基づいて、DNA2.0,Inc.(Menlo Park,CA)によって合成し、プラスミドpKivDy−DNA2.0およびpHadhy−DNA2.0において提供した。コードされるタンパク質は、それぞれ配列番号117および119である。KivDおよびHADHのための個々の発現ベクターを作成した。pLH467(pRS426::PTDH3−kivDy−TDH3t)を構築するために、ベクターpNY8(配列番号121;pRS426.GPD−ald−GPDtとも称され、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2008/0182308号明細書の実施例17に記載されている)を、AscIおよびSfiI酵素で消化し、それによって、GPDプロモーターおよびaldコード領域を切断した。5’プライマーOT1068および3’プライマーOT1067(配列番号123および124)を用いて、5’末端にAscI部位および3’末端にSpeI部位を付加するために、pNY8に由来するTDH3プロモーター断片(配列番号122)をPCR増幅した。AscI/SfiIで消化されたpNY8ベクター断片を、AscIおよびSpeIで消化されたTDH3プロモーターPCR産物とライゲートし、コドン最適化されたkivDコード領域を含むSpeI−SfiI断片を、ベクターpKivD−DNA2.0から単離した。3通りのライゲーションにより、ベクターpLH467(pRS426::PTDH3−kivDy−TDH3t)が生成された。pLH467を、制限マッピング(restriction mapping)および配列決定によって確認した。 The coding regions for Lactococcus lactis ketoisovalerate decarboxylase (KivD) and horse liver alcohol dehydrogenase (HADH) (SEQ ID NOs: 71 and 118, respectively) for expression in Saccharomyces cerevisiae Based on codons optimized for DNA 2.0, Inc. (Menlo Park, CA) and provided in plasmids pKivDy-DNA2.0 and pHadhy-DNA2.0. The encoded proteins are SEQ ID NOs: 117 and 119, respectively. Individual expression vectors for KivD and HADH were created. To construct pLH467 (pRS426 :: PTDH3-kivDy-TDH3t), the vector pNY8 (SEQ ID NO: 121; pRS426.GPD-ald-GPDt, also referred to herein as US Pat. Appl. Publ. No. 2008). Digested with AscI and SfiI enzymes, thereby cleaving the GPD promoter and the ald coding region. To add an AscI site at the 5 ′ end and a SpeI site at the 3 ′ end using 5 ′ primer OT1068 and 3 ′ primer OT1067 (SEQ ID NO: 123 and 124), a TDH3 promoter fragment derived from pNY8 (SEQ ID NO: 122 ) Was PCR amplified. The AscI / SfiI digested pNY8 vector fragment was ligated with the AscI and SpeI digested TDH3 promoter PCR product, and the SpeI-SfiI fragment containing the codon optimized kivD coding region was obtained from the vector pKivD-DNA2.0. Isolated. The vector pLH467 (pRS426 :: PTDH3-kivDy-TDH3t) was generated by three ligations. pLH467 was confirmed by restriction mapping and sequencing.
pLH435(pRS425::PGPM1−Hadhy−ADH1t)は、参照により本明細書に援用される米国仮特許出願第61/058,970号明細書の実施例3に記載されるベクターpRS425::GPM−sadB(配列番号78)から得られた。pRS425::GPM−sadBは、GPM1プロモーター(配列番号72)、アクロモバクター・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans)のブタノールデヒドロゲナーゼに由来するコード領域(sadB;DNA配列番号69;タンパク質配列番号70:米国特許出願公開第2009/0269823号明細書に開示されている)、およびADH1ターミネーター(配列番号73)を含むキメラ遺伝子を有するpRS425ベクター(ATCC No.77106)である。pRS425::GPMp−sadBは、sadBコード領域の5’および3’末端においてそれぞれBbvIおよびPacI部位を含む。プライマーOT1074およびOT1075(配列番号126および127)を用いた部位特異的突然変異誘発法によって、NheI部位をsadBコード領域の5’末端に付加して、ベクターpRS425−GPMp−sadB−NheIを生成し、それを配列決定によって確認した。pRS425::PGPM1−sadB−NheIをNheIおよびPacIで消化して、sadBコード領域を除外し、ベクターpHadhy−DNA2.0に由来するコドン最適化されたHADHコード領域を含むNheI−PacI断片とライゲートして、pLH435を生成した。 pLH435 (pRS425 :: PGPM1-Hadhy-ADH1t) is the vector pRS425 :: GPM-sadB described in Example 3 of US Provisional Patent Application No. 61 / 058,970, incorporated herein by reference. (SEQ ID NO: 78). pRS425 :: GPM-sadB is a coding region derived from the butanol dehydrogenase of the GPM1 promoter (SEQ ID NO: 72), Achromobacter xylosoxidans (sadB; DNA SEQ ID NO: 69; protein SEQ ID NO: 70: US patent) And the pRS425 vector (ATCC No. 77106) having a chimeric gene containing the ADH1 terminator (SEQ ID NO: 73). pRS425 :: GPMp-sadB contains BbvI and PacI sites at the 5 'and 3' ends of the sadB coding region, respectively. By site-directed mutagenesis using primers OT1074 and OT1075 (SEQ ID NOs: 126 and 127), a NheI site was added to the 5 ′ end of the sadB coding region to generate the vector pRS425-GPPMp-sadB-NheI; It was confirmed by sequencing. pRS425 :: PGPM1-sadB-NheI is digested with NheI and PacI to exclude the sadB coding region and ligate with the NheI-PacI fragment containing the codon-optimized HADH coding region from vector pHadhy-DNA2.0. PLH435 was generated.
単一のベクター中でKivDおよびHADH発現カセットを組み合わせるために、酵母ベクターpRS411(ATCC No.87474)を、SacIおよびNotIで消化し、3通りのライゲーション反応において、PGPM1−Hadhy−ADH1tカセットを含むpLH435に由来するSalI−NotI断片とともに、PTDH3−kivDy−TDH3tカセットを含むpLH467に由来するSacI−SalI断片とライゲートした。これにより、ベクターpRS411::PTDH3−kivDy−PGPM1−Hadhy(pLH441)が生成され、それを制限マッピングによって確認した。 To combine the KivD and HADH expression cassettes in a single vector, the yeast vector pRS411 (ATCC No. 87474) was digested with SacI and NotI and pLH435 containing the PGPM1-Hadhy-ADH1t cassette in three ligation reactions. Was ligated with the SacI-SalI fragment derived from pLH467 containing the PTDH3-kivDy-TDH3t cassette together with the SalI-NotI fragment derived from. This generated the vector pRS411 :: PTDH3-kivDy-PGPM1-Hadhy (pLH441), which was confirmed by restriction mapping.
低級イソブタノール経路における全ての3つの遺伝子:ilvD、kivDy、およびHadhyのための同時発現ベクターを生成するために、IlvD遺伝子の供給源として、米国特許出願公開第2010/0081154号明細書に記載されるpRS423 FBA ilvD(Strep)(配列番号128)を使用した。このシャトルベクターは、大腸菌(E.coli)における維持のためのF1複製起点(nt 1423〜1879)および酵母における複製のための2ミクロンの起点(nt 8082〜9426)を含む。ベクターは、FBA1プロモーター(nt 2111〜3108;配列番号120)およびFBAターミネーター(nt 4861〜5860;配列番号129)を有する。さらに、ベクターは、酵母における選択のためのHisマーカー(nt 504〜1163)および大腸菌(E.coli)における選択のためのアンピシリン耐性マーカー(nt 7092〜7949)を有する。ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)UA159(ATCC No.700610)に由来するilvDコード領域(nt 3116〜4828;配列番号115;タンパク質配列番号116)は、FBAプロモーターとFBAターミネーターとの間にあり、発現のためのキメラ遺伝子を形成する。さらに、ilvDコード領域(nt 4829〜4849)に融合されたlumioタグがある。 To generate a co-expression vector for all three genes in the lower isobutanol pathway: ilvD, kivDy, and Hadhy, described in US 2010/0081154 as a source of the IlvD gene. PRS423 FBA ilvD (Strep) (SEQ ID NO: 128) was used. This shuttle vector contains an F1 origin of replication (nt 1423-1879) for maintenance in E. coli and a 2 micron origin (nt 8082-9426) for replication in yeast. The vector has an FBA1 promoter (nt 2111-3108; SEQ ID NO: 120) and an FBA terminator (nt 4861-5860; SEQ ID NO: 129). In addition, the vector has a His marker (nt 504-1163) for selection in yeast and an ampicillin resistance marker (nt 7092-7949) for selection in E. coli. The ilvD coding region (nt 3116-4828; SEQ ID NO: 115; protein SEQ ID NO: 116) derived from Streptococcus mutans UA159 (ATCC No. 700610) is between the FBA promoter and the FBA terminator and is expressed Form a chimeric gene for In addition, there is a lumio tag fused to the ilvD coding region (nt 4829-4849).
第1の工程は、SacIおよびSacII(SacII部位はT4 DNAポリメラーゼを用いて平滑末端化された)を用いて、pRS423 FBA ilvD(Strep)(pRS423−FBA(SpeI)−IlvD(ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans))−Lumioとも呼ばれる)を線状化して、9,482bpの全長を有するベクターを得ることであった。第2の工程は、SacIおよびKpnI(KpnI部位はT4 DNAポリメラーゼを用いて平滑末端化された)を用いて、kivDy−hADHyカセットをpLH441から単離し、6,063bpの断片を得ることであった。この断片を、pRS423−FBA(SpeI)−IlvD(ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans))−Lumioに由来する9,482bpのベクター断片とライゲートした。これにより、ベクターpLH468(pRS423::PFBA1−ilvD(Strep)Lumio−FBA1t−PTDH3−kivDy−TDH3t−PGPM1−hadhy−ADH1t)が生成され、それを、制限マッピングおよび配列決定によって確認した。 The first step is to use pRS423 FBA ilvD (Strep) (pRS423-FBA (SpeI) -IlvD (mutans streptococci ( Streptococcus mutans)) — also called Lumio) was linearized to obtain a vector having a total length of 9,482 bp. The second step was to isolate the kivDy-hADHy cassette from pLH441 using SacI and KpnI (the KpnI site was blunted using T4 DNA polymerase) to obtain a 6,063 bp fragment. . This fragment was ligated with a 9,482 bp vector fragment derived from pRS423-FBA (SpeI) -IlvD (Streptococcus mutans) -Lumio. This generated the vector pLH468 (pRS423 :: PFBA1-ilvD (Strep) Lumio-FBA1t-PTDH3-kivDy-TDH3t-PGPM1-hadhy-ADH1t), which was confirmed by restriction mapping and sequencing.
pLH532の作成
pLH532プラスミド(配列番号130)を、酵母中のALSおよびKARIの発現のために作成した。pLH532は、以下のキメラ遺伝子:1)CUP1プロモーター(配列番号139)、枯草菌(Bacillus subtilis)に由来するアセト乳酸シンターゼコード領域(AlsS;配列番号137;タンパク質配列番号138)およびCYC1ターミネーター2(配列番号133);2)ILV5プロモーター(配列番号134)、Pf5.IlvCコード領域(配列番号132)およびILV5ターミネーター(配列番号135);ならびに3)FBA1プロモーター(配列番号136)、S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)KARIコード領域(ILV5;配列番号131);およびCYC1ターミネーターを含むpHR81ベクター(ATCC No.87541)である。
Generation of pLH532 The pLH532 plasmid (SEQ ID NO: 130) was generated for the expression of ALS and KARI in yeast. pLH532 consists of the following chimeric genes: 1) CUP1 promoter (SEQ ID NO: 139), acetolactate synthase coding region derived from Bacillus subtilis (AlsS; SEQ ID NO: 137; protein SEQ ID NO: 138) and CYC1 terminator 2 (sequence) No. 133); 2) ILV5 promoter (SEQ ID NO: 134), Pf5. The IlvC coding region (SEQ ID NO: 132) and the ILV5 terminator (SEQ ID NO: 135); and 3) the FBA1 promoter (SEQ ID NO: 136), S. A pHR81 vector (ATCC No. 87541) containing the S. cerevisiae KARI coding region (ILV5; SEQ ID NO: 131); and the CYC1 terminator.
Pf5.IlvCコード領域は、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0163376号明細書に記載された、蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)に由来するKARIをコードする配列である。 Pf5. The IlvC coding region is a sequence encoding KARI derived from Pseudomonas fluorescens described in US Patent Application Publication No. 2009/0163376, which is incorporated herein by reference.
Pf5.IlvCコード領域を、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)における発現のために最適化されたコドンに基づいて、DNA2.0,Inc.(Menlo Park,CA;配列番号132)によって合成した。 Pf5. The IlvC coding region was derived from DNA 2.0, Inc., based on codons optimized for expression in Saccharomyces cerevisiae. (Menlo Park, CA; SEQ ID NO: 132).
pYZ090の作成
pYZ090(配列番号1)は、pHR81(ATCC No.87541)骨格をベースとし、ALSの発現のために、酵母CUP1プロモーター(nt 2〜449)、続いてCYC1ターミネーター(nt 2181〜2430)から発現される枯草菌(Bacillus subtilis)に由来するalsS遺伝子のコード領域(nt位置457〜2172)を有するキメラ遺伝子、およびKARIの発現のために、酵母ILV5プロモーター(2433〜3626)、続いてILV5ターミネーター(nt 4682〜5304)から発現される乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)に由来するilvC遺伝子のコード領域(nt 3634〜4656)を有するキメラ遺伝子を含むように作成される。
Generation of pYZ090 pYZ090 (SEQ ID NO: 1) is based on the pHR81 (ATCC No. 87541) backbone and for expression of ALS, the yeast CUP1 promoter (nt 2-449), followed by the CYC1 terminator (nt 2181-2430) A chimeric gene with the coding region of the alsS gene from Bacillus subtilis (nt positions 457 to 2172) expressed from, and for expression of KARI, the yeast ILV5 promoter (2433 to 3626), followed by ILV5 Created to contain a chimeric gene having the coding region (nt 3634-4656) of the ilvC gene derived from Lactococcus lactis expressed from a terminator (nt 46682-5304) It is.
pYZ067の作成
pYZ067を、以下のキメラ遺伝子:1)ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ(DHAD)の発現のために、酵母FBA1プロモーター(nt 1161〜2250)、続いてFBAターミネーター(nt 4005〜4317)から発現されるミュータンス連鎖球菌(S.mutans)UA159に由来するilvD遺伝子のコード領域(nt位置2260〜3971)、2)アルコールデヒドロゲナーゼの発現のために、酵母GPMプロモーター(nt 5819〜6575)、続いてADH1ターミネーター(nt 4356〜4671)から発現されるウマ肝臓ADHのためのコード領域(nt 4680〜5807)、および3)ケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼの発現のために、酵母TDH3プロモーター(nt 8830〜9493)、続いてTDH3ターミネーター(nt 5682〜7161)から発現される乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)に由来するKivD遺伝子のコード領域(nt 7175〜8821)を含むように作成した。
Generation of pYZ067 pYZ067 is a murine expressed from the yeast FBA1 promoter (nt 1161-2250) followed by an FBA terminator (nt 4005-4317) for expression of the following chimeric gene: 1) dihydroxy acid dehydratase (DHAD). The coding region of the ilvD gene from S. mutans UA159 (nt positions 2260-3971), 2) for expression of alcohol dehydrogenase, the yeast GPM promoter (nt 5819-6575), followed by the ADH1 terminator ( nt 4356-4671), the coding region for horse liver ADH (nt 4680-5807), and 3) the expression of ketoisovalerate decarboxylase for the yeast TDH3 promoter (nt 8830-9493), followed by the coding region (nt 7175-8821) of the KivD gene derived from Lactococcus lactis expressed from the TDH3 terminator (nt 5682-7161).
pRS423::CUP1−alsS+FBA−budAおよびpRS426::FBA−budC+GPM−sadBおよびpLH475−Z4B8の作成
pRS423::CUP1−alsS+FBA−budAおよびpRS426::FBA−budC+GPM−sadBおよびpLH475−Z4B8の作成が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305363号明細書に記載されている。
pRS423 :: CUP1-alsS + FBA-budA and pRS426 :: FBA-budC + GPM-sadB and pLH475-Z4B8 are created It is described in US Patent Application Publication No. 2009/0305363, which is incorporated herein by reference.
以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに例示する。以下の実施例は、原料としてのトウモロコシおよびトウモロコシ脂質の酵素加水分解から得られるISPR抽出剤としてのCOFAを含むが、本発明から逸脱せずに、他のバイオマス源を、原料およびバイオマス油の酵素加水分解に使用することができることを理解されたい。 The following non-limiting examples further illustrate the present invention. The following examples include COFA as ISPR extractant obtained from enzymatic hydrolysis of corn and corn lipids as feedstock, but without departing from the present invention, other biomass sources can be used as feedstock and biomass oil enzymes. It should be understood that it can be used for hydrolysis.
本明細書において使用される際、使用される略語の意味は以下のとおりであった:「g」はグラムを意味し、「kg」はキログラムを意味し、「L」はリットルを意味し、「mL」はミリリットルを意味し、「μL」はマイクロリットルを意味し、「mL/L」はミリリットル/リットルを意味し、「mL/分」はミリリットル/分を意味し、「DI」は脱イオン化されていることを意味し、「uM」はマイクロメートルを意味し、「nm」はナノメートルを意味し、「w/v」は重量/体積を意味し、「OD」は光学密度を意味し、「OD600」は600nMの波長における光学密度を意味し、「dcw」は乾燥菌体重量を意味し、「rpm」は毎分回転数を意味し、「℃」は摂氏温度を意味し、「℃/分」は摂氏温度/分を意味し、「slpm」は標準リットル/分を意味し、「ppm」は百万分率を意味し、「pdc」はピルビン酸デカルボキシラーゼ酵素を意味し、後ろに酵素番号が付く。 As used herein, the meanings of the abbreviations used were as follows: “g” means gram, “kg” means kilogram, “L” means liter, “ML” means milliliters, “μL” means microliters, “mL / L” means milliliters / liter, “mL / minute” means milliliters / minute, and “DI” means depleted. Means ionized, “uM” means micrometer, “nm” means nanometer, “w / v” means weight / volume, “OD” means optical density “OD 600 ” means optical density at a wavelength of 600 nM, “dcw” means dry cell weight, “rpm” means number of revolutions per minute, “° C.” means degree Celsius. , "° C / min" means Celsius temperature / min, “slpm” means standard liters per minute, “ppm” means parts per million, “pdc” means pyruvate decarboxylase enzyme, followed by the enzyme number.
一般的な方法
シードフラスコ増殖(Seed Flask Growth)
pdc1が欠損した、pdc5が欠損した、およびpdc6が欠損した、炭水化物源からイソブタノールを生成するように改変されたサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株を、凍結された培地からのシードフラスコ中で0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6−Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)まで増殖させた。培地を、300rpmで回転する培養器中、26℃で増殖させた。凍結した培地を−80℃で予め貯蔵した。第1のシードフラスコ培地の組成は以下のとおりであった:
3.0g/Lのデキストロース
3.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)。
General Method Seed Flask Growth (Seed Flash Growth)
Saccharomyces cerevisiae strains modified to produce isobutanol from carbohydrate sources, dpc1 deficient, pdc5 deficient, and pdc6 deficient, were seeded in seed flasks from frozen medium. Growing to .55-1.1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6-Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). The medium was grown at 26 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The frozen medium was pre-stored at -80 ° C. The composition of the first seed flask medium was as follows:
3.0 g / L dextrose 3.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base (No. 291920) without amino acids.
第1のシードフラスコ培地からの12ミリリットルを、2Lのフラスコに移し、300rpmで回転する培養器中、30℃で増殖させた。第2のシードフラスコは、220mLの以下の培地を有する:
30.0g/Lのデキストロース
5.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)
pH5.5〜6.0に滴定された0.2MのMES緩衝液。
12 milliliters from the first seed flask medium was transferred to a 2 L flask and grown at 30 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The second seed flask has 220 mL of the following medium:
30.0 g / L dextrose 5.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base without amino acid (No. 291920)
0.2 M MES buffer titrated to pH 5.5-6.0.
培地を、0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6)で増殖させた。200g/Lのペプトンおよび100g/Lの酵母抽出物を含有するさらなる30mLの溶液を、この細胞濃縮物に加えた。次に、さらなる300mLの0.2uMのろ過滅菌されたCognis、90〜95%のオレイルアルコールをフラスコに加えた。4g/L dcw超(OD600>10)まで培地を増殖させ続けてから、採取し、発酵に加えた。 The medium was grown at 0.55-1.1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6). An additional 30 mL solution containing 200 g / L peptone and 100 g / L yeast extract was added to the cell concentrate. Next, an additional 300 mL of 0.2 uM filter sterilized Cognis, 90-95% oleyl alcohol was added to the flask. Medium was continued to grow to> 4 g / L dcw (OD 600 > 10) before being harvested and added to the fermentation.
発酵の調製
初期の発酵槽の調製
ガラスの被覆された2Lの発酵槽(Sartorius AG,Goettingen,Germany)に、家庭用水を、66%の液化重量になるまで投入した。pHプローブ(Hamilton Easyferm Plus K8、部品番号:238627、Hamilton Bonaduz AG,Bonaduz,Switzerland)を、Sartorius DCU−3 Control Tower Calibrationメニューによって較正した。pH=7でゼロ較正を行った。pH=4でスパン較正を行った。次に、プローブを、ステンレス鋼のヘッドプレートを通して発酵槽に入れた。溶解された酸素プローブ(pO2プローブ)も、ヘッドプレートを通して発酵槽に入れた。栄養、シード培地、抽出溶媒、および基剤を送達するのに使用される管をヘッドプレートに取り付け、端部に箔を被せた(foil)。発酵槽全体をSteris(Steris Corporation,Mentor,Ohio)オートクレーブに入れ、液体サイクル中で30分間滅菌した。
Fermentation Preparation Initial Fermenter Preparation A glass-coated 2 L fermenter (Sartorius AG, Goettingen, Germany) was charged with domestic water to a liquefied weight of 66%. A pH probe (Hamilton Easyferm Plus K8, part number: 238627, Hamilton Bondadz AG, Bondaduz, Switzerland) was calibrated by the Sartorius DCU-3 Control Tower Calibration menu. Zero calibration was performed at pH = 7. Span calibration was performed at pH = 4. The probe was then placed into the fermentor through a stainless steel head plate. A dissolved oxygen probe (pO 2 probe) was also placed in the fermentor through the head plate. Tubes used to deliver nutrients, seed medium, extraction solvent, and base were attached to the head plate and foiled at the ends. The entire fermentor was placed in a Steris (Steris Corporation, Mentor, Ohio) autoclave and sterilized in a liquid cycle for 30 minutes.
発酵槽をオートクレーブから取り出し、ロードセル上に設置した。ジャケット水供給および戻り配管を、それぞれ家庭用水および排水管(clean drain)に連結した。流入水および流出水の配管を冷却する凝縮器を、7℃で運転される6Lの再循環温度浴に連結した。発酵槽からのガスを移送する通気管路を、Thermo質量分析計(Prima dB,Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)に連結された移送管路に連結した。スパージャ管路をガス供給管路に連結した。栄養、抽出溶媒、シード培地、および基剤を加えるための管を、ポンプを通して配管し(plumb)、またはしっかりと固定した。 The fermenter was removed from the autoclave and placed on the load cell. The jacket water supply and return piping were connected to domestic water and clean drain, respectively. A condenser for cooling the incoming and outgoing water lines was connected to a 6 L recirculation temperature bath operating at 7 ° C. A vent line for transferring gas from the fermentor was connected to a transfer line connected to a Thermo mass spectrometer (Prima dB, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). The sparger line was connected to the gas supply line. Tubes for adding nutrients, extraction solvent, seed medium, and base were plumbed through the pump or secured.
発酵槽温度を、熱電対および家庭用水循環ループを用いて55℃に制御した。湿潤したトウモロコシの実(#2イエローデント)を、1.0mmのふるいを備えたハンマーミルを用いて磨砕し、次に、得られた、磨砕された全粒トウモロコシの実を、29〜30%(乾燥トウモロコシ固体重量)の液化反応塊の投入量で発酵槽に加えた。 The fermenter temperature was controlled at 55 ° C. using a thermocouple and a domestic water circulation loop. Wet corn nuts (# 2 yellow dent) are ground using a hammer mill equipped with a 1.0 mm sieve, and the resulting ground whole corn nuts are then 30% (dry corn solid weight) was added to the fermentor at a charge of liquefied reaction mass.
液化前のリパーゼ処理
リパーゼ酵素原液を、最終的なリパーゼ濃度が10ppmになるように発酵槽に加えた。発酵槽を、55℃、300rpm、および0.3slpmのN2重層(overlay)で6時間超にわたって保持した。リパーゼ処理が完了した後、後述されるように液化を行った(液化)。
Lipase treatment before liquefaction The lipase enzyme stock solution was added to the fermentor so that the final lipase concentration was 10 ppm. The fermentor was held at 55 ° C., 300 rpm, and 0.3 slpm N 2 overlay for over 6 hours. After the lipase treatment was completed, liquefaction was performed as described later (liquefaction).
液化
滅菌した家庭用N2をスパージャによって0.3slpmで加えつつ、発酵槽を300〜1200rpmで混合しながら、α−アミラーゼを、その仕様書どおりに発酵槽に加えた。温度設定点を、55℃から85℃に変化させた。温度が80℃を超える場合、液化調理時間を開始し、液化サイクルを、90〜120分間80℃超に保持した。液化サイクルが完了した後、発酵槽温度設定点を、30℃の発酵温度に設定した。化学的消泡剤を加えずに発泡を防ぐために、N2をスパージャからヘッドスペースへと向け直した。
While applying household N 2 liquefied sterilized 0.3slpm by sparger, while mixing fermentor 300~1200Rpm, the α- amylase was added to the fermentor to its specifications as expected. The temperature set point was changed from 55 ° C to 85 ° C. If the temperature exceeded 80 ° C, the liquefaction cooking time was started and the liquefaction cycle was held above 80 ° C for 90-120 minutes. After the liquefaction cycle was completed, the fermentor temperature set point was set to a fermentation temperature of 30 ° C. N 2 was redirected from the sparger to the headspace to prevent foaming without adding a chemical defoamer.
液化後のリパーゼ処理
液化サイクルが完了した後(液化)、発酵槽温度を30℃の代わりに55℃に設定した。必要に応じて酸または塩基のボーラス添加を行うことによって、pHをpH=5.8に手作業で制御した。リパーゼ酵素原液を、最終的なリパーゼ濃度が10ppmになるように発酵槽に加えた。発酵槽を、55℃、300rpm、および0.3slpmのN2重層で6時間超にわたって保持した。リパーゼ処理が完了した後、発酵槽温度を30℃に設定した。
Lipase treatment after liquefaction After the liquefaction cycle was completed (liquefaction), the fermenter temperature was set to 55 ° C instead of 30 ° C. The pH was manually controlled to pH = 5.8 by adding an acid or base bolus as needed. The lipase enzyme stock solution was added to the fermentor so that the final lipase concentration was 10 ppm. The fermentor was held at 55 ° C., 300 rpm, and 0.3 slpm N 2 bilayer for over 6 hours. After the lipase treatment was completed, the fermenter temperature was set to 30 ° C.
リパーゼの熱による失活処理(加熱殺菌処理方法)
発酵槽温度を、15分間より長く80℃超に保持して、リパーゼを失活させた。熱による失活処理が完了した後、発酵槽温度を30℃に設定した。
Inactivation treatment by heat of lipase (heat sterilization treatment method)
The fermenter temperature was held above 80 ° C. for longer than 15 minutes to deactivate the lipase. After the heat deactivation treatment was completed, the fermenter temperature was set to 30 ° C.
接種の前の栄養添加
接種の直前にエタノール(6.36mL/L、接種後の体積、200プルーフ、無水)を発酵槽に加えた。最終濃度が20mg/Lになるようにチアミンを加え、接種の直前に100mg/Lのニコチン酸も加えた。
Nutritional addition before inoculation Ethanol (6.36 mL / L, volume after inoculation, 200 proof, anhydrous) was added to the fermentor just prior to inoculation. Thiamine was added to a final concentration of 20 mg / L, and 100 mg / L nicotinic acid was also added immediately before inoculation.
接種の前のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸の添加
接種の直後に1L/L(接種後の体積)のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸を加えた。
Addition of oleyl alcohol or corn oil fatty acid before inoculation Immediately after inoculation, 1 L / L (volume after inoculation) of oleyl alcohol or corn oil fatty acid was added.
発酵槽の接種
N2を発酵槽に加えながら、発酵槽pO2プローブをゼロに較正した。発酵槽pO2プローブを、300rpmにおける滅菌空気スパージを用いてそのスパンに較正した。第2のシードフラスコが4g/L dcw超になった後、発酵槽に接種した。振とうフラスコを培養器/振とう器から5分間取り出して、オレイルアルコール相と水相との相分離を可能にした。水相(110mL)を滅菌した接種ボトルに移した。接種材料を、蠕動ポンプを通して発酵槽に注入した。
Fermenter pO 2 probe was calibrated to zero while N 2 was added to the fermentor. The fermenter pO 2 probe was calibrated to its span using a sterile air sparge at 300 rpm. The fermenter was inoculated after the second seed flask exceeded 4 g / L dcw. The shake flask was removed from the incubator / shaker for 5 minutes to allow phase separation between the oleyl alcohol phase and the aqueous phase. The aqueous phase (110 mL) was transferred to a sterile inoculation bottle. The inoculum was injected into the fermentor through a peristaltic pump.
発酵槽の運転条件
発酵槽を、増殖および生成段階全体について30℃で運転した。pHを、酸を全く加えずに5.7〜5.9のpHから5.2の制御設定点まで低下させた。増殖および生成段階の残りでは、水酸化アンモニウムを用いて、pHをpH=5.2に制御した。増殖および生成段階の残りでは、無菌の空気を、スパージャを介して、0.3slpmで発酵槽に加えた。DCU−3 Control Box PID制御ループによって、撹拌制御のみを用いて、撹拌器を最小で300rpmに設定し、最大で2000rpmに設定して、pO2を、3.0%に制御されるように設定した。a−アミラーゼ(グルコアミラーゼ)を加えることによって、液化トウモロコシマッシュの同時糖化発酵によってグルコースを供給した。でんぷんが糖化に利用できる限り、グルコースを過剰(1〜50g/L)に保った。
Fermenter operating conditions The fermentor was operated at 30 ° C for the entire growth and production phase. The pH was lowered from a pH of 5.7-5.9 to a control set point of 5.2 without any acid added. For the remainder of the growth and production phase, ammonium hydroxide was used to control the pH to pH = 5.2. For the remainder of the growth and production phase, sterile air was added to the fermentor at 0.3 slpm through a sparger. With the DCU-3 Control Box PID control loop, using only agitation control, set the stirrer to a minimum of 300 rpm, set to a maximum of 2000 rpm, and set pO 2 to be controlled to 3.0% did. Glucose was supplied by simultaneous saccharification and fermentation of liquefied corn mash by adding a-amylase (glucoamylase). As long as starch was available for saccharification, the glucose was kept in excess (1-50 g / L).
分析
ガスの分析
処理空気を、Thermo Prima(Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)質量分析計で分析した。これは、滅菌してから各発酵槽に加えたのと同じ処理空気であった。各発酵槽のオフガスを、同じ質量分析計で分析した。このThermo Prima dBは、毎週月曜の午前6:00に較正チェックを実行する機能を有する。較正チェックを、質量分析計に関連するGas Works v1.0(Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)ソフトウェアによってスケジューリングした。較正されるガスは以下のとおりであった:
Analysis of Analyzed Gas Treated air was analyzed with a Thermo Prima (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts) mass spectrometer. This was the same treated air that was sterilized and added to each fermentor. The offgas of each fermentor was analyzed with the same mass spectrometer. The Thermo Primer dB has a function of executing a calibration check at 6:00 am every Monday. Calibration checks were scheduled by Gas Works v1.0 (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts) software associated with the mass spectrometer. The gas to be calibrated was as follows:
二酸化炭素を、他の公知のボトル入りのガスを用いて、較正サイクル中5%および15%でチェックした。酸素を、他の公知のボトル入りのガスを用いて15%でチェックした。各発酵槽のオフガスの分析に基づいて、ストリッピングされたイソブタノール、消費された酸素、およびオフガスに吸入された二酸化炭素の量を、質量分析計のモル分率分析および発酵槽に入るガス流量(質量流制御装置)を用いて測定した。1時間当たりのガス速度を計算し、次に、発酵の間のその速度を積分した。 Carbon dioxide was checked at 5% and 15% during the calibration cycle using other known bottled gases. Oxygen was checked at 15% using other known bottled gases. Based on the analysis of offgas in each fermentor, the amount of stripped isobutanol, consumed oxygen, and carbon dioxide inhaled into the offgas, the mass fraction analysis of the mass spectrometer and the gas flow into the fermentor Measurement was performed using a (mass flow controller). The gas rate per hour was calculated and then integrated during the fermentation.
バイオマスの測定
0.08%のTrypan Blue溶液を、1×PBSによる、NaCl(VWR BDH8721−0)中の0.4%のTrypan Blueの1:5の希釈液から調製した。1.0mLの試料を、発酵槽から引き抜き、1.5mLのEppendorf遠心分離機管に入れ、Eppendorf,5415において、14,000rpmで5分間遠心分離した。遠心分離の後、上部の溶媒層を、20〜200μLのBioHitピペット先端を有するm200 Variable Channel BioHitピペットを用いて除去した。溶媒と水層との間の層を除去しないように注意した。溶媒層を除去してから、試料を、2700rpmに設定されたVortex−Genie(登録商標)を用いて再懸濁した。
Biomass Measurement A 0.08% Trypan Blue solution was prepared from a 1: 5 dilution of 0.4% Trypan Blue in NaCl (VWR BDH8721-0) with 1 × PBS. A 1.0 mL sample was withdrawn from the fermentor, placed in a 1.5 mL Eppendorf centrifuge tube, and centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes in an Eppendorf, 5415. After centrifugation, the upper solvent layer was removed using an m200 Variable Channel BioHit pipette with a 20-200 μL BioHit pipette tip. Care was taken not to remove the layer between the solvent and the aqueous layer. After removing the solvent layer, the sample was resuspended using Vortex-Genie® set at 2700 rpm.
血球計計数のための理想的な濃度を準備するために、一連の希釈が必要とされた。ODが10であった場合、理想的な量(20〜30)の細胞が平方当たり計数されるようにし得る0.5のODを得るために、1:20の希釈を行い得る。トウモロコシの固体による、希釈の不正確性を低下させるために、カットされた100〜1000μLのBioHitピペット先端を用いた複数回の希釈が必要とされた。先端が詰まるのを防いで開口を広げるために、約1cmを先端からカットした。1:20の最終的な希釈の場合、発酵試料および0.9%のNaCl溶液の初期の1:1の希釈液を調製した。次に、前の溶液の1:1の希釈液(すなわち、初期の1:1の希釈液)および0.9%のNaCl溶液(第2の希釈液)を生成した後、第2の希釈液およびTrypan Blue溶液の1:5の希釈液を生成した。試料を各希釈の間にボルテックスし、カットされた先端を0.9%のNaClおよびTrypan Blue溶液に入れてすすいだ。 A series of dilutions was required to prepare the ideal concentration for the hemacytometer count. If the OD was 10, a 1:20 dilution could be made to obtain an OD of 0.5 that would allow an ideal amount (20-30) of cells to be counted per square. Multiple dilutions with cut 100-1000 μL BioHit pipette tips were required to reduce dilution inaccuracies due to corn solids. In order to prevent the tip from becoming clogged and widen the opening, about 1 cm was cut from the tip. For a final dilution of 1:20, an initial 1: 1 dilution of the fermentation sample and 0.9% NaCl solution was prepared. Next, after producing a 1: 1 dilution of the previous solution (ie, the initial 1: 1 dilution) and a 0.9% NaCl solution (second dilution), the second dilution And 1: 5 dilutions of Trypan Blue solution. Samples were vortexed between each dilution and the cut tip was rinsed into 0.9% NaCl and Trypan Blue solution.
カバースリップを、血球計(Hausser Scientific Bright−Line 1492)の上部に注意深く入れた。2〜20μLのBioHitピペット先端を有するm20 Variable Channel BioHitピペットを用いて、アリコート(10μL)を、最終的なTrypan Blue希釈液から抜き取り、血球計に注入した。血球計を40倍の倍率のZeis Axioskop 40顕微鏡に設置した。中央の4分の1(center quadrant)を25個の方形に分割し、次に、両方のチャンバーにおける4隅および中央の方形(center square)を計数し、記録した。両方のチャンバーを計数した後、平均値を取り、希釈係数(20)を乗算し、次に血球計における中央の4分の1における方形の数の25を乗算し、次に計数された4分の1の体積である0.0001mLで除算した。この計算の合計は、mL当たりの細胞の数である。
The coverslip was carefully placed on top of a haemocytometer (Hauser Scientific Bright-Line 1492). An aliquot (10 μL) was withdrawn from the final Trypan Blue dilution and injected into the hemacytometer using an m20 Variable Channel BioHit pipette with a 2-20 μL BioHit pipette tip. The hemacytometer was placed on a
水相中の発酵生成物のLC分析
試料を処理の準備ができるまで冷蔵した。試料を、冷蔵から取り出して、室温にした(約1時間)。約300μLの試料を、100〜1000μLのBioHitピペット先端を有するm1000 Variable Channel BioHitピペットを用いて、0.2umの遠心分離機フィルター(Nanosep(登録商標)MFの改造されたナイロン遠心分離機フィルター)に移し、次にEppendorf,5415Cを用いて、14,000rpmで5分間遠心分離した。約200μLのろ過された試料を、ポリマーフィート(feet)とともに250μLのガラス容器挿入部(insert)を備えた1.8オートサンプラー容器に移した。PTFE隔壁を備えたねじ蓋を用いて容器に蓋をしてから、2700rpmに設定されたVortex−Genie(登録商標)を用いて試料をボルテックスした。
LC analysis of fermentation products in the aqueous phase Samples were refrigerated until ready for processing. Samples were removed from refrigeration and allowed to reach room temperature (approximately 1 hour). Approximately 300 μL of sample is transferred to a 0.2 um centrifuge filter (Nanosep® MF modified nylon centrifuge filter) using an m1000 Variable Channel BioHit pipette with a 100-1000 μL BioHit pipette tip. And then centrifuged for 5 min at 14,000 rpm using an Eppendorf, 5415C. Approximately 200 μL of the filtered sample was transferred to a 1.8 autosampler container equipped with a 250 μL glass container insert with polymer feet. The vessel was capped using a screw cap with a PTFE septum and the sample was vortexed using a Vortex-Genie® set at 2700 rpm.
次に、試料を、バイナリアイソクラティックポンプ、真空脱気装置、加熱されたカラム区画、サンプラー冷却システム、UV DAD検出器およびRI検出器を備えたAgilent 1200シリーズLCで実験した。使用されたカラムは、Bio−Rad Cation Hリフィル、30X4.6ガードカラムを備えたAminex HPX−87H,300 X 7.8であった。カラム温度は、0.01Nの硫酸の移動相を用いて、0.6mL/分の流量で40分間、40℃であった。結果を表1に示す。 The samples were then run on an Agilent 1200 series LC equipped with a binary isocratic pump, vacuum degasser, heated column compartment, sampler cooling system, UV DAD detector and RI detector. The column used was an Aminex HPX-87H, 300 × 7.8 with a Bio-Rad Cation H refill, 30 × 4.6 guard column. The column temperature was 40 ° C. for 40 minutes at a flow rate of 0.6 mL / min using a mobile phase of 0.01 N sulfuric acid. The results are shown in Table 1.
試料を処理の準備ができるまで冷蔵した。試料を、冷蔵から取り出して、室温にした(約1時間)。約150μLの試料を、100〜1000μLのBioHitピペット先端を有するm1000 Variable Channel BioHitピペットを用いて、ポリマーフィートとともに250μLのガラス容器挿入部を備えた1.8オートサンプラー容器に移した。PTFE隔壁を備えたねじ蓋を用いて容器に蓋をした。 Samples were refrigerated until ready for processing. Samples were removed from refrigeration and allowed to reach room temperature (approximately 1 hour). Approximately 150 μL of sample was transferred to a 1.8 autosampler container with a 250 μL glass container insert with polymer feet using an m1000 Variable Channel BioHit pipette with a 100-1000 μL BioHit pipette tip. The container was capped using a screw cap with a PTFE septum.
次に、試料を、7683B注入器およびG2614Aオートサンプラーを備えたAgilent 7890A GCで実験した。カラムは、HP−InnoWaxカラム(30m×0.32mmの内径(ID)、0.25μmのフィルム)であった。キャリアガスは、一定の上部圧力を用いて45℃で測定される1.5mL/分の流量でヘリウムであり;注入器スプリットは、225℃で1:50であり;オーブン温度は、1.5分間45℃、10℃/分で0分間、45℃〜160℃、次に29分間の実行時間について、35℃/分で14分間、230℃であった。炎イオン化検出を、40mL/分のヘリウムメイクアップガスを用いて260℃で使用した。結果を表2に示す。 The samples were then run on an Agilent 7890A GC equipped with a 7683B injector and a G2614A autosampler. The column was an HP-InnoWax column (30 m × 0.32 mm ID (ID), 0.25 μm film). The carrier gas is helium at a flow rate of 1.5 mL / min measured at 45 ° C. using a constant top pressure; the injector split is 1:50 at 225 ° C .; the oven temperature is 1.5 For a run time of 45 ° C. per minute for 0 minute at 10 ° C./minute, 45 ° C. to 160 ° C., then 29 minutes, it was 14 minutes at 35 ° C./minute for 230 minutes. Flame ionization detection was used at 260 ° C. with 40 mL / min helium makeup gas. The results are shown in Table 2.
脂肪酸ブチルエステルについて分析される試料を、7683B注入器およびG2614Aオートサンプラーを備えたAgilent 6890 GCで実験した。カラムは、HP−DB−FFAPカラム(15メートル×0.53mmの内径(Megabore)、1−ミクロンのフィルム厚さのカラム(30m×0.32mmの内径、0.25μmのフィルム)であった。キャリアガスは、一定の上部圧力を用いて45℃で測定される3.7mL/分の流量でヘリウムであり;注入器スプリットは、225℃で1:50であり;オーブン温度は、2.0分間100℃、10℃/分で100℃〜250℃、次に、26分間の実行時間について、9分間250℃であった。炎イオン化検出を、40mL/分のヘリウムメイクアップガスを用いて300℃で使用した。以下のGC標準(Nu−Chek Prep;Elysian,MN)を用いて、脂肪酸イソブチルエステル生成物:パルミチン酸イソ−ブチル、ステアリン酸イソ−ブチル、オレイン酸イソ−ブチル、リノール酸イソ−ブチル、リノレン酸イソ−ブチル、アラキドン酸イソ−ブチルの属性を確認した。 Samples analyzed for fatty acid butyl esters were run on an Agilent 6890 GC equipped with a 7683B injector and a G2614A autosampler. The column was an HP-DB-FFAP column (15 meter x 0.53 mm ID), 1-micron film thickness column (30 m x 0.32 mm ID, 0.25 μm film). The carrier gas is helium at a flow rate of 3.7 mL / min measured at 45 ° C. using a constant top pressure; the injector split is 1:50 at 225 ° C .; the oven temperature is 2.0 100 ° C. per minute, 100 ° C. to 250 ° C. at 10 ° C./min, then for 26 minutes run time was 9 minutes 250 ° C. Flame ionization detection was performed using helium makeup gas at 40 mL / min. Used at <RTIgt; C. </ RTI> The following GC standard (Nu-Chek Prep; Elysian, MN) was used to produce the fatty acid isobutyl ester product: isobutyrate palmitate. , Iso stearic acid - was confirmed attributes of butyl - butyl, iso oleate - butyl, iso linoleic acid - butyl, iso-linolenic acid - butyl, arachidonic acid iso.
実施例1〜14は、権利請求される方法に使用され得る様々な発酵条件を説明する。例として、液化前のリパーゼ処理を行う発酵もあれば、液化後のリパーゼ処理を行う発酵もあった。他の実施例では、発酵に熱による失活処理を行った。発酵の後、有効イソブタノール力価(有効イソ力価)、すなわち、水性体積のリットル当たり生成されるイソブタノールの合計グラムを測定した。結果を表3に示す。 Examples 1-14 illustrate various fermentation conditions that can be used in the claimed method. As an example, there was fermentation that performed lipase treatment before liquefaction and fermentation that performed lipase treatment after liquefaction. In other examples, the fermentation was subjected to a heat deactivation treatment. After fermentation, the effective isobutanol titer (effective isopotency), ie the total grams of isobutanol produced per liter of aqueous volume, was measured. The results are shown in Table 3.
実施例1−(対照)
実験識別子2010Y014は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 1-(Control)
The experimental identifier 2010Y014 included the following: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and All of the analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例2
実験識別子2010Y015は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後のリパーゼ処理方法、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 2
The experiment identifier 2010Y015 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction, nutrient addition before inoculation method, fermenter inoculation method, fermentation All tank operating condition methods and analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例3
実験識別子2010Y016は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後のリパーゼ処理方法、エタノールの除外を除いた接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 3
The experimental identifier 2010Y016 included: seed flask growth method, initial fermenter preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction, nutrient addition prior to inoculation method excluding ethanol, fermentation All of the inoculation method of the tank, the operating condition method of the fermenter, and the analysis method. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例4
実験識別子2010Y017は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後の加熱殺菌処理方法、エタノールの除外を除いた接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 4
The experiment identifier 2010Y017 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, heat sterilization method after liquefaction, nutrient addition prior to inoculation method excluding ethanol, Fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method all. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例5
実験識別子2010Y018は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後に7.2ppmのリパーゼを加えたことのみを除いた液化後のリパーゼ処理方法、液化後の加熱殺菌処理方法、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 5
The experimental identifier 2010Y018 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction except that 7.2 ppm lipase was added after liquefaction, Heat sterilization treatment method after liquefaction, nutrient addition before inoculation method, inoculation method of fermenter, operating condition method of fermenter, and analysis method. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例6−(対照)
実験識別子2010Y019は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後の加熱殺菌処理方法、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 6 (Control)
The experimental identifier 2010Y019 included: seed flask growth method, initial fermenter preparation method, liquefaction method, heat sterilization treatment method after liquefaction, nutrient addition before inoculation method, fermenter inoculation method, All fermenter operating condition methods and analytical methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例7−(対照)
実験識別子2010Y021は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化前のリパーゼ処理方法、液化方法、液化中の加熱殺菌処理、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 7-(Control)
The experiment identifier 2010Y021 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, lipase treatment method before liquefaction, liquefaction method, heat sterilization treatment during liquefaction, nutrition addition before inoculation method, Fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method all. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例8
実験識別子2010Y022は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 8
The experimental identifier 2010Y022 included: seed flask growth method, initial fermenter preparation method, liquefaction method, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and All of the analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例9
実験識別子2010Y023は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後のリパーゼ処理方法、加熱殺菌処理なし、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。粗トウモロコシ油から作製されるトウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 9
The experiment identifier 2010Y023 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction, no heat sterilization treatment, nutrition addition before inoculation method, fermenter Inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method. Corn oil fatty acids made from crude corn oil were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例10
実験識別子2010Y024は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化前のリパーゼ処理方法、液化方法、液化中の加熱殺菌処理、エタノールを加えなかったことを除いた接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 10
The experiment identifier 2010Y024 included: except seed flask growth method, initial fermentor preparation method, lipase treatment method prior to liquefaction, liquefaction method, heat sterilization during liquefaction, no ethanol added Nutritional addition before the inoculation method, fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method all. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例11
実験識別子2010Y029は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化前のリパーゼ処理方法、液化方法、液化中の加熱殺菌処理、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。粗トウモロコシ油から作製されるトウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 11
The experimental identifier 2010Y029 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, lipase treatment method before liquefaction, liquefaction method, heat sterilization treatment during liquefaction, nutrition addition before inoculation method, Fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method all. Corn oil fatty acids made from crude corn oil were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例12
実験識別子2010Y030は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化前のリパーゼ処理方法、液化方法、液化中の加熱殺菌処理、エタノールを加えなかったことを除いた接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。粗トウモロコシ油から作製されるトウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 12
The experiment identifier 2010Y030 included: Seed flask growth method, initial fermentor preparation method, lipase treatment method prior to liquefaction, liquefaction method, heat sterilization during liquefaction, no ethanol added All of the nutrient additions before the inoculation method, fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method. Corn oil fatty acids made from crude corn oil were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例13−(対照)
実験識別子2010Y031は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後のリパーゼ処理方法、加熱殺菌処理なし、エタノールを加えなかったことを除いた接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。粗トウモロコシ油から作製されるトウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 13-(Control)
The experimental identifier 2010Y031 included the following: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction, no heat sterilization treatment, no inoculation except that no ethanol was added Nutritional addition before method, fermenter inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method all. Corn oil fatty acids made from crude corn oil were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例14
実験識別子2010Y032は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、初期の発酵槽の調製方法、液化方法、液化後のリパーゼ処理方法、加熱殺菌処理なし、接種方法の前の栄養添加、発酵槽の接種方法、発酵槽の運転条件方法、および分析方法の全て。粗トウモロコシ油から作製されるトウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンはNGCI−070であった。
Example 14
Experiment identifier 2010Y032 included: seed flask growth method, initial fermentor preparation method, liquefaction method, lipase treatment method after liquefaction, no heat sterilization treatment, nutrient addition before inoculation method, fermentor Inoculation method, fermenter operating condition method, and analysis method. Corn oil fatty acids made from crude corn oil were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen was NGCI-070.
実施例15
実験識別子はGLNOR432Aであった。NGCI−047(ブタンジオール生成株)を、冷凍した容器からの250mLのフラスコ中の25mLの培地中で、約1のODになるまで増殖させた。プレシード培地を2Lのフラスコに移し、1.7〜1.8のODになるまで増殖させた。両方のフラスコのための培地は以下のとおりであった:
3.0g/Lのデキストロース
3.0g/Lの無水エタノール
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(No.291920)
1.4g/LのYeast Dropout Mix(Sigma Y2001)
10mL/Lの1% w/vのL−ロイシン原液
2mL/Lの1% w/vのL−トリプトファン原液。
Example 15
The experimental identifier was GNLOR432A. NGCI-047 (butanediol producing strain) was grown in 25 mL medium in a 250 mL flask from a frozen container to an OD of about 1. The pre-seed medium was transferred to a 2 L flask and grown to an OD of 1.7-1.8. The media for both flasks was as follows:
3.0 g / L dextrose 3.0 g / L absolute ethanol 6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base (No. 291920) without amino acids
1.4 g / L Yeast Dropout Mix (Sigma Y2001)
10 mL / L of 1% w / v L-
1LのApplikon発酵槽に、60mLのシードフラスコを接種した。発酵槽は、700mLの以下の滅菌培地を含有していた:
20.0g/Lのデキストロース
8.0mL/Lの無水エタノール
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(No.291920)
2.8g/LのYeast Dropout Mix(Sigma Y2001)
20mL/Lの1% w/vのL−ロイシン原液
4mL/Lの1% w/vのL−トリプトファン原液
0.5mLのSigma 204 Antifoam
1:1::Tween 80:エタノール中の0.8mL/Lの1% w/vのErgesterol溶液。
A 1 L Applikon fermentor was inoculated with a 60 mL seed flask. The fermentor contained 700 mL of the following sterile medium:
20.0 g / L dextrose 8.0 mL / L absolute ethanol 6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base (No. 291920) without amino acids
2.8 g / L Yeast Dropout Mix (Sigma Y2001)
20 mL / L 1% w / v L-leucine stock solution 4 mL / L 1% w / v L-tryptophan stock solution 0.5 mL Sigma 204 Antifoam
1: 1: Tween 80: 0.8 mL / L of 1% w / v Ergestol solution in ethanol.
残りのグルコースを、50% w/wのグルコース溶液を用いて過剰に保った。発酵槽の溶解酸素濃度を、撹拌制御によって30%に制御した。pHをpH=5.5に制御した。発酵槽を、0.3slpmの滅菌した家庭用水でスパージした。温度を30℃に制御した。 The remaining glucose was kept in excess using a 50% w / w glucose solution. The dissolved oxygen concentration in the fermenter was controlled to 30% by stirring control. The pH was controlled at pH = 5.5. The fermentor was sparged with 0.3 slpm sterilized domestic water. The temperature was controlled at 30 ° C.
実施例16
実験識別子はGLNOR434Aであった。この実施例は、接種の前の3gのオレイン酸の添加および3gのパルミチン酸の添加を除いて実施例15と同じであった。NGCI−047(ブタンジオール生成株)が生体触媒であった。
Example 16
The experimental identifier was GNLOR434A. This example was the same as Example 15 except for the addition of 3 g oleic acid and 3 g palmitic acid prior to inoculation. NGCI-047 (butanediol producing strain) was the biocatalyst.
図6は、脂肪酸を受け入れた発酵槽中で、消費されるグルコースのリットル当たりのグラムがより多かったことを示す。四角形は、オレイン酸およびパルミチン酸を受け入れた発酵槽を表す。丸形は、追加の脂肪酸を全く受け入れなかった発酵槽を表す。 FIG. 6 shows that there were more grams per liter of glucose consumed in the fermentor that received the fatty acids. The square represents the fermentor that received oleic acid and palmitic acid. The round shape represents a fermentor that did not accept any additional fatty acids.
実施例17
実験識別子はGLNOR435Aであった。この実施例は、NGCI−049(イソブタノール生成株)を接種したことを除いて実施例15と同じであった。
Example 17
The experimental identifier was GNLOR435A. This example was the same as Example 15 except that NGCI-049 (an isobutanol producing strain) was inoculated.
実施例18
実験識別子はGLNOR437Aであった。この実施例は、NGCI−049(イソブタノール生成株)を接種したことを除いて実施例16と同じであった。
Example 18
The experimental identifier was GNLOR437A. This example was the same as Example 16 except that NGCI-049 (an isobutanol producing strain) was inoculated.
図7は、脂肪酸を受け入れた発酵槽中で、消費されるグルコースのリットル当たりのグラムがより多かったことを示す。四角形は、オレイン酸およびパルミチン酸を受け入れた発酵槽を表す。丸形は、追加の脂肪酸を全く受け入れなかった発酵槽を表す。 FIG. 7 shows that there were more grams per liter of glucose consumed in the fermentor that received the fatty acids. The square represents the fermentor that received oleic acid and palmitic acid. The round shape represents a fermentor that did not accept any additional fatty acids.
実施例19
実験識別子は090420_3212であった。この実施例を、ブタノロジェンNYLA84(イソブタノール生成株)を接種したことを除いて実施例15と同様に実行した。この発酵を、1LのSartorius発酵槽中で実行した。
Example 19
The experiment identifier was 090420_3212. This example was performed in the same manner as Example 15 except that it was inoculated with butanologen NYLA84 (an isobutanol producing strain). This fermentation was performed in a 1 L Sartorius fermentor.
実施例20
実験識別子は2009Y047であった。この実施例を、ブタノロジェンNYLA84(イソブタノール生成株)を接種したことを除いて実施例16と同様に実行した。この発酵を、1LのSartorius発酵において実行した。
Example 20
The experimental identifier was 2009Y047. This example was carried out in the same manner as Example 16 except that it was inoculated with butanologen NYLA84 (an isobutanol producing strain). This fermentation was carried out in a 1 L Sartorius fermentation.
図8は、脂肪酸を受け入れた発酵槽中で、消費されるグルコースのリットル当たりのグラムがより多かったことを示す。四角形は、オレイン酸およびパルミチン酸を受け入れた発酵槽を表す。丸形は、追加の脂肪酸を全く受け入れなかった発酵槽を表す。実施例15〜20の結果を表4に示し、表4は、脂肪酸の添加の有無、最大光学密度、および消費されるグルコース(g/L)を示す。 FIG. 8 shows that there were more grams per liter of glucose consumed in the fermentor that received the fatty acids. The square represents the fermentor that received oleic acid and palmitic acid. The round shape represents a fermentor that did not accept any additional fatty acids. The result of Examples 15-20 is shown in Table 4, and Table 4 shows the presence or absence of addition of a fatty acid, the maximum optical density, and the glucose (g / L) consumed.
実施例21
オレイルアルコールを用いた原位置生成物除去を用いた同時糖化発酵のための液化トウモロコシマッシュのリパーゼ処理
実施例1、2、および3において上述したように実行された発酵から取られたブロスおよびオレイルアルコールの試料を、E.G.BlighおよびW.J.Dyer(Canadian Journal of Biochemistry and Physiology,37:911−17,1959、以後、参照文献1)によって記載される方法にしたがって、脂質の重量%(脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)および遊離脂肪酸の重量%(FFA、脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)について分析した。3つの発酵のそれぞれについて調製された液化トウモロコシマッシュも、Lipolase(登録商標)100 L(Novozymes)(30重量%の磨砕されたトウモロコシの実を含有する液化反応塊のkg当たり10ppmのLipolase(登録商標)全可溶性タンパク質(BCAタンパク質分析、Sigma Aldrich))による処理の後、脂質の重量%およびFFAの重量%について分析した。実施例1(対照)の液化トウモロコシマッシュにリパーゼを加えず、リパーゼ(リパーゼの熱による失活なし)で処理された、液化トウモロコシマッシュを含有する実施例2および3に記載される発酵は、エタノールを実施例3に記載される発酵に加えなかったことを除いて同一であった。
Example 21
Lipase treatment of liquefied corn mash for simultaneous saccharification fermentation using in-situ product removal using oleyl alcohol Broth and oleyl alcohol taken from fermentation performed as described above in Examples 1, 2, and 3 Samples of E. G. Bligh and W.W. J. et al. % By weight of lipid (fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) and free fatty acid according to the method described by Dyer (Canadian Journal of Biochemistry and Physiology, 37: 911-17, 1959, ref. 1) % By weight (derivatized as FFA, fatty acid methyl ester, FAME). The liquefied corn mash prepared for each of the three fermentations was also Lipolase® 100 L (Novozymes) (10 ppm Lipolase (kg) per kg of liquefied reaction mass containing 30 wt% ground corn nuts. After treatment with (trademark) total soluble protein (BCA protein analysis, Sigma Aldrich)), it was analyzed for wt% lipid and wt% FFA. The fermentation described in Examples 2 and 3 containing liquefied corn mash treated with lipase (without heat inactivation of lipase) without adding lipase to the liquefied corn mash of Example 1 (control) Was the same except that it was not added to the fermentation described in Example 3.
実施例2および3に記載されるように実行された発酵のために調製された、リパーゼ処理された液化トウモロコシマッシュのFFAの%は、リパーゼ処理しなかった場合(実施例1)の31%と比較して、それぞれ88%および89%であった。70時間(実行終了(EOR))の時点で、実施例2および3(活性リパーゼを含有する)に記載されるように実行された発酵のOA相中のFFAの濃度は、それぞれ14%および20%であり、対応する脂質の増加(トウモロコシ油脂肪酸メチルエステル誘導体として測定される)は、GC/MSによって、OAによるCOFAのリパーゼ触媒エステル化に起因することが分かり、その際、液化トウモロコシマッシュ中のトウモロコシ油のリパーゼ触媒加水分解によってCOFAがまず生成される。結果を表5に示す。 The% of FFA of lipase-treated liquefied corn mash prepared for fermentation performed as described in Examples 2 and 3 was 31% of that without lipase treatment (Example 1). In comparison, they were 88% and 89%, respectively. At 70 hours (end of run (EOR)), the concentration of FFA in the OA phase of the fermentation performed as described in Examples 2 and 3 (containing active lipase) was 14% and 20%, respectively. The corresponding increase in lipids (measured as corn oil fatty acid methyl ester derivatives) was found by GC / MS to be due to lipase-catalyzed esterification of COFA by OA, in which liquefied corn mash COFA is first produced by lipase-catalyzed hydrolysis of corn oil. The results are shown in Table 5.
実施例22
トウモロコシ油遊離脂肪酸のオレイルアルコールエステルの生成を制限するための、リパーゼ処理される液化トウモロコシマッシュ中のリパーゼの熱による失活
水道水(918.4g)を、被覆された2Lの樹脂ケトルに加え、次に、474.6gの湿重量(417.6gの乾燥重量)の磨砕された全粒トウモロコシの実(ハンマーミルにおける1.0mmのふるい)を撹拌しながら加えた。混合物を、300rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、2Nの硫酸を用いてpHを5.8に調整した。混合物に0.672gのSpezyme(登録商標)−FRED L(Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)を含有する14.0gの水溶液を加え、混合物の温度を、600rpmで撹拌しながらおよびpH5.8で、85℃まで上昇させた。85℃で120分後、混合物を50℃に冷却し、得られた液化トウモロコシマッシュの45.0mLのアリコートを、50mLのポリプロピレン遠心分離機管に移し、−80℃で冷凍貯蔵した。
Example 22
Thermal deactivation of lipase in lipase-treated liquefied corn mash to limit the production of oleyl alcohol esters of corn oil free fatty acids Tap water (918.4 g) is added to the coated 2 L resin kettle, Next, 474.6 g wet weight (417.6 g dry weight) of ground whole corn corn (1.0 mm sieve in a hammer mill) was added with stirring. The mixture was heated to 55 ° C. with stirring at 300 rpm and the pH was adjusted to 5.8 using 2N sulfuric acid. To the mixture is added 14.0 g of an aqueous solution containing 0.672 g of Spezyme®-FRED L (Genencor®, Palo Alto, Calif.), And the temperature of the mixture is stirred at 600 rpm and pH 5. 8 and raised to 85 ° C. After 120 minutes at 85 ° C., the mixture was cooled to 50 ° C., and a 45.0 mL aliquot of the resulting liquefied corn mash was transferred to a 50 mL polypropylene centrifuge tube and stored frozen at −80 ° C.
第1の反応において、上述したように調製された50gの液化トウモロコシマッシュを、10ppmのLipolase(登録商標)100 L(Novozymes)と、55℃で6時間混合し、85℃で1時間のリパーゼの失活を行わず、混合物を30℃に冷却した。第2の反応において、50gの液化トウモロコシマッシュを、10ppmのLipolase(登録商標)と、55℃で6時間混合し、次に1時間にわたって85℃まで加熱し(リパーゼの失活)、次に30℃に冷却した。第3の反応において、リパーゼを加えない50gの液化トウモロコシマッシュを、55℃で6時間混合し、85℃で1時間の加熱を行わず、混合物を30℃に冷却し、38gのオレイルアルコールを加え、得られた混合物を30℃で73時間撹拌した。第4の反応において、リパーゼを加えない50gの液化トウモロコシマッシュを、55℃で6時間混合し、次に1時間にわたって85℃まで加熱し、次に30℃に冷却した。4つの反応混合物のそれぞれを、6時間の時点で採取し、次に、38gのオレイルアルコールを加え、得られた混合物を30℃で撹拌し、25時間および73時間の時点で採取した。参照文献1によって記載される方法にしたがって、試料(液化されたマッシュおよびオレイルアルコール(OA)の両方)を、脂質の重量%(脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)および遊離脂肪酸の重量%(FFA、脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)について分析した。 In the first reaction, 50 g of liquefied corn mash prepared as described above was mixed with 10 ppm of Lipolase® 100 L (Novozymes) for 6 hours at 55 ° C. and 1 hour of lipase at 85 ° C. The mixture was cooled to 30 ° C. without quenching. In the second reaction, 50 g of liquefied corn mash is mixed with 10 ppm of Lipolase® for 6 hours at 55 ° C., then heated to 85 ° C. for 1 hour (lipase deactivation), then 30 Cooled to ° C. In the third reaction, 50 g of liquefied corn mash without lipase was mixed at 55 ° C. for 6 hours, without heating at 85 ° C. for 1 hour, the mixture was cooled to 30 ° C. and 38 g of oleyl alcohol was added. The resulting mixture was stirred at 30 ° C. for 73 hours. In the fourth reaction, 50 g of liquefied corn mash without lipase was mixed at 55 ° C. for 6 hours, then heated to 85 ° C. over 1 hour and then cooled to 30 ° C. Each of the four reaction mixtures was taken at the 6 hour time point, then 38 g oleyl alcohol was added and the resulting mixture was stirred at 30 ° C. and taken at the 25 hour and 73 hour time points. According to the method described by reference 1, samples (both liquefied mash and oleyl alcohol (OA)) were prepared by weight% lipid (fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) and weight% free fatty acid. (FFA, fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) was analyzed.
OA添加の前にリパーゼの熱による失活を伴って実行された第2の反応のOA相中のFFAの%は、リパーゼ処理される液化トウモロコシマッシュ中のリパーゼを熱により失活させなかった場合(第1の反応)の、25時間および73時間の時点におけるわずか40%のFFAおよび21%のFFAと比較して、25時間で99%および73時間で95%であった。リパーゼを加えない2つの対照反応においてFFAの%の大きな変化は観察されなかった。結果を表6に示す。 % Of FFA in the OA phase of the second reaction carried out with thermal inactivation of the lipase prior to OA addition, if the lipase in the liquefied corn mash treated with lipase was not inactivated by heat (First reaction) was 99% at 25 hours and 95% at 73 hours compared to only 40% FFA and 21% FFA at 25 and 73 hours. No significant change in% FFA was observed in the two control reactions where lipase was not added. The results are shown in Table 6.
実施例23
オレイルアルコールを用いた原位置生成物除去を用いた同時糖化発酵のためのリパーゼ処理される液化トウモロコシマッシュ中のリパーゼの熱による失活
3つの発酵を、実施例4、5、および6において上述したように実行した。実施例4および6の液化トウモロコシマッシュには、発酵前にリパーゼを加えず、実施例5に記載される発酵における液化トウモロコシマッシュのリパーゼ処理(7.2ppmのLipolase(登録商標)全可溶性タンパク質を用いて)の直後に、熱による失活処理(リパーゼを完全に失活させるため)を行い、その後、接種の前の栄養添加および発酵を行った。実施例4および6に記載されるように実行された発酵のためにリパーゼ処理なしで調製された液化トウモロコシマッシュのFFAの%は、リパーゼ処理を伴う場合(実施例5)の89%と比較して、それぞれ31%および34%であった。表10に列挙される発酵の間、OA相中のFFAの濃度は、熱により失活したリパーゼを含有するものを含む3つの発酵のいずれにおいても低下しなかった。実施例5(発酵前にリパーゼの熱による失活を伴う)にしたがって実行された発酵のOA相中のFFAの%は、液化トウモロコシマッシュをリパーゼで処理しなかった残りの2つの発酵(実施例4および6)についてのわずか33%のFFAと比較して、70時間(実行終了(EOR))の時点で95%であった。結果を表7に示す。
Example 23
Thermal inactivation of lipase in lipase-treated liquefied corn mash for simultaneous saccharification fermentation using in situ product removal with oleyl alcohol. Three fermentations were described above in Examples 4, 5, and 6. Performed as follows. In the liquefied corn mash of Examples 4 and 6, lipase was not added before fermentation, and lipase treatment of liquefied corn mash in fermentation described in Example 5 (7.2 ppm of Lipolase® total soluble protein was used) Immediately after the inactivation, a heat inactivation treatment (to completely inactivate the lipase) was performed, and thereafter, nutrient addition and fermentation before inoculation were performed. The% of FFA in liquefied corn mash prepared without lipase treatment for the fermentation performed as described in Examples 4 and 6 compared to 89% with lipase treatment (Example 5). And 31% and 34%, respectively. During the fermentations listed in Table 10, the concentration of FFA in the OA phase did not decrease in any of the three fermentations, including those containing lipase deactivated by heat. The% of FFA in the OA phase of the fermentation performed according to Example 5 (with heat inactivation of lipase prior to fermentation) is the remaining two fermentations in which the liquefied corn mash was not treated with lipase (Examples) 95% at 70 hours (end of execution (EOR)) compared to only 33% FFA for 4 and 6). The results are shown in Table 7.
実施例24
液化の前の磨砕された全粒トウモロコシの実のリパーゼ処理
水道水(1377.6g)を、2つの被覆された2Lの樹脂ケトルのそれぞれに加え、次に、711.9gの湿重量(625.8gの乾燥重量)の磨砕された全粒トウモロコシの実(ハンマーミルにおける1.0mmのふるい)を、撹拌しながら各ケトルに加えた。各混合物を、300rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、2Nの硫酸を用いてpHを5.8に調整した。各混合物に、1.008gのSpezyme(登録商標)−FRED L(Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)を含有する21.0gの水溶液を加えた。次に、1つの混合物に、Lipolase(登録商標)100L溶液(21mgの全可溶性タンパク質、10ppmのリパーゼ最終濃度)の10.5mLの水溶液を加え、第2の混合物に、Lipolase(登録商標)100L溶液(2.1mgの全可溶性タンパク質、1.0ppmのリパーゼ最終濃度)の1.05mLの水溶液を加えた。55℃で1時間、2時間、4時間および6時間の時点で試料を各反応混合物から抜き取り、次に、混合物の温度を、600rpmで撹拌しながら、pH5.8で85℃まで上昇させ、混合物が最初に85℃に達したときに試料を採取した。85℃で120時間後、試料を採取し、混合物を50℃に冷却し、得られた液化トウモロコシマッシュの最終的な試料を50mLのポリプロピレン遠心分離機管に移し;全ての試料を−80℃で冷凍貯蔵した。
Example 24
Milled whole corn lipase treatment prior to liquefaction Tap water (1377.6 g) is added to each of the two coated 2 L resin kettles and then 711.9 g wet weight (625 .8 g dry weight) of ground whole corn (1.0 mm sieve in a hammer mill) was added to each kettle with stirring. Each mixture was heated to 55 ° C. with stirring at 300 rpm, and the pH was adjusted to 5.8 using 2N sulfuric acid. To each mixture was added 21.0 g of an aqueous solution containing 1.008 g of Spezyme®-FRED L (Genencor®, Palo Alto, Calif.). Next, 10.5 mL of an aqueous solution of Lipolase® 100 L solution (21 mg total soluble protein, 10 ppm lipase final concentration) is added to one mixture, and Lipolase® 100 L solution is added to the second mixture. A 1.05 mL aqueous solution of (2.1 mg total soluble protein, 1.0 ppm lipase final concentration) was added. Samples were withdrawn from each reaction mixture at 55 ° C for 1 hour, 2 hours, 4 hours and 6 hours, then the temperature of the mixture was raised to 85 ° C at pH 5.8 with stirring at 600 rpm. A sample was taken when the temperature first reached 85 ° C. After 120 hours at 85 ° C., a sample is taken, the mixture is cooled to 50 ° C., and the final sample of the resulting liquefied corn mash is transferred to a 50 mL polypropylene centrifuge tube; all samples are at −80 ° C. Stored frozen.
2つの別個の反応において、上述したように調製された、10ppmのリパーゼで処理される液化トウモロコシマッシュの50gの試料または1.0ppmのリパーゼで処理される液化トウモロコシマッシュの55gの試料を、オレイルアルコール(OA)(38g)と、30℃で20時間混合し、次に、各反応混合物中の液化されたマッシュおよびOAを遠心分離によって分離し、参照文献1によって記載される方法にしたがって、各相を、脂質の重量%(脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)および遊離脂肪酸の重量%(FFA、脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)について分析した。液化中の10ppmのリパーゼの熱による失活を用いて調製された、液化されたマッシュ/OA混合物のOA相中のFFAの%は、液化中の1.0ppmのリパーゼの熱による失活を用いて調製された、液化されたマッシュ/OA混合物のOA相中のわずか62%のFFAと比較して、20時間で98%であった。結果を表8に示す。 In two separate reactions, a 50 g sample of liquefied corn mash treated with 10 ppm lipase or a 55 g sample of liquefied corn mash treated with 1.0 ppm lipase, prepared as described above, was prepared using oleyl alcohol. (OA) (38 g) at 30 ° C. for 20 hours, and then the liquefied mash and OA in each reaction mixture are separated by centrifugation and separated according to the method described by reference 1 Were analyzed for weight percent lipid (fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) and free fatty acid weight percent (FFA, fatty acid methyl ester, derivatized as FAME). The% FFA in the OA phase of the liquefied mash / OA mixture prepared using the thermal inactivation of 10 ppm lipase during liquefaction uses the thermal inactivation of 1.0 ppm lipase during liquefaction. Compared to only 62% FFA in the OA phase of the liquefied mash / OA mixture prepared in the past, it was 98% in 20 hours. The results are shown in Table 8.
実施例25
液化の前の磨砕された全粒トウモロコシの実の処理のためのリパーゼのスクリーニング
pH5.8で水道水(67.9g)および磨砕された全粒トウモロコシの実(35.1gの湿重量、ハンマーミルを用いて1.0mmのふるいで磨砕されたもの)を含有する7つの反応混合物を、栓をしたフラスコ中で55℃で撹拌した。3mLの試料(t=0時間)を、各フラスコから取り出し、試料をドライアイスですぐに凍結させ、次に、以下のリパーゼ(Novozymes):Lipolase(登録商標)100 L、Lipex(登録商標)100L、Lipoclean(登録商標)2000T、Lipozyme(登録商標)CALB L、Novozyme(登録商標)CALA L、およびPalatase 20000Lのうちの1つの1mgの全可溶性タンパク質(反応混合物中10ppmの最終濃度)を含有する約0.5mLの10mMのリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)を、各フラスコのうちの1つに加え;7つ目のフラスコにはリパーゼを加えなかった。得られた混合物を、栓をしたフラスコ中で55℃で撹拌し、3mLの試料を、1時間、2時間、4時間および6時間の時点で各反応混合物から引き抜き、参照文献1によって記載される方法にしたがって、脂質の重量%(脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)および遊離脂肪酸の重量%(FFA、脂肪酸メチルエステル、FAMEとして誘導体化される)について分析するまで、ドライアイスですぐに凍結させ、遊離脂肪酸含量のパーセントを、脂質および遊離脂肪酸を合わせた全濃度に対して計算し、各試料について測定した。結果を表9に示す。
Example 25
Screening of lipase for the treatment of ground whole corn before liquefaction Tap water (67.9 g) and ground whole corn (35.1 g wet weight, pH 5.8) 7 reaction mixtures containing those milled with a 1.0 mm sieve using a hammer mill) were stirred at 55 ° C. in a stoppered flask. A 3 mL sample (t = 0 hour) is removed from each flask and the sample is immediately frozen with dry ice, then the following lipase: Lipolase® 100 L, Lipex® 100 L About 1 mg of total soluble protein (final concentration of 10 ppm in the reaction mixture) of one of Lipoclean® 2000T, Lipozyme® CALB L, Novozyme® CALA L, and Palatase 20000L 0.5 mL of 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) was added to one of each flask; no lipase was added to the seventh flask. The resulting mixture was stirred at 55 ° C. in a stoppered flask and 3 mL samples were withdrawn from each reaction mixture at 1 h, 2 h, 4 h and 6 h and are described by reference 1. According to method, immediately on dry ice until analyzed for weight percent of lipid (fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) and free fatty acid weight percent (FFA, fatty acid methyl ester, derivatized as FAME) Upon freezing, the percent free fatty acid content was calculated for the total concentration of lipid and free fatty acid combined and measured for each sample. The results are shown in Table 9.
実施例26
オレイルアルコールを用いた原位置生成物除去を用いた同時糖化発酵の前の磨砕された全粒トウモロコシの実のリパーゼ処理
3つの発酵を、実施例7、8、および10に上述したように実行した。実施例7および10に記載されるように実行された発酵では、リパーゼ(10ppmのLipolase(登録商標)全可溶性タンパク質)を、磨砕トウモロコシの懸濁液に加え、液化の前に55℃で6時間加熱して、熱により失活したリパーゼを含有する液化トウモロコシマッシュを生成した。実施例8に記載される発酵のための液化トウモロコシマッシュを調製するのに使用される磨砕トウモロコシの懸濁液にはリパーゼを加えなかったが、この懸濁液に、液化の前に55℃における同じ加熱工程を行った。実施例7および10に記載されるように実行された発酵のために調製された、リパーゼ処理される液化トウモロコシマッシュ中のFFAの%は、リパーゼ処理を行わない場合(実施例8)の41%と比較して、それぞれ83%および86%であった。発酵の間、FFAの濃度は、熱により失活したリパーゼを含有するものを含む発酵のいずれにおいても低下しなかった。実施例7および10(発酵の前にリパーゼの熱による失活を伴う)にしたがって実行された発酵のOA相中のFFAの%は、磨砕された全粒トウモロコシの実を液化の前にリパーゼで処理しなかった実施例8にしたがって実行された発酵についてのわずか49%のFFAと比較して、70時間(実行終了(EOR))の時点で97%であった。結果を表10に示す。
Example 26
Milled whole corn lipase treatment prior to simultaneous saccharification fermentation using in-situ product removal with oleyl alcohol. Three fermentations are performed as described above in Examples 7, 8, and 10. did. In fermentations performed as described in Examples 7 and 10, lipase (10 ppm of Lipolase® total soluble protein) is added to the ground corn suspension and 6 ° C. at 55 ° C. prior to liquefaction. Heated for hours to produce liquefied corn mash containing lipase inactivated by heat. No lipase was added to the ground corn suspension used to prepare the liquefied corn mash for fermentation described in Example 8, but this suspension was subjected to 55 ° C. prior to liquefaction. The same heating step in was performed. The% of FFA in the lipase-treated liquefied corn mash prepared for fermentation performed as described in Examples 7 and 10 is 41% of the case without lipase treatment (Example 8). And 83% and 86%, respectively. During fermentation, the concentration of FFA did not decrease in any of the fermentations, including those containing lipase inactivated by heat. The percentage of FFA in the OA phase of the fermentation carried out according to Examples 7 and 10 (with thermal inactivation of lipase prior to fermentation) is that lipase of ground whole corn fruit prior to liquefaction. 97% at 70 hours (end of run (EOR)) compared to only 49% FFA for the fermentation carried out according to Example 8 which was not treated with. The results are shown in Table 10.
実施例27
トウモロコシ油脂肪酸(COFA)を用いた原位置生成物除去を用いた同時糖化発酵のための磨砕された全粒トウモロコシの実または液化トウモロコシマッシュのリパーゼ処理
5つの発酵を、実施例9、11、12、13、および14に上述したように実行した。実施例9、13、および14に記載されるように実行された発酵では、リパーゼ(10ppmのLipolase(登録商標)全可溶性タンパク質)を液化後に加え、リパーゼの熱による失活は行わなかった。実施例9および14に記載されるように実行された発酵には、接種の前に5g/Lのエタノールが加えられた一方、実施例13に記載されるように実行された発酵にはエタノールが加えられなかった。実施例11および12に記載されるように実行された発酵は、液化の前の磨砕トウモロコシの懸濁液への10ppmのLipolase(登録商標)全可溶性タンパク質の添加を用いて、液化中にリパーゼを熱により失活させた。実施例11に記載されるように実行された発酵には、接種の前に5g/Lのエタノールが加えられた一方、実施例12に記載されるように実行された発酵には、エタノールが加えられなかった。活性リパーゼを含有する発酵のCOFA相中に存在するイソブタノール(i−BuOH)の最終的な合計グラムは、不活性なリパーゼを含有する発酵のCOFA相中に存在するi−BuOHの最終的な合計グラムよりかなり多かった。活性リパーゼを含有する発酵ブロス中に存在するイソブタノール(i−BuOH)の最終的な合計グラムは、不活性なリパーゼを含有する発酵ブロス中に存在するi−BuOHの最終的な合計グラムより若干少なく、それによって、i−BuOH(遊離i−BuOHおよびCOFAのイソブチルエステル(FABE)の組合せとして)の全体の生成が、熱により失活したリパーゼの存在下で得られるものと比較して、活性リパーゼの存在下でかなり多かった。結果を表11および12に示す。
Example 27
Lipase treatment of ground whole corn nuts or liquefied corn mash for simultaneous saccharification and fermentation using in situ product removal with corn oil fatty acids (COFA). Performed as described above for 12, 13, and 14. In fermentations performed as described in Examples 9, 13, and 14, lipase (10 ppm of Lipolase® total soluble protein) was added after liquefaction and lipase was not deactivated by heat. Fermentations performed as described in Examples 9 and 14 were supplemented with 5 g / L ethanol prior to inoculation, while fermentations performed as described in Example 13 had ethanol. It was not added. Fermentations performed as described in Examples 11 and 12 were performed using lipase during liquefaction using the addition of 10 ppm Lipolase® total soluble protein to a suspension of ground corn prior to liquefaction. Was deactivated by heat. For fermentations performed as described in Example 11, 5 g / L ethanol was added prior to inoculation, whereas for fermentations performed as described in Example 12, ethanol was added. I couldn't. The final total grams of isobutanol (i-BuOH) present in the COFA phase of the fermentation containing the active lipase is the final i-BuOH present in the COFA phase of the fermentation containing the inactive lipase. Much more than total grams. The final total gram of isobutanol (i-BuOH) present in the fermentation broth containing active lipase is slightly less than the final total gram of i-BuOH present in the fermentation broth containing inactive lipase. Less so that the overall production of i-BuOH (as a combination of free i-BuOH and COFA isobutyl ester (FABE)) is more active than that obtained in the presence of heat-inactivated lipase. Much in the presence of lipase. The results are shown in Tables 11 and 12.
本発明の様々な実施形態を上に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。 While various embodiments of the invention have been described above, it should be understood that they have been presented by way of example only and not limitation. It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications can be made in the form and details of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the breadth and scope of the present invention is not limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.
本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。 All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this invention pertains, and each individual publication, patent or patent application is incorporated by reference. To the same extent as specifically and individually indicated herein by reference.
Claims (32)
(b)前記発酵ブロスを発酵性炭素源と接触させ、それによって、前記組み換え微生物が前記発酵性炭素源を消費し、前記生成物アルコールを生成する工程と;
(c)前記発酵プロセス中の工程においてバイオマスから誘導される脂肪酸と前記発酵ブロスを接触させる工程であって、前記脂肪酸の存在下での前記組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、前記脂肪酸がない場合の前記組み換え微生物の前記増殖速度および/または前記発酵性炭素消費より高い工程と
を含む方法。 (A) providing a fermentation broth comprising a recombinant microorganism that produces product alcohol from a fermentable carbon source, wherein the recombinant microorganism comprises a reduction or elimination of pyruvate decarboxylase activity;
(B) contacting the fermentation broth with a fermentable carbon source, whereby the recombinant microorganism consumes the fermentable carbon source and produces the product alcohol;
(C) contacting the fermentation broth with a fatty acid derived from biomass in a step in the fermentation process, wherein (i) the growth rate and (ii) fermentability of the recombinant microorganism in the presence of the fatty acid A process wherein at least one of the carbon consumption is higher than the growth rate and / or the fermentable carbon consumption of the recombinant microorganism in the absence of the fatty acid.
(a)発酵性炭素源および油を含むバイオマスを提供する工程と;
(b)前記油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化して、前記脂肪酸を含むバイオマスを形成する工程と;
(c)発酵性炭素源から生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を含む発酵ブロスと前記バイオマスを接触させる工程であって、前記組み換え微生物が、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む工程と;
(d)前記脂肪酸を前記発酵ブロスと接触させる工程であって、前記脂肪酸の存在下での前記組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、前記脂肪酸がない場合の前記組み換え微生物の前記増殖速度および/または前記発酵性炭素消費より高い工程と
を含む方法。 A method for producing a product alcohol comprising:
(A) providing a biomass comprising a fermentable carbon source and oil;
(B) converting at least a portion of the oil into fatty acids to form biomass containing the fatty acids;
(C) contacting the biomass with a fermentation broth containing a recombinant microorganism capable of producing a product alcohol from a fermentable carbon source, wherein the recombinant microorganism reduces or eliminates pyruvate decarboxylase activity. Including a process;
(D) contacting the fatty acid with the fermentation broth, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the recombinant microorganism in the presence of the fatty acid is free of the fatty acid. The growth rate of said recombinant microorganism and / or a step higher than said fermentable carbon consumption.
オリゴ糖を発酵性糖へと転化することが可能な糖化酵素と前記液化バイオマスを接触させて、糖化されたバイオマスを形成する工程とをさらに含み、
工程(c)が、前記糖化されたバイオマスを、組み換え微生物を含む前記発酵ブロスと接触させる工程を含む、請求項9に記載の方法。 Liquefying the biomass to produce liquefied biomass, wherein the liquefied biomass contains oligosaccharides;
Further comprising the step of contacting the liquefied biomass with a saccharification enzyme capable of converting oligosaccharides into fermentable sugars to form saccharified biomass,
The method of claim 9, wherein step (c) comprises contacting the saccharified biomass with the fermentation broth comprising recombinant microorganisms.
(a)原料を提供する工程と;
(b)前記原料を液化して、原料スラリーを生成する工程と;
(c)前記原料スラリーを分離して、(i)発酵性炭素源を含む水層、(ii)油層、および(iii)固体層を含む生成物を生成する工程と;
(d)前記油層から油を得て、前記油の少なくとも一部を脂肪酸へと転化する工程と;
(e)(c)の前記水層を、発酵性炭素源から生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を含む発酵ブロスを含む発酵槽に供給する工程であって、前記組み換え微生物が、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む工程と;
(f)前記水層の前記発酵性炭素源を発酵させて、前記生成物アルコールを生成する工程と;
(g)前記発酵ブロスを前記脂肪酸と接触させる工程であって、前記脂肪酸の存在下での前記組み換え微生物の(i)増殖速度および(ii)発酵性炭素消費の少なくとも一方が、前記脂肪酸がない場合の前記組み換え微生物の前記増殖速度および/または前記発酵性炭素消費より高い工程と
を含む方法。 A method for producing a product alcohol comprising:
(A) providing a raw material;
(B) liquefying the raw material to produce a raw material slurry;
(C) separating the raw slurry to produce a product comprising (i) an aqueous layer containing a fermentable carbon source, (ii) an oil layer, and (iii) a solid layer;
(D) obtaining oil from the oil layer and converting at least a portion of the oil into fatty acids;
(E) supplying the aqueous layer of (c) to a fermentor containing a fermentation broth containing a recombinant microorganism capable of producing a product alcohol from a fermentable carbon source, wherein the recombinant microorganism comprises: Comprising reducing or eliminating pyruvate decarboxylase activity;
(F) fermenting the fermentable carbon source of the aqueous layer to produce the product alcohol;
(G) contacting the fermentation broth with the fatty acid, wherein at least one of (i) growth rate and (ii) fermentable carbon consumption of the recombinant microorganism in the presence of the fatty acid is free of the fatty acid The growth rate of said recombinant microorganism and / or a step higher than said fermentable carbon consumption.
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