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技術 C1基質からのタンパク質、食料、及び有用な副生成物の生成のための微生物並びに人工エコシステム

出願人 キベルディインコーポレイテッド
発明者 リード,ジョンエス.ゲラー,ジルハンデ,ソナリ
出願日 2017年3月18日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2018-548330
公開日 2019年6月27日 (10ヶ月経過) 公開番号 2019-517775
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 高圧サイクル 唯一解 潜在エネルギー 固定重量 捕捉作業 高強度プラスチック材料 除去アセンブリ 経済的実現可能性
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

シンガスプロデューサーガス、及びCO2と組み合わせた再生可能なH2などのガス状C1含有基質を、栄養バイオ生成物及び他の有用なバイオ生成物に変換する微生物並びにバイオプロセスが提供される。

概要

背景

背景
アミノ酸タンパク質、及び他の栄養素持続可能で、再生可能供給源が、増大する食料需要を満たすために必要とされている。大気への二酸化炭素及び他の温室効果ガスGHG)放出量を減少させる必要、並びに食料生成システムにおける石炭、油、及び天然ガスに基づく世界のエネルギー消費を減少させる必要もある。世界経済における需要が増大することで、及び水の資源にますます圧力がかかっている。食料及び他の農作物由来生成物の生成のための伝統的な化石炭化水素材料にもますます圧力がかかっている。現代農業を含む多くの産業は、作物の生成及び加工のための材料としての化石炭化水素供給源の安定供給に大きく依存している。現在の義務的実践費用対効果の高い代替物は、土地利用、自然生息地、水、化石資源需要、原材料費、及び温室効果ガスの放出にかかる圧力の増大を軽減するのに役立ち得る。

自然生化学代謝プロセスを介したガス状炭素を固定する生物学的システムが知られている。高等植物作物における光合成に基づく現在の農業システムは、一例である。光合成反応によってCO2から食料及び他の農作物を作るために、藻類系も開発された。糖などの固定炭素原料を利用する従属栄養反応及び生成も存在し、これらは光合成に間接的に依存する。現時点での畜産及び水産養殖は、一般に、最終的な材料として、様々な飼料形態の光合成の生成物を有する。所望のレベル必須栄養素及びエネルギーを含有するように配合される飼料、及びビタミン及びミネラルプレミックスの混合物である人工飼料又は複合飼料が、一般に使用されている。これらの飼料は、農作物の生成物である場合が多い。又は、場合によって、それらは、自然界の野生生物捕獲又は狩猟採集から調達される。これに基づく生成は、一般に、直接的又は間接的に消費される主要生産者の光合成栄養層である。野生の光合成主要生産者の直接消費を説明するのに役立つ食料生成の例としては、未耕地での家畜放牧が挙げられる。野生の光合成主要生産者の関節消費を介した食料生成を説明するのに役立つ例としては、光合成藻類にするイワシ及びアンチョビなどの野生の資源に由来する水産養殖における魚粉の使用が挙げられる。しかし、現在の農業、畜産、及び水産養殖の実践、並びに現在利用されている光合成に基づく飼料は、いくつかの問題及び限界に直面している。

世界人口の増加は、1人当たりの魚介の消費の増加と相まって、魚介の需要を絶えず増加させている。需要が上昇する一方で、多くの海産物資源が、すでに乱獲されている。水産養殖は、この増加している需要を満たすのに役立ち、世界の多くの箇所で栄養及び食料の保証を改善する。世界中の野生の魚の捕獲が停滞することで、専門家は、事実上、新しい魚介を養殖しなければならないと言っている。国連食料農業機関FAO)によると、現在の消費率を満たすために、2030年までに年間でさらに4千万トン魚介類が世界中で必要とされ、「捕獲漁業生成が停滞し、水産養殖からの魚の食料生成の大幅な増加が予測され、2030年に1人当たりの消費量の現在のレベルを維持するために、さらに2700万トンの水産養殖生成が必要とされる」。水産養殖の急成長に伴い、水産養殖用の飼料を生成する産業が成長している。

魚は、成長するのに最もエネルギー効率の良い動物の1種であり、水産養殖は、動物タンパク質を生成する最も資源効率の良い方法の1つである。具体的に、魚は、陸の動物よりも食べた食料の多くを体重に変換する。「飼料変換率」(FCR)は、1ポンドの動物生成物を生成するのに、何ポンドの飼料が必要かを示す。サーモンは、最も飼料を多く消費する養殖魚であり、鶏、、又はなどによるタンパク質生成の他の形態よりもはるかに効率的であることが判明した。サーモンのFCRは1.2と報告されているが、鶏のFCR:1.9、豚:5.9、及び牛:8.7である。さらに、水産養殖の二酸化炭素排出量は、陸上の畜産の二酸化炭素排出量の一部である場合が多い。米国国立海洋大気局(NOAA)の水産養殖に関する基本的な質問http://www.nmfs.noaa.gov/aquaculture/Faqs/faq_aq_101.htmlは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

養殖魚は、栄養ニーズのために特別に設計された食餌が与えられる。この飼料は、健康の維持及び成長に必要な全ての必須栄養素を含有し得、乾燥ペレットの形態である場合が多い。魚の栄養ニーズは、種によって変化する。草食魚は、植物タンパク質(例えば、大豆トウモロコシ)、植物油ミネラル、及びビタミンを含有し得る飼料混合物を食べる。野生では、サーモンなどの肉食魚は他の魚を食べる。しかしながら、肉食魚にとっても、多くの食餌には、植物タンパク質、油、ミネラル、及びビタミンが含まれ得る。

実際に、養殖飼料の実質的な割合は、動物性タンパク質源、及び、特に、魚粉が占める。養殖飼料の魚粉成分は、典型的には、野生捕獲魚に由来する。しかしながら、他の捕獲魚に餌を与えために野生の魚を捕獲することが広範に実践されることは、持続可能ではないと考えられる。水産養殖業が直面する大きな課題は、食物連鎖の底部での野生捕獲種への強い依存を減らすことである。世界的に、養殖魚介を1メートルトン生成するために、野生の魚全体の約0.5メートルトンを使用する。「フィッシュイン/フィッシュアウト(FIFO)」変換率として知られる、(食餌に)「入れる」魚の量に対する(魚介として)「出す」魚の量は、種間で大いに変化する。大豆及び漁業副産物から新たに作られた飼料は、乱獲資源への依存を低下させるのに役立つが、環境を荒廃させたり、海洋から他の種を枯渇させたりすることなく、養魚の拡大を確実にするのにはるかに多くの作業が必要であると専門家は警鐘を鳴らす。魚粉及び油の約3/4は、アンチョビ、ニシンメンハーデン、カペリン、ピルチャード、イワシ、及びサバなどの飼料魚と呼ばれる小さな開放海洋(遠洋性)魚の収集から生成される。それらは、何十年もの間、豚及び家禽の飼料の主要成分であったが、過去20年にわたる水産養殖の世界的成長により、水生生物飼料の製造に使用されている飼料魚資源の割合が増えている。飼料魚捕獲の水産養殖のシェアは、2000年以来ほぼ2倍になり、現在は、世界の魚粉供給のほぼ70%及び世界の魚油のほとんど90%を消費する。これらの様々な使用のための収集は、イワシ、アンチョビ、及び他の天然飼料魚では衰退した。多くの国が、ペンギンアシカ、及びクジラの主要食料源である小さなオキアミを年間200,000トン超捕獲するために南極を出している。現在の水産養殖実践の批評家は、これを「比較的安価なタンパク質のスラブを量産するための、食物連鎖の底部の吸収」と呼び、「生態学的狂気」と説明している。

見込まれている水産養殖が直面する課題は、効率及び持続可能性の増大である。魚粉の価格の上昇により、水産養殖生成者は、水産養殖飼料に使用するための費用対効果の高い、さらに健康的な代替物の開発を試みている。調査されている潜在的な代替物には、植物(一般的なタンパク質及び食用油の現在の最大の供給源)、魚類加工廃棄物、酵母、藻類、昆虫、虫、及び他の特別な食餌、並びに海藻が含まれる。

養殖業者はまた、大豆及び他の穀物を含有する飼料を容易に使用することができるティラピアのような雑食性の魚の養殖にますます傾倒してきている。ティラピアは、植物プランクトン着生藻類、水生植物、小型無脊椎動物底生動物有機堆積物、細菌、及び有機堆積物に付着している細菌フィルムを餌とする雑食性の草食動物である。ナイルティラピアは、植物プランクトン及び細菌を含む懸濁粒子腔内の粘膜上に捕捉することによって飼料を濾過することができるが、その主な栄養源は、付着藻類マット上での表面放牧によって得られると報告されている。初期未熟なティラピア及び若い魚は、雑食性であり、主に動物プランクトン及び底生動物を食べるが、有機堆積物、付着生物、及び植物プランクトンも食べる。ティラピアののpHは、満腹感の程度で変化し、満腹時は、青緑藻及び緑藻及び珪藻の溶解が促進されるように1.4ほどの低さであり得る。タンパク質、脂質、ビタミン、ミネラル、及び炭水化物のティラピアの必須要件は、成熟度によって変化する。

初期の発達段階における魚の食餌要件は、成体の魚のそれとは異なる場合が多い。草食動物を含むほとんど全ての若い魚は、典型的には、肉食動物であり、動物プランクトン及び幼生稚魚及び若齢段階の甲殻類などの小型無脊椎動物を食べている。ほとんどの海のフィンフィッシュの種の生成は、現在、孵化後初めての数週間、フィンフィッシュの幼生を維持するための生の飼料に依存する。この生の飼料は、動物プランクトンを含む場合が多く、新鮮汽水性の水、又は海水又は他の塩水中で生活している微細な又は小さな生物である。動物プランクトン生物には、ワムシ[Phylum Rotifera]、クラセラン目(例えば、ミジンコ属、タマミジンコ属)、サブクラスカイアシ目(例えば、シクロプス)、及びブラインシュリンプ(アネミア属)が含まれる。動物プランクトンの実用的生成は、特定の海のフィンフィッシュの水産養殖の成功を現在妨げることが報告されている。

科学者経済学者政策立案者の何人かは、2050年までに70〜90億人増えることが予想される世界の急成長している人口を養うための最良選択肢の1つとして、本発明を水産養殖においてまだ実現されていない可能性として承認している。この可能性を完全に実現させるために、水産養殖試料用のタンパク質及び他の栄養素の新しい供給源が必要である。

細菌及び他の微生物細胞は、従属栄養発酵システム中で砂糖原料をタンパク質及びアミノ酸などの有用な有機化合物に加工するために適用されている。しかしながら、これらのシステムには顕著な欠点がある。固定炭素栄養素で成長し、生成株と競合することができる他の従属栄養微生物周辺環境では偏在しているので、従属栄養発酵汚染の影響を受けやすい。従属栄養技術はまた、基本的に食料供給源を用いて、別の食料供給源を作るので、一般に、現在の食料生成様式との競合の観点から限界に悩まされている。これは、多くの負の環境インパクトをもたらし得る。

順に消費されるか、若しくはペットとして飼われるか、又は別の方法で人間に利用される動物にエサを与える新しいタンパク質及び他の栄養供給減の必要に加えて、ヒトによる直接消費のための代替タンパク質及び他の栄養源が必要である。この必要が特に、緊急を要する1つの分野は、乗組員の必要なものであるO2、H2O、及び食料を供給し、かれらの排泄物であるCO2、汚物、及び熱を排除する生命維持システムを必要とする人の宇宙飛行の分野である。食料供給は、より長いミッションにおける体重及び体積の主要源である。再供給なく、より長い期間動作する生命維持システムが必要である。そのようなシステムの必須要件は、ヒト及びキャビンの排泄物を、酸素飲料水、食料、及び消耗品などの有用な生成物に変換する能力である。成長するにつれて食べられ、広範な信頼できる自動化された成長及び収穫に役立つ食料生成が必要である。生物学的システムのパワーペナルティは、重要な要因である。信頼できる原子力及び/又は太陽光発電システムを効率的に利用する生物システムが必要である。

化学合成独立栄養微生物は、上記の満たされていない多くの必要を対処することができ、本明細書に記載の光合成の制限を避けながら、C1原料からの炭素固定反応及び合成を触媒するために数十億年の酵素進化をなお利用する炭素固定プロセスで使用するための光合成生物の少し探索された代替物である。CO2、及び無機炭素の他の形態の固定のために化学合成独立栄養生物によって行われる有機化合物への化学合成反応は、光の放射エネルギーよりもむしろ、無機化学物質に蓄えられている位置エネルギー動力源とする[Shivelyら(1998)Annu.Rev.Microbiol.52:191−230;Smithら(1967)J Bacteriol 94(4):972−983;Huglerら(2005)J Bacteriol 187(9):3020−27;Scott及びCavanaugh(2007) Applied and Environmental Microbiology 73(4):1174−79]。化学合成独立栄養生物に生じる炭素固定生化学経路には、還元トリカルボン酸回路カルビンベンソン−バッハム(Calvin−Benson−Bassham)回路[Shivelyら、上記、van Kaulenら(1998) Annu.Rev.Microbiol.,191−230]、及びウッドユングダール(Wood−Ljungdahl)経路[Ljungdahl(1986)40:415−50;Leeら(2008)Biotechnology and Bioengineering 101(2):209−228;Fischerら(2008)Metabolic Engineering 10:295−304]が含まれる。化学合成独立栄養微生物は、一般に、光合成の暗反応のようなCO2固定を行うことができるが、光合成の明反応によって内部生成する必要がない、無機外部供給源からCO2固定に必要な還元剤を取り込むことができる微生物である。光合成の明反応に対応するエネルギー収集工程が生じなければならないが、例えば、光起電技術又は太陽熱技術での光エネルギーの収集などの非生物的プロセスを利用することができる。

化学合成独立栄養生物は、CO2から有機化学物質への変換のハイブリッド化学/生物学的プロセスに特に十分に適しており、生物学的工程はCO2固定のみに限定される。このCO2固定工程は、光合成で生じる暗反応におおよそ対応する。このハイブリッド化学/生物学的アプローチは、バイオベースの生成物の生成のより伝統的な従属栄養生物又は光合成バイオプロセスよりもはるかに注目されていない。しかしながら、このようなハイブリッドアプローチには、CO2炭素源から生化学生成プロセス全体に効率的かつクリーン電力を供給するために、太陽PV、太陽熱、風力地熱水力、又は核などの多様な非生物的エネルギー変換技術と、CO2固定において数十億年の進化を経て獲得された酵素の性能を効率的に組み合わせる能力を含めて、いくつかの潜在的な利点がある。さらに、そのようなハイブリッドプロセスにおいて直接光を要求することなく炭素固定を実行する微生物は、光合成微生物の培養のために事実上使用することができるものよりも制御及び保護された環境に含まれ得、水及び栄養の喪失、汚染、又は天気被害による影響は低い。バイオリアクター容量の増加は、水平構造よりもむしろ垂直でより容易にもたらされ、潜在的にはるかにより多くの土地を効率的にさせ得る。ハイブリッド化学/生物学システムは、CO2及び他の単純な無機材料からの複雑で多様な有機合成生物学的性能を保持しながら、光合成の多くの欠点を避けるCO2から有機分子へのプロセスの可能性を提供する。

CO2ガスの捕捉及び固定炭素への変換における化学合成独立栄養微生物の適用は以前に記載されている。しかしながら、これらのアプローチの多くは、有効性経済的実現可能性実用性及び商業的採用を制限する欠点に悩まされている。

非常に大規模で、持続的な農業生産の著しい増加と関連するボトルネック破壊する必要がある。水平に拡大し、多くの土地及び水を使用する伝統的な農業経営とは対照的に、コンパクトで、垂直に拡大する生物学的生成の必要がある。食料と自然の争い、土地利用に関する紛争、及び自然生息地の破壊を軽減する必要がある。

ガスから作る化学物質GTC)技術は、有機分子の生成における廃棄物炭素源の利用を可能にする利点を提供する。そのような潜在的な廃棄物源には、ガス化による合成ガスシンガス)への変換による高リグノセルロース系廃棄物、及び例えば、二水素の提供による産業用排ガスから捕捉された廃棄CO2が含まれる。シンガスは、一般に、主要成分としてH2、CO、及びCO2を含有するガスの混合物であり、メタン及び/又は液体石油ガス若しくはバイオガス蒸気改質により、又はバイオマス廃棄有機物、様々なポリマー泥炭、及び石炭を含むが、これらに限定されない任意の有機可燃性炭素系材料のガス化により作ることができる。多くのガス化プロセスは、シンガスの生成に利用可能である。いくつかのガス化プロセスは、炭素系原料高温(500〜1500℃)での部分酸化に供し、酸素供給完全燃焼を防ぐために制限され、原料に依存する様々な組成物及びH2:COの比が0.5:1〜3:1の範囲であり得るような反応条件でシンガスを生成する。シンガス混合物中のCO2を同時に増加させ、水性ガスシフト反応中の蒸気とCOとを反応させることにより、シンガスの水素成分を上昇させ、かつ/又はCO成分を低下させることができる。

化学物質へのシンガスの変換のいくつかの主要な技術には、フィッシャートロプシュ(F−T)などの化学触媒プロセス及びメタノール又は他の混合アルコール合成プロセスアンモニア及び尿素の生成のためのハーバーボッシュ反応、並びに生物学的シンガス発酵プロセスが含まれる。

ガスバイオプロセスにおけるシンガス及び/又はCO2及び/又は再生可能なH2の使用は、従属栄養又は光栄養生合成を経て可能である場合よりも、持続可能な化学物質及び燃料の生物学的合成のためにより安価で、より柔軟で、より拡大縮小可能なエネルギー源及び/又は炭素源を利用する機会をもたらす。シンガスバイオプロセスにおいて、シンガスは、微生物培養のための炭素源とエネルギー源の両方として機能する。

シンガスなどのガス状原料に基づくバイオプロセスは、多くの土地及び水を必要とする従属栄養又は光栄養に基づく技術よりも、有機化合物の生物学的合成において環境及び食料生成の負の影響をはるかに低くすることを可能にすることができる。しかしながら、現在の生物学的GTL及びGTC技術は、一般に、比較的単鎖アルコール、又は他の単鎖の有機化合物を主要生成物として産生する。これらの現在の生物学的変換のいずれも、商業的に競合するアミノ酸、タンパク質及び他の生物学的栄養素を生成しない。現在の生物学的GTC技術で使用されるシンガス消費微生物は、一般に、ほとんどのアミノ酸、タンパク質及び他の生物学的栄養素などの中程度〜長い炭素鎖分子の合成にあまり適さない。

単純なC1及びH2、CO2、CO、H2O、NH3、CH4、CH3OH、HCOHなどの無機前駆体からのアミノ酸並びにペプチドの非生物的合成が知られているが、このようなアプローチは、ヒト、動物、及び他の従属栄養体の食餌にタンパク質又はタンパク質誘導体を供給する生物学的方法と比較して、現在、非競合的である。物理化学的、非生物的アプローチを妨げる課題には、低い収量及び潜在的に毒性のある副生成物をもたらす副反応が含まれる。

従来の拡大縮小可能な含有反応容器で成長することができ、特に、商業的に実現可能な方法で4を超える炭素原子長の、商業的に実行可能な有機炭素鎖のセットを生成する微生物のセットを特定する必要がある。糖などの典型的な固定炭素材料によって代謝的に制限されない微生物、並びにH2/CO2ガス混合物中間体を経て簡単に取り換えられる分子の合成に向けられるシンガス、プロデューサーガス、炭素及びエネルギーの様々な非生物的供給源もさらに利用することができる微生物を特定する必要がある。これは、同等の従属栄養系をはるかに超える原料フレキシビリティをもたらす。シンガス、プロデューサーガス中に存在し、また成長及び炭素固定のために非生物的で、再生可能な、かつ/又はCO2放出エネルギーの低い様々な技術により容易に作られる水素などの電子供与体を利用することができる微生物を特定及び使用する必要がある。

低価格又は持続可能な原料からアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する生物学的手段が必要である。低価格なシンガス及び/又はCO2を、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を含むが、これらに限定されないより高価格な有機化学物質に変換するバイオプロセスが必要である。

概要

シンガス、プロデューサーガス、及びCO2と組み合わせた再生可能なH2などのガス状C1含有基質を、栄養バイオ生成物及び他の有用なバイオ生成物に変換する微生物並びにバイオプロセスが提供される。

目的

本発明はまた、栄養素を他の従属栄養生物、動物、又はヒトに供給又は提供する

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
牽制数
- 件

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請求項1

炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子捕捉し、同化生合成によって生成される2以上の炭素原子を含有する有機分子に変換するための生物学的並びに化学的方法であって、化学合成独立栄養微生物を維持するのに適する環境に、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子を導入すること、化学合成独立栄養微生物を維持するのに適する環境にガス状基質を導入することを含み、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子が、成長及び/又は生合成のために微生物によって炭素源として使用され;炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子を、少なくとも1つの化学合成炭素固定反応及び化学合成独立栄養微生物内に含有される少なくとも1つの同化生合成経路によって環境内に2以上の炭素原子を含有する有機分子生成物に変換することを含み、化学合成固定反応及び同化生合成経路が、化学的及び/若しくは電子化学的及び/若しくは熱化学的に作られたか、かつ/又は環境の外部にある少なくとも1つの供給源から環境内に導入される電子供与体及び電子受容体によって提供される化学並びに/又は電子化学エネルギーによって少なくとも部分的に促進される、方法。

請求項2

前記微生物が細菌細胞である、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記ガス状基質が、炭素源としてCO2を含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記ガス状基質が、エネルギー源としてH2及び/又はO2を含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記ガス状基質が、熱分解ガス又はプロデューサーガス又はシンガスを含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記ガス状基質が、H2及び/又はCO2及び/又はCOを含むガスの混合物を含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記微生物が、微生物の成長及びバイオ生成物の生成に適する条件下で、ガス状基質の存在下で培養した時に、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する、請求項1に記載の方法。

請求項8

前記微生物が、カプリアビダス種又はラルストニア種である、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記微生物がカプリアビダス・ネカトールである、請求項1に記載の方法。

請求項10

前記微生物及び/又は前記微生物によって生成される栄養素が、1以上の他の生物に栄養を与えるか、又は提供するために使用される、請求項1に記載の方法。

請求項11

前記微生物がknallgas微生物である、請求項1に記載の方法。

請求項12

前記ガス状基質が、H2及び/又はCO2を含む、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記ガス状基質が、熱分解ガス又はプロデューサーガス又はシンガスである、請求項11に記載の方法。

請求項14

請求項15

アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスが、培地から回収される、請求項1に記載の方法。

請求項16

炭素原子を1つのみ含有する前記電子供与体及び/又は分子が、ガス化熱分解蒸気改質自己改質のうちの少なくとも1つを含む有機物質に作用する熱化学プロセスを経て作られる、請求項1に記載の方法。

請求項17

炭素原子を1つのみ含有する前記電子供与体及び/又は有機分子が、メタン蒸気改質を経て作られる、請求項1に記載の方法。

請求項18

ガス化及び/又は熱分解及び/又は自己改質及び/又は蒸気改質からの産出ガス中の一酸化炭素に対する水素の比が、ガスが微生物に送達される前に、水生ガスシフト反応を用いて調節される、請求項16又は請求項17に記載の方法。

請求項19

前記微生物が、以下の属:カプリアビダス種、ロドコッカス種ヒドロゲノビブリオ種、ロドシュードモナス種、水素細菌(Hydrogenobacter)種、ゴルドニア種、アルスロバクター種、ストレプトマイセス種、ロドバクター種、及び/又はキサンバクター種のうちの1以上から選択される微生物を含む、請求項1に記載の方法。

請求項20

前記電子供与体が、以下の還元剤アンモニアアンモニウム;一酸化炭素;亜ジチオン酸塩元素硫黄炭化水素;水素;メタ亜硫酸塩一酸化窒素亜硝酸塩チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)又はチオ硫酸カルシウム(CaS2O3)を含むが、これらに限定されないチオ硫酸塩などの硫酸塩;硫化水素などの硫化物;亜硫酸塩;チオネート;チオナイト可溶化相又は固相遷移金属若しくはそれらの硫化物、酸化物カルコゲナイドハロゲン化物水酸化物オキシ水酸化物リン酸塩、硫酸塩若しくは炭酸塩;及び固体電極材料中の伝導電子若しくは価電子帯電子のうちの1以上を含むが、これらに限定されない、請求項1に記載の方法。

請求項21

前記電子受容体が、以下のもの:二酸化炭素酸素硝酸塩;亜硝酸塩;第2鉄又は他の遷移金属イオン;硫酸塩;又は固体電極材料中の価電子帯又は伝導帯ホールのうちの1以上を含む、請求項1に記載の方法。

請求項22

生物学的変換工程の前に、1以上の化学的前処理工程が先行し、その際、前記微生物が必要とする前記電子供与体及び/又は電子受容体及び/又は炭素源及び/又はミネラル栄養素が、少なくとも1つの投入化学物質から作られるか、かつ/又はそれから精製されるか、かつ/又は炭素固定工程から生じる化学物質からリサイクルされるか、かつ/又は他の産業鉱業農業下水処理若しくは廃棄物発生プロセスからの廃棄物流から作られるか、又はその中に含有されている、請求項1に記載の方法。

請求項23

前記電子供与体及び/又は電子受容体が、温室効果ガスの排出が低い再生可能な、代替の又は従来の動力源を用いて作られるか、又はリサイクルされ、前記動力源が、太陽光発電太陽熱風力水力原子力地熱、向上した地熱、海洋熱、海洋波動、及び潮力のうちの少なくとも1つから選択される、請求項1に記載の方法。

請求項24

前記電子供与体及び/又は電子受容体が、電気グリッド供給が電気グリッド需要を超える期間中、グリッド電気を用いて作られ、貯蔵タンクが、前記電子供与体及び/又は電子受容体の発生、並びに化学合成反応中のそれらの消費を減らす、請求項1に記載の方法。

請求項25

前記有機化学生成物が、5個の炭素又はそれ以上である炭素骨格を有する化合物を含む、請求項1に記載の方法。

請求項26

分子水素が、電子供与体として作用し、以下のもの:水の電気分解、水の熱化学分解ブラインの電気分解、硫化水素の電気分解及び/又は熱化学分解のうちの少なくとも1つを用いる方法により作られる、請求項1に記載の方法。

請求項27

水素生成のための水の電気分解が、以下のもの:プロトン交換膜(PEM)、KOHなどの液体電解質アルカリ電気分解、固体ポリマー電解質電気分解、高圧電気分解、水蒸気高温電気分解(HTES)のうちの1以上を用いて行われる、請求項26に記載の方法。

請求項28

水素生成のための水の熱化学分解が、以下のもの:酸化鉄サイクル酸化セリウム(IV)−酸化セリウム(III)サイクル、亜鉛酸化亜鉛サイクル、硫黄ヨウ素サイクル、銅−塩素サイクル、カルシウム−臭素−鉄サイクル、ハイブリッド硫黄サイクルのうちの1以上を用いて行われる、請求項26に記載の方法。

請求項29

分子水素が、電子供与体として作用し、以下のもの:炭素の捕捉及び隔離(CCS)対応メタン蒸気改質;CCS対応石炭ガス化;Kvaernerプロセス及びカーボンブラック製品を作る他のプロセス;CCS対応ガス化又はバイオマスの熱分解;バイオ炭副生成物を生成するバイオマスの熱分解のうちの1以上を含む、二酸化炭素の放出が少ない又は全く放出しない、水素を生成することが知られている電子化学又は熱化学プロセスにより作られる、請求項1に記載の方法。

請求項30

アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する方法であって、微生物の成長並びにアミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスの生成に適する条件下での成長及びバイオ産物生成のためのガス状基質並びに他の栄養素を含む培地を含むバイオリアクター中で、請求項1に記載の微生物を培養することを含み、前記微生物が、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する、方法。

請求項31

少なくとも1つの化学合成反応及び少なくとも1つの同化生合成経路が、アミノ酸;ペプチド;タンパク質;脂質;多糖;及び/又はビタミンのうちの少なくとも1つを含む生化学物質の形成をもたらす、請求項1に記載の方法。

請求項32

バイオマス及び/又は生化学物質が、前記少なくとも1つの化学合成反応を経て生成され、前記バイオマス及び/又は生化学物質が、以下のもの:発酵のための有機炭素源及び/又は窒素源;他の微生物若しくは生物の成長のための窒素源;ヒト用の窒素源若しくは食品成分動物用飼料;製造プロセス若しくは化学プロセス用の原料又は化学中間体医薬品物質医薬物質若しくは栄養物質の供給源;肥料;土壌添加物;並びに/又は土壌安定剤のうちの少なくとも1つとして適用される、請求項1に記載の方法。

請求項33

前記化学合成反応からの前記炭素源及び/又は窒素源が、市販の酵素抗生物質、アミノ酸、タンパク質、食品、食品成分;ビタミン、脂質、バイオプラスチック、多糖、栄養補助食品医薬品のうちの少なくとも1つを含む生化学物質を生成するための発酵に使用される、請求項32に記載の方法。

請求項34

動物用の前記飼料が、、鶏、甲殻類昆虫無脊椎動物、及びサンゴのうちの1以上にを与えるために使用される、請求項32に記載の方法。

請求項35

前記甲殻類又はサンゴが、C1供給源から生合成される栄養素を用いて成長し、CO2をアルベドが多い固体無機質形態に隔離する炭酸塩材料を生成する、請求項34に記載の方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、2016年3月19日出願の米国特許仮出願第62/310,705号、及び2017年2月3日出願の同第62/454,347号の利益を主張するものであり、両方とも、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

0002

発明の分野
本発明の主題は、微生物系において、炭素源及びエネルギー源としてシンガス又はプロデューサーガス又は熱分解ガス又はH2とCO2のガス混合物などのガス状基質を用いる、アミノ酸及びタンパク質及び他のバイオマス構成物生物学的生成に関する。本発明はまた、栄養素を他の従属栄養生物動物、又はヒトに供給又は提供するための、微生物のアミノ酸、タンパク質、及び他のバイオマス構成物の使用に関する。本発明に従って生成されるアミノ酸、タンパク質、及び他のバイオマス構成物は、食料及び他のバイオ系生成物の生成のための栄養素として他の生物によって消費及び使用され得る。

0003

この開示は、シンガス、プロデューサーガス、CO2、一酸化炭素及び水素ガスを含有する一酸化炭素の混合物などの炭素含有ガス成長する細菌及び他の微生物の培養によって、アミノ酸、タンパク質、及び他のバイオマス構成物を生成できる組成物並びにそれらの生成法に関する。この開示は、さらに、ガス状材料からアミノ酸、タンパク質、及び他の栄養素などの有用な有機分子炭素を固定する方法に関する。本発明の細菌及び/又は微生物は、本明細書に記載の本発明の方法又は他の態様で使用するために遺伝子操作することができる。本明細書に記載の本発明のいくつかの他の態様において、該微生物は、遺伝子操作されない。

0004

この開示は、さらに、ガスからアミノ酸、タンパク質、及び他の栄養素などの有用な有機分子に炭素を固定する方法に関する。本発明は、さらに、二酸化炭素、又は他の無機炭素源、及び無機化学物質からの化学エネルギーを含む無機エネルギー、又は電気供給源から直接、炭素系生成物、特に、商業的価値のあるアミノ酸、タンパク質、及び他の栄養素へ変換することによって炭素系生成物を生成する能力、並びに/又はそれらを生物が生成するのを増強する能力を生物に与える機構について記載する。

0005

この開示は、さらに、人工生態学、操作された栄養システム閉鎖生態ステム、小世界、連続培養システム、生物再生システム及び閉ループ生命維持システムに関する。

背景技術

0006

背景
アミノ酸、タンパク質、及び他の栄養素の持続可能で、再生可能供給源が、増大する食料需要を満たすために必要とされている。大気への二酸化炭素及び他の温室効果ガスGHG)放出量を減少させる必要、並びに食料生成システムにおける石炭、油、及び天然ガスに基づく世界のエネルギー消費を減少させる必要もある。世界経済における需要が増大することで、及び水の資源にますます圧力がかかっている。食料及び他の農作物由来の生成物の生成のための伝統的な化石炭化水素材料にもますます圧力がかかっている。現代農業を含む多くの産業は、作物の生成及び加工のための材料としての化石炭化水素供給源の安定供給に大きく依存している。現在の義務的実践費用対効果の高い代替物は、土地利用、自然生息地、水、化石資源需要、原材料費、及び温室効果ガスの放出にかかる圧力の増大を軽減するのに役立ち得る。

0007

自然生化学代謝プロセスを介したガス状炭素を固定する生物学的システムが知られている。高等植物作物における光合成に基づく現在の農業システムは、一例である。光合成反応によってCO2から食料及び他の農作物を作るために、藻類系も開発された。糖などの固定炭素原料を利用する従属栄養反応及び生成も存在し、これらは光合成に間接的に依存する。現時点での畜産及び水産養殖は、一般に、最終的な材料として、様々な飼料形態の光合成の生成物を有する。所望のレベル必須栄養素及びエネルギーを含有するように配合される飼料、及びビタミン及びミネラルプレミックスの混合物である人工飼料又は複合飼料が、一般に使用されている。これらの飼料は、農作物の生成物である場合が多い。又は、場合によって、それらは、自然界の野生生物捕獲又は狩猟採集から調達される。これに基づく生成は、一般に、直接的又は間接的に消費される主要生産者の光合成栄養層である。野生の光合成主要生産者の直接消費を説明するのに役立つ食料生成の例としては、未耕地での家畜放牧が挙げられる。野生の光合成主要生産者の関節消費を介した食料生成を説明するのに役立つ例としては、光合成藻類にするイワシ及びアンチョビなどの野生の資源に由来する水産養殖における魚粉の使用が挙げられる。しかし、現在の農業、畜産、及び水産養殖の実践、並びに現在利用されている光合成に基づく飼料は、いくつかの問題及び限界に直面している。

0008

世界人口の増加は、1人当たりの魚介の消費の増加と相まって、魚介の需要を絶えず増加させている。需要が上昇する一方で、多くの海産物資源が、すでに乱獲されている。水産養殖は、この増加している需要を満たすのに役立ち、世界の多くの箇所で栄養及び食料の保証を改善する。世界中の野生の魚の捕獲が停滞することで、専門家は、事実上、新しい魚介を養殖しなければならないと言っている。国連食料農業機関FAO)によると、現在の消費率を満たすために、2030年までに年間でさらに4千万トン魚介類が世界中で必要とされ、「捕獲漁業生成が停滞し、水産養殖からの魚の食料生成の大幅な増加が予測され、2030年に1人当たりの消費量の現在のレベルを維持するために、さらに2700万トンの水産養殖生成が必要とされる」。水産養殖の急成長に伴い、水産養殖用の飼料を生成する産業が成長している。

0009

魚は、成長するのに最もエネルギー効率の良い動物の1種であり、水産養殖は、動物タンパク質を生成する最も資源効率の良い方法の1つである。具体的に、魚は、陸の動物よりも食べた食料の多くを体重に変換する。「飼料変換率」(FCR)は、1ポンドの動物生成物を生成するのに、何ポンドの飼料が必要かを示す。サーモンは、最も飼料を多く消費する養殖魚であり、鶏、、又はなどによるタンパク質生成の他の形態よりもはるかに効率的であることが判明した。サーモンのFCRは1.2と報告されているが、鶏のFCR:1.9、豚:5.9、及び牛:8.7である。さらに、水産養殖の二酸化炭素排出量は、陸上の畜産の二酸化炭素排出量の一部である場合が多い。米国国立海洋大気局(NOAA)の水産養殖に関する基本的な質問http://www.nmfs.noaa.gov/aquaculture/Faqs/faq_aq_101.htmlは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

0010

養殖魚は、栄養ニーズのために特別に設計された食餌が与えられる。この飼料は、健康の維持及び成長に必要な全ての必須栄養素を含有し得、乾燥ペレットの形態である場合が多い。魚の栄養ニーズは、種によって変化する。草食魚は、植物タンパク質(例えば、大豆トウモロコシ)、植物油ミネラル、及びビタミンを含有し得る飼料混合物を食べる。野生では、サーモンなどの肉食魚は他の魚を食べる。しかしながら、肉食魚にとっても、多くの食餌には、植物タンパク質、油、ミネラル、及びビタミンが含まれ得る。

0011

実際に、養殖飼料の実質的な割合は、動物性タンパク質源、及び、特に、魚粉が占める。養殖飼料の魚粉成分は、典型的には、野生捕獲魚に由来する。しかしながら、他の捕獲魚に餌を与えために野生の魚を捕獲することが広範に実践されることは、持続可能ではないと考えられる。水産養殖業が直面する大きな課題は、食物連鎖の底部での野生捕獲種への強い依存を減らすことである。世界的に、養殖魚介を1メートルトン生成するために、野生の魚全体の約0.5メートルトンを使用する。「フィッシュイン/フィッシュアウト(FIFO)」変換率として知られる、(食餌に)「入れる」魚の量に対する(魚介として)「出す」魚の量は、種間で大いに変化する。大豆及び漁業副産物から新たに作られた飼料は、乱獲資源への依存を低下させるのに役立つが、環境を荒廃させたり、海洋から他の種を枯渇させたりすることなく、養魚の拡大を確実にするのにはるかに多くの作業が必要であると専門家は警鐘を鳴らす。魚粉及び油の約3/4は、アンチョビ、ニシンメンハーデン、カペリン、ピルチャード、イワシ、及びサバなどの飼料魚と呼ばれる小さな開放海洋(遠洋性)魚の収集から生成される。それらは、何十年もの間、豚及び家禽の飼料の主要成分であったが、過去20年にわたる水産養殖の世界的成長により、水生生物飼料の製造に使用されている飼料魚資源の割合が増えている。飼料魚捕獲の水産養殖のシェアは、2000年以来ほぼ2倍になり、現在は、世界の魚粉供給のほぼ70%及び世界の魚油のほとんど90%を消費する。これらの様々な使用のための収集は、イワシ、アンチョビ、及び他の天然飼料魚では衰退した。多くの国が、ペンギンアシカ、及びクジラの主要食料源である小さなオキアミを年間200,000トン超捕獲するために南極を出している。現在の水産養殖実践の批評家は、これを「比較的安価なタンパク質のスラブを量産するための、食物連鎖の底部の吸収」と呼び、「生態学的狂気」と説明している。

0012

見込まれている水産養殖が直面する課題は、効率及び持続可能性の増大である。魚粉の価格の上昇により、水産養殖生成者は、水産養殖飼料に使用するための費用対効果の高い、さらに健康的な代替物の開発を試みている。調査されている潜在的な代替物には、植物(一般的なタンパク質及び食用油の現在の最大の供給源)、魚類加工廃棄物、酵母、藻類、昆虫、虫、及び他の特別な食餌、並びに海藻が含まれる。

0013

養殖業者はまた、大豆及び他の穀物を含有する飼料を容易に使用することができるティラピアのような雑食性の魚の養殖にますます傾倒してきている。ティラピアは、植物プランクトン着生藻類、水生植物、小型無脊椎動物底生動物有機堆積物、細菌、及び有機堆積物に付着している細菌フィルムを餌とする雑食性の草食動物である。ナイルティラピアは、植物プランクトン及び細菌を含む懸濁粒子腔内の粘膜上に捕捉することによって飼料を濾過することができるが、その主な栄養源は、付着藻類マット上での表面放牧によって得られると報告されている。初期未熟なティラピア及び若い魚は、雑食性であり、主に動物プランクトン及び底生動物を食べるが、有機堆積物、付着生物、及び植物プランクトンも食べる。ティラピアののpHは、満腹感の程度で変化し、満腹時は、青緑藻及び緑藻及び珪藻の溶解が促進されるように1.4ほどの低さであり得る。タンパク質、脂質、ビタミン、ミネラル、及び炭水化物のティラピアの必須要件は、成熟度によって変化する。

0014

初期の発達段階における魚の食餌要件は、成体の魚のそれとは異なる場合が多い。草食動物を含むほとんど全ての若い魚は、典型的には、肉食動物であり、動物プランクトン及び幼生稚魚及び若齢段階の甲殻類などの小型無脊椎動物を食べている。ほとんどの海のフィンフィッシュの種の生成は、現在、孵化後初めての数週間、フィンフィッシュの幼生を維持するための生の飼料に依存する。この生の飼料は、動物プランクトンを含む場合が多く、新鮮汽水性の水、又は海水又は他の塩水中で生活している微細な又は小さな生物である。動物プランクトン生物には、ワムシ[Phylum Rotifera]、クラセラン目(例えば、ミジンコ属、タマミジンコ属)、サブクラスカイアシ目(例えば、シクロプス)、及びブラインシュリンプ(アネミア属)が含まれる。動物プランクトンの実用的生成は、特定の海のフィンフィッシュの水産養殖の成功を現在妨げることが報告されている。

0015

科学者経済学者政策立案者の何人かは、2050年までに70〜90億人増えることが予想される世界の急成長している人口を養うための最良選択肢の1つとして、本発明を水産養殖においてまだ実現されていない可能性として承認している。この可能性を完全に実現させるために、水産養殖試料用のタンパク質及び他の栄養素の新しい供給源が必要である。

0016

細菌及び他の微生物細胞は、従属栄養発酵システム中で砂糖原料をタンパク質及びアミノ酸などの有用な有機化合物に加工するために適用されている。しかしながら、これらのシステムには顕著な欠点がある。固定炭素栄養素で成長し、生成株と競合することができる他の従属栄養微生物周辺環境では偏在しているので、従属栄養発酵汚染の影響を受けやすい。従属栄養技術はまた、基本的に食料供給源を用いて、別の食料供給源を作るので、一般に、現在の食料生成様式との競合の観点から限界に悩まされている。これは、多くの負の環境インパクトをもたらし得る。

0017

順に消費されるか、若しくはペットとして飼われるか、又は別の方法で人間に利用される動物にエサを与える新しいタンパク質及び他の栄養供給減の必要に加えて、ヒトによる直接消費のための代替タンパク質及び他の栄養源が必要である。この必要が特に、緊急を要する1つの分野は、乗組員の必要なものであるO2、H2O、及び食料を供給し、かれらの排泄物であるCO2、汚物、及び熱を排除する生命維持システムを必要とする人の宇宙飛行の分野である。食料供給は、より長いミッションにおける体重及び体積の主要源である。再供給なく、より長い期間動作する生命維持システムが必要である。そのようなシステムの必須要件は、ヒト及びキャビンの排泄物を、酸素飲料水、食料、及び消耗品などの有用な生成物に変換する能力である。成長するにつれて食べられ、広範な信頼できる自動化された成長及び収穫に役立つ食料生成が必要である。生物学的システムのパワーペナルティは、重要な要因である。信頼できる原子力及び/又は太陽光発電システムを効率的に利用する生物システムが必要である。

0018

化学合成独立栄養微生物は、上記の満たされていない多くの必要を対処することができ、本明細書に記載の光合成の制限を避けながら、C1原料からの炭素固定反応及び合成を触媒するために数十億年の酵素進化をなお利用する炭素固定プロセスで使用するための光合成生物の少し探索された代替物である。CO2、及び無機炭素の他の形態の固定のために化学合成独立栄養生物によって行われる有機化合物への化学合成反応は、光の放射エネルギーよりもむしろ、無機化学物質に蓄えられている位置エネルギー動力源とする[Shivelyら(1998)Annu.Rev.Microbiol.52:191−230;Smithら(1967)J Bacteriol 94(4):972−983;Huglerら(2005)J Bacteriol 187(9):3020−27;Scott及びCavanaugh(2007) Applied and Environmental Microbiology 73(4):1174−79]。化学合成独立栄養生物に生じる炭素固定生化学経路には、還元トリカルボン酸回路カルビンベンソン−バッハム(Calvin−Benson−Bassham)回路[Shivelyら、上記、van Kaulenら(1998) Annu.Rev.Microbiol.,191−230]、及びウッドユングダール(Wood−Ljungdahl)経路[Ljungdahl(1986)40:415−50;Leeら(2008)Biotechnology and Bioengineering 101(2):209−228;Fischerら(2008)Metabolic Engineering 10:295−304]が含まれる。化学合成独立栄養微生物は、一般に、光合成の暗反応のようなCO2固定を行うことができるが、光合成の明反応によって内部生成する必要がない、無機外部供給源からCO2固定に必要な還元剤を取り込むことができる微生物である。光合成の明反応に対応するエネルギー収集工程が生じなければならないが、例えば、光起電技術又は太陽熱技術での光エネルギーの収集などの非生物的プロセスを利用することができる。

0019

化学合成独立栄養生物は、CO2から有機化学物質への変換のハイブリッド化学/生物学的プロセスに特に十分に適しており、生物学的工程はCO2固定のみに限定される。このCO2固定工程は、光合成で生じる暗反応におおよそ対応する。このハイブリッド化学/生物学的アプローチは、バイオベースの生成物の生成のより伝統的な従属栄養生物又は光合成バイオプロセスよりもはるかに注目されていない。しかしながら、このようなハイブリッドアプローチには、CO2炭素源から生化学生成プロセス全体に効率的かつクリーン電力を供給するために、太陽PV、太陽熱、風力地熱水力、又は核などの多様な非生物的エネルギー変換技術と、CO2固定において数十億年の進化を経て獲得された酵素の性能を効率的に組み合わせる能力を含めて、いくつかの潜在的な利点がある。さらに、そのようなハイブリッドプロセスにおいて直接光を要求することなく炭素固定を実行する微生物は、光合成微生物の培養のために事実上使用することができるものよりも制御及び保護された環境に含まれ得、水及び栄養の喪失、汚染、又は天気被害による影響は低い。バイオリアクター容量の増加は、水平構造よりもむしろ垂直でより容易にもたらされ、潜在的にはるかにより多くの土地を効率的にさせ得る。ハイブリッド化学/生物学システムは、CO2及び他の単純な無機材料からの複雑で多様な有機合成生物学的性能を保持しながら、光合成の多くの欠点を避けるCO2から有機分子へのプロセスの可能性を提供する。

0020

CO2ガスの捕捉及び固定炭素への変換における化学合成独立栄養微生物の適用は以前に記載されている。しかしながら、これらのアプローチの多くは、有効性経済的実現可能性実用性及び商業的採用を制限する欠点に悩まされている。

0021

非常に大規模で、持続的な農業生産の著しい増加と関連するボトルネック破壊する必要がある。水平に拡大し、多くの土地及び水を使用する伝統的な農業経営とは対照的に、コンパクトで、垂直に拡大する生物学的生成の必要がある。食料と自然の争い、土地利用に関する紛争、及び自然生息地の破壊を軽減する必要がある。

0022

ガスから作る化学物質GTC)技術は、有機分子の生成における廃棄物炭素源の利用を可能にする利点を提供する。そのような潜在的な廃棄物源には、ガス化による合成ガス(シンガス)への変換による高リグノセルロース系廃棄物、及び例えば、二水素の提供による産業用排ガスから捕捉された廃棄CO2が含まれる。シンガスは、一般に、主要成分としてH2、CO、及びCO2を含有するガスの混合物であり、メタン及び/又は液体石油ガス若しくはバイオガス蒸気改質により、又はバイオマス、廃棄有機物、様々なポリマー泥炭、及び石炭を含むが、これらに限定されない任意の有機可燃性炭素系材料のガス化により作ることができる。多くのガス化プロセスは、シンガスの生成に利用可能である。いくつかのガス化プロセスは、炭素系原料高温(500〜1500℃)での部分酸化に供し、酸素供給完全燃焼を防ぐために制限され、原料に依存する様々な組成物及びH2:COの比が0.5:1〜3:1の範囲であり得るような反応条件でシンガスを生成する。シンガス混合物中のCO2を同時に増加させ、水性ガスシフト反応中の蒸気とCOとを反応させることにより、シンガスの水素成分を上昇させ、かつ/又はCO成分を低下させることができる。

0023

化学物質へのシンガスの変換のいくつかの主要な技術には、フィッシャートロプシュ(F−T)などの化学触媒プロセス及びメタノール又は他の混合アルコール合成プロセスアンモニア及び尿素の生成のためのハーバーボッシュ反応、並びに生物学的シンガス発酵プロセスが含まれる。

0024

ガスバイオプロセスにおけるシンガス及び/又はCO2及び/又は再生可能なH2の使用は、従属栄養又は光栄養生合成を経て可能である場合よりも、持続可能な化学物質及び燃料の生物学的合成のためにより安価で、より柔軟で、より拡大縮小可能なエネルギー源及び/又は炭素源を利用する機会をもたらす。シンガスバイオプロセスにおいて、シンガスは、微生物培養のための炭素源とエネルギー源の両方として機能する。

0025

シンガスなどのガス状原料に基づくバイオプロセスは、多くの土地及び水を必要とする従属栄養又は光栄養に基づく技術よりも、有機化合物の生物学的合成において環境及び食料生成の負の影響をはるかに低くすることを可能にすることができる。しかしながら、現在の生物学的GTL及びGTC技術は、一般に、比較的単鎖アルコール、又は他の単鎖の有機化合物を主要生成物として産生する。これらの現在の生物学的変換のいずれも、商業的に競合するアミノ酸、タンパク質及び他の生物学的栄養素を生成しない。現在の生物学的GTC技術で使用されるシンガス消費微生物は、一般に、ほとんどのアミノ酸、タンパク質及び他の生物学的栄養素などの中程度〜長い炭素鎖分子の合成にあまり適さない。

0026

単純なC1及びH2、CO2、CO、H2O、NH3、CH4、CH3OH、HCOHなどの無機前駆体からのアミノ酸並びにペプチドの非生物的合成が知られているが、このようなアプローチは、ヒト、動物、及び他の従属栄養体の食餌にタンパク質又はタンパク質誘導体を供給する生物学的方法と比較して、現在、非競合的である。物理化学的、非生物的アプローチを妨げる課題には、低い収量及び潜在的に毒性のある副生成物をもたらす副反応が含まれる。

0027

従来の拡大縮小可能な含有反応容器で成長することができ、特に、商業的に実現可能な方法で4を超える炭素原子長の、商業的に実行可能な有機炭素鎖のセットを生成する微生物のセットを特定する必要がある。糖などの典型的な固定炭素材料によって代謝的に制限されない微生物、並びにH2/CO2ガス混合物中間体を経て簡単に取り換えられる分子の合成に向けられるシンガス、プロデューサーガス、炭素及びエネルギーの様々な非生物的供給源もさらに利用することができる微生物を特定する必要がある。これは、同等の従属栄養系をはるかに超える原料フレキシビリティをもたらす。シンガス、プロデューサーガス中に存在し、また成長及び炭素固定のために非生物的で、再生可能な、かつ/又はCO2放出エネルギーの低い様々な技術により容易に作られる水素などの電子供与体を利用することができる微生物を特定及び使用する必要がある。

0028

低価格又は持続可能な原料からアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する生物学的手段が必要である。低価格なシンガス及び/又はCO2を、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を含むが、これらに限定されないより高価格な有機化学物質に変換するバイオプロセスが必要である。

0029

発明者らが本発明を行う際に気づいた当技術分野の必要に答えて、低価格で持続可能な原料からアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を含むが、これらに限定されない有機化学物質を生成するシステムが本明細書に提示される。いくつかの実施形態において、本発明は、これらの高価格な有機化合物の効率的な生成と、廃棄物炭素源の処分及び/又はCO2捕捉とを組み合わせることができ、さらなる収入及び/又は社会的価値をもたらすことができる。

0030

本発明は、CO2ガス及び/又はシンガス及び/又はプロデューサーガス及び/又はメタンを、より高価格な中程度〜長い炭素鎖長のアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素に変換する天然の又は操作された微生物の使用を可能にする。本発明の技術は、簡単に取り換えられ、かつ現在、唯一、より高等の植物農作物又は動物供給源からバルクで生成される様々な比較的長い鎖の有機化合物を生成及び/又は分泌するために、ガスから化学物質(GTC)への生物学的プロセス内でのシンガスバイオ処理のために使用することできる新しい天然の又は古典的に生育させた、かつ/又は遺伝子操作で強化された微生物株の開発を可能にする。

0031

本発明は、生成微生物がガス培養下で目標とする化学生成物を合成するように、シンガス及び/又はCO2などのガス状炭素源でバイオマスを成長及び合成する自然能力を有する水素酸化微生物、一酸化炭素酸化微生物、及びknallgas微生物を含むが、これらに限定されない微生物の選択並びに/又は成育並びに/又は操作に関する。本発明の微生物及び方法は、石油化学製品及び高等植物由来のアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素と価格で競合し得る低価格の生化学合成を可能にすることができる。ある実施形態において、これらのアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素は、従属栄養又は微生物光栄養合成により生成されるアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素よりも実質的に低い価格を有することが予想される。

0032

本発明は、アンモニア、アンモニウム、及び/又は尿素を含むが、これらに限定されない窒素源と共に、シンガス及び/又はガス状CO2及び/又はCO2ガスとH2ガスの混合物を、1以上のアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素に変換する微生物を含む組成物に関する。いくつかの実施形態において、該組成物は、以下のもの:水素酸化化学合成独立栄養微生物;一酸化炭素酸化微生物;knallgas微生物の1以上である微生物を含む。knallgas微生物、水素栄養生物カルボキシトローフ、及び化学合成独立栄養生物は、生物学的成長を支持するために、より広範に、唯一の炭素源としてCO2又はCOを捕捉することができる。いくつかの実施形態において、この成長は、アミノ酸及びタンパク質の生合成を含む。knallgas微生物及び他の水素栄養生物は、呼吸及び生化学合成の還元電子源としてH2を使用することできる。本発明のいくつかの実施形態において、knallgas微生物及び/又は水素栄養生物及び/又はカルボキシドトローフ及び/又は他の化学合成独立栄養微生物は、水溶液中に溶解した無機ミネラルと共に、以下のもの:CO2;CO;H2のうちの1以上を含むが、これらに限定されないガス流で成長する。いくつかの実施形態において、knallgas微生物及び/又は水素栄養生物及び/又はカルボキシドトローフ及び/又は他の化学合成独立栄養微生物及び/又はメタン資化性微生物は、温室効果ガス(GHG)を、アミノ酸及びタンパク質を含む生体分子に変換する。

0033

本発明のある実施形態において、藻類又は高等植物に基づくものなどのCO2の捕捉及び変換のための光合成システムの周知の欠点は回避されるが、CO2から、限定されないがアミノ酸及びタンパク質などの有用な生化学物質を生成する複雑な有機合成のために数十億年超進化した独特の生物学的能力は、なお影響している。

0034

いくつかの実施形態において、該組成物は、ロドコッカス属又はゴルドニア属から選択される微生物を含む。いくつかの実施形態において、該組成物は、ロドコッカスオパクス(Rhodococcus opacus)である微生物を含む。いくつかの実施形態において、該組成物は、ロドコッカス・オパクス(DSM43205)又はロドコッカス種(DSM 3346)である微生物を含む。いくつかの実施形態において、該組成物は、ラルストニア属又はカプリアビダス属から選択される微生物を含む。いくつかの実施形態において、該組成物は、カプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)である微生物を含む。いくつかの非限定的な実施形態において、カプリアビダス・ネカトール株は、DSM531又はDSM541である。

0035

一態様において、プロデューサーガス又はシンガス又はH2及びCO2、及び/若しくはCO、及び/若しくはCH4を含有する別のガス混合物などのガス状基質を、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素に変換できる天然の又は操作された微生物が提供される。ガス状基質は、炭素源及び/又はエネルギー源として微生物によって使用される。いくつかの実施形態において、ガス状基質で成長することができる微生物は、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素の生合成に必要な遺伝子をコードするポリヌクレオチド形質転換される。いくつかの実施形態において、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素、又は全細胞生成物は、微生物細胞又は微生物成長培地から回収される。本明細書に記載の微生物成長プロセスで使用され得るプロデューサーガスは、廃棄原料及び/若しくはバイオマス残渣原料のガス化、又は産業プロセスからの排ガス又は天然ガス若しくはバイオガスの蒸気改質を含む供給源に由来し得る。

0036

一態様において、炭素源及び/又はエネルギー源としてのガス状基質で成長することができる非天然微生物が提供され、該微生物は、少なくとも1つの外来核酸を含む。いくつかの実施形態において、該微生物は細菌細胞である。例えば、いくつかの実施形態において、該細菌細胞は、カプリアビダス種又はラルストニア種、例えば、限定されないが、カプリアビダス・ネカトールである。いくつかの非限定的な実施形態において、該微生物は、カプリアビダス・ネカトールDSM531又はDSM541である。いくつかの非限定的な実施形態において、該微生物は、ラルストニア・ユートロファ(Ralstonia eutropha)N−1、DSM 13513である。

0037

いくつかの実施形態において、ガス状基質は、炭素源としてCO2を含む。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、エネルギー源としてH2及び/又はO2を含む。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、プロデューサーガス、シンガス、又は熱分解ガスを含む。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、H2及び/又はCO2及び/又はCOを含むガスの混合物を含む。

0038

いくつかの実施形態において、該微生物は、微生物の成長及びバイオ生成物の生成に適する条件下で、ガス状基質の存在下で培養した場合に、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する。

0039

いくつかの実施形態において、外来遺伝子は、幅広宿主範囲プラスミド上に担持され、非天然微生物中のコード配列によってコードされる。いくつかの実施形態において、外来遺伝子コード配列は、非天然誘導プロモーターの制御下にある。いくつかの実施形態において、誘導プロモーターは、大腸菌araオペロンに由来する。

0040

いくつかの実施形態において、外来遺伝子のコード配列(CDS)は、本明細書に記載の微生物、例えば、限定されないがラルストニア種又はカプリアビダス種、例えば、カプリアビダス・ネカトールにおける発現のためにコドン最適化される。

0041

別の態様において、炭素源及び/又はエネルギー源としてのガス状基質で成長でき、少なくとも1つの外来核酸を含む、本明細書に記載の操作された微生物を用いて、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する方法が提供される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の非天然微生物は、微生物の成長に適する条件下での成長及びバイオ産物生成のための他の栄養素を含むガス状基質及び培地(例えば、液体成長培地)を含むバイオリアクター中で培養され、該微生物は、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する。

0042

いくつかの実施形態において、バイオリアクター中のガス状基質は、H2及び/又はCO2を含む。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、プロデューサーガス、シンガス、又は熱分解ガスである。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、天然ガス又はバイオガスである。いくつかの実施形態において、ガス状基質は、都市固形廃棄物黒液農業廃棄物木材廃棄物残留天然ガス、バイオガス、サワーガスメタンハイドレート、タイヤ石油コークス下水肥料、わら、リグノセルロースエネルギー作物、リグニン、作物残留物バガス鋸屑林業残留物、食品廃棄物廃棄カーペット廃プラスチック埋立地ガス、及び/又はリグノセルロースバイオマスに由来する。

0043

いくつかの実施形態において、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素は、培地から回収される。いくつかの実施形態において、培地は、水相及び有機相を含む二相液体培地であり、かつ/又は他の生物学的栄養素は、有機相の抽出又は反応抽出によって回収される。

0044

別の態様において、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する微生物並びに方法が提供される。いくつかの実施形態において、炭素源及び/又はエネルギー源としてのガス状基質で成長することができる天然の又は非天然の微生物であって、ゼロ又は少なくとも1つの外来核酸を含み、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生合成する微生物が提供される。いくつかの実施形態において、炭素源及び/又はエネルギー源としてのガス状基質で成長することができ、ゼロ又は1以上の外来核酸を含み、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生合成する、本明細書に記載の天然の又は非天然の微生物内でアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する方法であって、微生物の成長並びにアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素の生成に適する条件下での成長及びバイオ産物生成のための他の栄養素を含むガス状基質及び培地(例えば、液体成長培地)を含むバイオリアクター中で天然の又は非天然の微生物を培養することを含み、該微生物がアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する方法が提供される。

0045

いくつかの実施形態において、本発明の微生物は、産業用排ガスからCO2を捕捉し、タンパク質に富むバイオマスを生成するために使用される。いくつかの実施形態において、タンパク質に富むバイオマスは商品である。いくつかの実施形態において、タンパク質に富むバイオマスは、単一細胞タンパク質(SCP)として使用される。いくつかの実施形態において、タンパク質に富むバイオマスは、水産養殖飼料として又は水産養殖飼料配合物又は肥料中で使用される。いくつかの実施形態において、タンパク質に富むバイオマスは、水産養殖及び/又は他の動物飼料及び/又は植物肥料製品に使用される魚粉の高タンパク質代用品として使用される。いくつかの非限定的な実施形態において、本発明は、GHG還元のため、及び動物飼料又は魚粉、カゼイン乳清、又は脱脂大豆の代替物を含むが、これらに限定されない用途のための高タンパク質製品を生成するために使用される。

0046

一態様において、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子を捕捉し、同化生合成によって生成される2以上の炭素原子を含有する有機分子に変換するための生物学的並びに化学的方法であって、化学合成独立栄養微生物を維持するのに適する環境に、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子を導入すること、化学合成独立栄養微生物を維持するのに適する環境にガス状基質を導入することを含み、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子が、成長及び/又は生合成のために微生物によって炭素源として使用され、炭素原子を1つのみ含有する無機分子及び/又は有機分子を、少なくとも1つの化学合成炭素固定反応及び化学合成独立栄養微生物内に含有される少なくとも1つの同化生合成経路によって環境内に2以上の炭素原子を含有する有機分子生成物に変換することを含み、化学合成固定反応及び同化生合成経路が、化学的及び/若しくは電子化学的及び/若しくは熱化学的に作られたか、かつ/又は環境の外部にある少なくとも1つの供給源から環境内に導入される電子供与体及び電子受容体によって提供される化学並びに/又は電子化学エネルギーによって少なくとも部分的に促進される方法が提供される。

0047

いくつかの実施形態において、前述の微生物は細菌細胞である。いくつかの実施形態において、前述の微生物はknallgas微生物である。いくつかの実施形態において、前述の微生物は、カプリアビダス種又はラルストニア種である。いくつかの実施形態において、前述の微生物は、カプリアビダス・ネカトールである。いくつかの実施形態において、該微生物は、以下の属:カプリアビダス種、ロドコッカス種、ヒドロゲノビブリオ種、ロドシュードモナス種、水素細菌(Hydrogenobacter)種、ゴルドニア種、アルスロバクター種、ストレプトマイセス種、ロドバクター種、及び/又はキサンバクター種のうちの1以上から選択される微生物を含む。

0048

いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、炭素源としてCO2を含む。いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、エネルギー源としてH2及び/又はO2を含む。いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、熱分解ガス又はプロデューサーガス又はシンガスを含む。いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、H2及び/又はCO2及び/又はCOを含むガスの混合物を含む。いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、H2及び/又はCO2を含む。

0049

いくつかの実施形態において、前述の微生物は、微生物の成長及びバイオ生成物の生成に適する条件下で、ガス状基質の存在下で培養した時に、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する。いくつかの実施形態において、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスは、培地から回収される。

0050

いくつかの実施形態において、前述の微生物及び/又は前述の微生物によって生成される栄養素は、1以上の他の生物に栄養を与えるか、又は提供するために使用される。

0051

いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、熱分解ガス又はプロデューサーガス又はシンガスである。いくつかの実施形態において、前述のガス状基質は、都市固形廃棄物、黒液、農業廃棄物、木材廃棄物、残留天然ガス、バイオガス、サワーガス、メタンハイドレート、タイヤ、石油コークス、下水、肥料、わら、リグノセルロースエネルギー作物、リグニン、作物残留物、バガス、鋸屑、林業残留物、食品廃棄物、廃棄カーペット、廃プラスチック、埋立地ガス、ケルプ、海藻、及び/又はリグノセルロースバイオマスに由来する。

0052

いくつかの実施形態において、炭素原子を1つのみ含有する前述の電子供与体及び/又は分子は、ガス化、熱分解、蒸気改質、自己改質のうちの少なくとも1つを含む有機物質に作用する熱化学プロセスを経て作られる。いくつかの実施形態において、炭素原子を1つのみ含有する前述の電子供与体及び/又は有機分子は、メタン蒸気改質を経て作られる。いくつかの実施形態において、ガス化及び/又は熱分解及び/又は自己改質及び/又は蒸気改質からの産出ガス中の一酸化炭素に対する水素の比は、ガスが微生物に送達される前に、水生ガスシフト反応を用いて調節される。

0053

いくつかの実施形態において、前述の電子供与体及び/又は電子受容体は、温室効果ガスの排出が低い再生可能な、代替の又は従来の動力源を用いて作られるか、又はリサイクルされ、前述の動力源は、太陽光発電、太陽熱、風力、水力、原子力、地熱、向上した地熱、海洋熱、海洋波動、及び潮力のうちの少なくとも1つから選択される。

0054

いくつかの実施形態において、前述の電子供与体及び/又は電子受容体は、電気グリッド供給が電気グリッド需要を超える期間中、グリッド電気を用いて作られ、貯蔵タンクは、前述の電子供与体及び/又は電子受容体の発生、並びに化学合成反応中のそれらの消費を減らす。

0055

いくつかの実施形態において、分子水素は電子供与体として作用し、以下のもの:水の電気分解、水の熱化学分解ブラインの電気分解、硫化水素の電気分解及び/又は熱化学分解のうちの少なくとも1つを用いる方法により作られる。いくつかの実施形態において、水素生成のための水の電気分解は、以下のもの:プロトン交換膜(PEM)、KOHなどの液体電解質アルカリ電気分解、固体ポリマー電解質電気分解、高圧電気分解、水蒸気の高温電気分解(HTES)のうちの1以上を用いて行われる。いくつかの実施形態において、水素生成のための水の熱化学分解は、以下のもの:酸化鉄サイクル酸化セリウム(IV)−酸化セリウム(III)サイクル、亜鉛酸化亜鉛サイクル、硫黄ヨウ素サイクル、銅−塩素サイクル、カルシウム臭素−鉄サイクル、ハイブリッド硫黄サイクルのうちの1以上を用いて行われる。

0056

いくつかの実施形態において、分子水素は電子供与体として作用し、以下のもの:炭素の捕捉及び隔離(CCS)対応メタン蒸気改質;CCS対応石炭ガス化;Kvaernerプロセス及びカーボンブラック製品を作る他のプロセス;CCS対応ガス化又はバイオマスの熱分解;バイオ炭副生成物を生成するバイオマスの熱分解のうちの1以上を含む、二酸化炭素の放出が少ない又は全く放出しない、水素を生成することが知られている電子化学又は熱化学プロセスにより作られる。

0057

いくつかの実施形態において、前述の電子供与体は、以下の還元剤:アンモニア;アンモニウム;一酸化炭素;亜ジチオン酸塩元素硫黄;炭化水素;水素;メタ亜硫酸塩一酸化窒素亜硝酸塩チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)又はチオ硫酸カルシウム(CaS2O3)を含むが、これらに限定されないチオ硫酸塩などの硫酸塩;硫化水素などの硫化物;亜硫酸塩;チオネート;チオナイト可溶化相又は固相遷移金属若しくはそれらの硫化物、酸化物カルコゲナイドハロゲン化物水酸化物オキシ水酸化物リン酸塩、硫酸塩若しくは炭酸塩;及び固体電極材料中の伝導電子若しくは価電子帯電子のうちの1以上を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、前述の電子受容体は、以下のもの:二酸化炭素;酸素;硝酸塩;亜硝酸塩;第2鉄又は他の遷移金属イオン;硫酸塩;又は固体電極材料中の価電子帯又は伝導帯ホールのうちの1以上を含む。

0058

いくつかの実施形態において、生物学的変換工程の前に、1以上の化学的前処理工程が先行し、その際、微生物が必要とする前述の電子供与体及び/又は電子受容体及び/又は炭素源及び/又はミネラル栄養素は、少なくとも1つの材料化学物質から作られるか、かつ/又はそれから精製されるか、かつ/又は炭素固定工程から生じる化学物質からリサイクルされるか、かつ/又は他の産業、鉱業、農業、下水処理若しくは廃棄物発生プロセスからの廃棄物の流れから作られるか、又はその中に含有されている。

0059

いくつかの実施形態において、有機化学生成物には、5つの炭素又はそれ以上である炭素骨格を有する化合物が含まれる。

0060

いくつかの実施形態において、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する方法であって、微生物の成長並びにアミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスの生成に適する条件下での成長及びバイオ産物生成のための他の栄養素を含むガス状基質及び培地を含むバイオリアクター中で上記の微生物を培養することを含み、前述の微生物が、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを生成する方法が提供される。

0061

いくつかの実施形態において、少なくとも1つの化学合成反応及び少なくとも1つの同化生合成経路は、アミノ酸;ペプチド;タンパク質;脂質;多糖;及び/又はビタミンのうちの少なくとも1つを含む生化学物質の形成をもたらす。

0062

いくつかの実施形態において、バイオマス及び/又は生化学物質は、前述の少なくとも1つの化学合成反応を経て生成され、該バイオマス及び/又は生化学物質は、以下のもの:発酵のための有機炭素源及び/又は窒素源;他の微生物若しくは生物の成長のための窒素源;ヒト用の窒素源若しくは食品成分動物用の飼料;製造プロセス若しくは化学プロセス用の原料又は化学中間体医薬品物質医薬物質若しくは栄養物質の供給源;肥料;土壌添加物;並びに/又は土壌安定剤のうちの少なくとも1つとして適用される。

0063

いくつかの実施形態において、前述の化学合成反応からの炭素源及び/又は窒素源は、市販の酵素、抗生物質、アミノ酸、タンパク質、食品、食品成分;ビタミン、脂質、バイオプラスチック、多糖、栄養補助食品医薬品のうちの少なくとも1つを含む生化学物質を生成するための発酵に使用される。いくつかの実施形態において、動物用の前述の飼料は、牛、、鶏、豚、魚、甲殻類、昆虫、無脊椎動物、サンゴのうちの1以上に餌を与えるために使用される。いくつかの実施形態において、前述の甲殻類又はサンゴは、C1供給源から生合成される栄養素を用いて成長し、CO2をアルベドが多い固体無機質形態に隔離する炭酸塩材料を生成する。

0064

本発明の様々な目的、特徴、態様、及び利点は、同様の番号は同様の構成要素を表す添付図と共に、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになる。

0065

本発明の非限定的な実施形態は、添付図を参照して例として記載され、添付図のいくつかは、模式的であり、一定の縮尺で描かれることを意図しない。明確にする目的で、全ての構成要素が全ての図にラベル付けされているわけではなく、本発明の各実施形態の構成要素も全ては示されておらず、図は、当業者が本発明を理解するのを可能にするために必ずしも必要とされない。

図面の簡単な説明

0066

knallgas微生物の代謝経路を示す。
光学密度OD)とバイオマス密度相関を示す。
血清ボトル中のカプリアビダス・ネカトールのガスでの成長についての成長曲線を示す。
血清ボトル中のカプリアビダス・ネカトールのガスでの成長についての経時的な上部空間圧力の変化を示す。
血清ボトル中のカプリアビダス・ネカトールについての、消費されるH2モル当たりに生成される乾燥バイオマスを示す。
バイオリアクター中のH2/CO2/O2で成長したknallgas微生物カプリアビダス・ネカトールについての成長曲線を示す。
異なる炭素源に対する化学栄養微生物及び油性微生物の成長の結果を示す。細菌成長を、示した日(括弧内)の後に、650nmで光学密度(OD)検出を用いて測定した。培地及び成長条件を以下の実施例に記載した。NDは、未試験である。
ロドコッカス・オパクスDSM43205の脂肪酸プロファイルを示す。
ロドコッカス種DSM 3346の脂肪酸プロファイルを示す。
ガスでC.ネカトールを成長させるために使用されるバイオリアクター及び支持システムの模式図を示す。
ドラフトチャンバー内で、ガスでC.ネカトールを成長させる2つの20Lのバイオリアクターを示す。
爆発性ガス検出システム、質量流量計レベルコントローラー、塩基制御貯蔵所、培地添加貯蔵所、及び泡制御貯蔵所と共に、図11リアクターを作動するために使用したApplikonコントローラー及びコンソールを示す。
油及びポリマーを含む、C.ネカトールからのヘキサン粗抽出物を含有する試験管を示す。
唯一の炭素源としてのCO2並びに水素及び電子の唯一の供給源としてのH2で成長させたC.ネカトールから抽出した油試料を示す。
超音波処理前(左に示す)色の、及び超音波処理後(右に示す)のC.ネカトールのバイオマススラリーを示す。超音波処理前は、スラリーは茶色であり、超音波処理後は、細胞の完全破壊により、バイオマスは茶色からクリーム色に変化した。
カプリアビダス・ネカトールから抽出した油に存在する脂肪酸の炭素鎖長のプロファイルを示す。
バイオリアクター中で、H2、CO2、及びO2ガスの混合物で成長させたヒドロゲノビブリオ・マリナス(Hydrogenovibrio marinus)株DSM 11271を示す。
模式的に図解したロドシュードモナス・カプシュラータ(Rhodopseudomonas capsulata)株DSM 1710を成長させるために使用したガス送達システム及び培養ボトルを示す。
R.カプシュラータの顕微鏡写真を示す。
遠心分離後に回収したR.カプシュラータバイオマスのペレットを示す。
成長のための唯一のエネルギー源及び炭素源としてH2、CO2、及びO2ガスの混合物でキサントバクター・オートトロフィカス(Xanthobacter autotrophicus)株DSM 432を成長させるために使用する2リットルガラス発酵槽システムの模式図を示す。
模式的に図解した図21描写したバイオリアクターのヘッドプレートを示す。
圧力計ガス流量計;安全バルブ及びチェックバルブ;0.2ミクロンフィルターバイオリアクター容器センサーアクチュエータ、及びコントローラー;コンデンサー及び泡の捕捉;並びに排気ベンドを含むキサントバクター・オートトロフィカスを成長させるために使用されるリアクターシステムの模式図を示す。
X.オートトロフィカスを成長させるために使用するガス送達システムの模式図を示す。
X.オートトロフィカスについてのOD600と細胞乾燥重量(CDW)の相関を示す。
H2/CO2/O2で成長させたknallgas微生物X.オートトロフィカスについての増殖曲線を示す。
水産養殖飼料の生成のためのCO2+再生可能なH2を示す。
化学合成独立栄養の主要産生株を有する複合マルチステージ生命維持システム又は生態系を示す。
C.ネカトールシステムの部分的な物質収支を示す。
C.ネカトール閉ループ生命維持システムの概略フロー図を示す。
動物飼料又は他の栄養素又は栄養補助食品のためのタンパク質に富むバイオマスを生成するための、オキシハイドロジェン反応を実行することができる微生物によって実行されるCO2捕捉を有する実施形態のプロセスフロー図を示す。
廃棄CO2及びオフピーク断続的な再生可能エネルギーを高タンパク質飼料、肥料、及び栄養素に変換する統合システムの略図を示す。CO2の捕捉及び貴重な栄養素の生成に加えて、該システムは、需要が低い期間中の過剰な再生可能生成からのグリッドの歪みを軽減する。需要が低い期間中でさえ、再生可能エネルギーを生成し続けることを可能にすることによって再生可能な能力のより完全な利用も可能にする。

実施例

0067

本明細書に提供されるのは、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素の生合成による生成の方法並びにシステムである。ある実施形態において、プロデューサーガス、シンガス、テールガス、熱分解、knallgas、並びにH2及びCO2、及び/又はCO及び/又はCH4を含有するガス混合物を含むが、これらに限定されないガス状基質でアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を生成する天然又は操作された微生物が提供される。ガス状基質は、微生物の成長及びバイオ生成物の生合成のための炭素源及び/若しくはエネルギー源並びに/又は電子供与体及び/若しくは電子受容体の供給源として役立ち得る。

0068

本発明の主題は、ある実施形態において、シンガス、又はプロデューサーガス、及び/又はH2、及び/又はCO2、及び/又はCO、及び/又はCH4、及び/又は他の廃ガスで成長でき、リジン及び/又はメチオニンを含むが、これらに限定されないアミノ酸を生成できる野生型又は操作された微生物を含む。

0069

本発明のある実施形態において、アミノ酸、及び/又はペプチド、及び/又はタンパク質及び/又はビタミンは、以下のもの:H2、CO2、CO、H2O、NH3、CH4、CH3OH、HCOH、尿素のうちの1以上を含むが、これらに限定されない単純C1及び無機前駆体から合成される。

0070

いくつかの実施形態において、本発明は、1以上のアミノ酸又はタンパク質又はビタミンを生成する方法であって、細菌細胞をシンガス及び/又はプロデューサーガス及び/又はガス状CO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4に暴露することを含み、該細菌細胞は、ガス状CO2及び/又は他のC1分子を1以上のアミノ酸又はタンパク質又はビタミンに固定することができ、該微生物は、ゼロ又は少なくとも第1の外来核酸を含む方法に関する。いくつかの実施形態において、該細胞は、1以上のアミノ酸又はタンパク質又はビタミンの合成のための還元等価物及び/又は代謝エネルギーの供給源として前述のガス状基質を利用する。いくつかの実施形態において、該微生物は、その天然の機構によって、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミンを生成する。

0071

いくつかの実施形態において、本発明は、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はタンパク質性バイオマス及び/又はビタミンを生成する方法であって、天然株又は操作された微生物を、シンガス及び/又はプロデューサーガス及び/又はCO2及び/又はH2ガス及び/又はCO及び/又はCH4を含む原料を有するバイオリアクター又は溶液中で培養することを含む方法に関する。[268]いくつかの実施形態において、本発明は、本明細書に記載の組成物又は細菌細胞若しくは微生物細胞を含むバイオリアクターに関する。いくつかの実施形態において、本発明は、1以上のアミノ酸、タンパク質、又は栄養素の生成システムであって、(a)本明細書に記載の細胞を含む微生物集団;(b)シンガス又はプロデューサーガス及び/又はガス状のCO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4を含む原料の送達を可能にする原料供給源に連結された入口を含むバイオリアクターを含むシステムに関する。

0072

本発明の別に態様において、本発明は、本明細書に記載の細胞又は組成物を含む微生物集団内で分子又は分子の混合物を生成する方法であって、シンガス又はプロデューサーガス及び/又はガス状のCO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4を含む原料中で、本明細書に記載の細胞又は組成物を含む微生物集団を培養することを含む方法に関する。[270]いくつかの実施形態において、本発明は、本明細書に記載の細胞又は組成物を含む微生物集団内でアミノ酸、又はタンパク質、又は他の栄養素を生成する方法であって、シンガス又はプロデューサーガス及び/又はガス状のCO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4を含む原料中で、本明細書に記載の細胞又は組成物を含む微生物集団を培養することを含む方法に関する。

0073

いくつかの実施形態において、本発明は、1以上のアミノ酸、又はタンパク質、又は他の栄養素を製造する方法であって、(a)シンガス又はプロデューサーガス及び/又はガス状のCO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4の存在下で、反応容器又はバイオリアクター中で本明細書に記載の細胞を培養し、該細胞は、細胞の乾燥細胞総質量の少なくとも10%以上の量で、1以上のアミノ酸、若しくはタンパク質、若しくは他の栄養素を生成及び/又は分泌すること;(b)反応容器から1以上のアミノ酸、又はタンパク質、又は他の栄養素、又は全細胞生成物を分離すること、を含む方法に関する。いくつかの実施形態において、本方法は、さらに、反応容器又はバイオリアクターからの分離後に1以上のアミノ酸、又はタンパク質、又は他の栄養素、又は全細胞生成物を精製することを含む。いくつかの実施形態において、1以上のアミノ酸、又はタンパク質、又は他の栄養素、又は全細胞生成物は、別の生物に提供される飼料若しくは栄養供給又は肥料の成分、又はそれらの前駆体、又はそれらの中に含まれる。ある非限定的な実施形態において、他の生物は、従属栄養であり、あるそのような実施形態において、動物プランクトン、甲殻類又は他の無脊椎動物、魚、、又は哺乳類のうちの1以上を含むが、これらに限定されない動物である。

0074

いくつかの実施形態において、本発明は、1以上のアミノ酸を生成する方法であって、細菌細胞及び/又は古細菌細胞及び/又は他の微生物細胞を、シンガス及び/又はガス状のCO2及び/又はH2及び/又はCO及び/又はCH4に暴露することを含み、該細胞は、ガス状のCO2及び/又は他のC1炭素源を、1以上のアミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミンに固定することができ、該化合物は、バイオリアクターから回収され、第2若しくはそれ以上のさらなるリアクター及び/又はプロセス工程に供給され、該化合物は、以下のもの:肥料、水産養殖飼料、動物飼料、ヒトの栄養素、又はビタミンのうちの1以上を含むが、これらに限定されない生成物を作るために後処理される方法に関する。

0075

いくつかの実施形態において、本発明は、二酸化炭素含有ガス流並びに/又は大気二酸化炭素、又は1以上の炭素固定プロセス工程において、偏性若しくは通性化学合成独立栄養微生物、特に、化学合成無機独立栄養生物、及び/又は化学合成独立栄養微生物からの酵素を含有する細胞抽出物を利用する化学的及び生物学的プロセスを経て溶解、液化又は化学的に結合した形態の二酸化炭素から二酸化炭素を補足するための組成物並びに方法を与える。本発明はまた、無機炭素を、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを含むが、これらに限定されない中間体又は完成した化学物質である有機化合物に固定するために、化学合成独立栄養生物によって実行される化学合成反応の科学生成物の回収、処理、及び使用のための組成物並びに方法を与える。本発明はまた、化学合成に必要な電子供与体及び電子受容体の提供を含むが、これらに限定されない化学合成及び化学合成独立栄養培養の維持に必要な化学栄養素の作製、処理及び送達のための組成物並びに方法を与える。本発明はまた、化学合成及び化学合成独立栄養成長、並びに未使用の化学栄養素及びプロセス水の回収並びにそれらのリサイクルに有益な環境の維持のための組成物並びに方法を与える。

0076

いくつかの実施形態において、本明細書に開示される微生物は、アミノ酸、又はタンパク質、及び他の生物学的栄養素の生合成による生成のための1以上の酵素を発現するように組み換え操作される。いくつかの実施形態において、基質又は中間体は、微生物細胞におけるアミノ酸、タンパク質、及び/又は他の生物学的栄養素の合成、例えば、アセチルCoAピルビン酸、又はマロニルCoAに送達される。いくつかの非限定的な実施形態において、様々な生合成経路に沿って流れる炭素の一部の画分は、目的のアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素の生合成に向けられる。

0077

本発明のある実施形態の一態様は、一酸化炭素、メタン、メタノール、ギ酸塩、若しくはギ酸を含むが、これらに限定されないC1炭素源、及び/又は様々なガス化、熱分解、若しくは蒸気改質固定炭素原料及び/若しくはメタン原料から作られる様々なシンガス組成物を含むが、これらに限定されないC1化学物質を含有する混合物の変換のための全体的なプロセス内で、C1化学物質のより長い炭素鎖有機分子(すなわち、C2又はより長い、ある実施形態において、C5又はより長い炭素鎖分子)への変換のための生体触媒としての化学栄養微生物及び/又は化学栄養微生物の酵素を利用する1以上のプロセス工程の包含である。いくつかのこのような実施形態において、液体形態の又は溶液に溶解させたC1含有シンガス、又はプロセスガス、又はC1化学物質は、栄養培地及び化学栄養微生物を含有する容器又はエンクロージャー送り込まれるか、又はそうでなければ添加される。いくつかのそのような場合において、化学栄養微生物は、C1化学物質中に保存された炭素及び電子、並びに/又は分子水素からの電子及び水素、並びに/又は固体電極材料中の価電子若しくは伝導電子、並びに/又は以下のもの:アンモニア;アンモニウム;一酸化炭素;亜ジチオン酸塩;元素硫黄;炭化水素;メタ亜硫酸塩;一酸化窒素;亜硝酸塩;チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)又はチオ硫酸カルシウム(CaS2O3)を含むが、これらに限定されないチオ硫酸塩などの硫酸塩;硫化水素などの硫化物;亜硫酸塩;チオネート;チオナイト;可溶化相又は固相の遷移金属若しくはそれらの硫化物、酸化物、カルコゲナイド、ハロゲン化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硫酸塩、若しくは炭酸塩のうちの1以上を含むが、これらに限定されない栄養培地に送り込まれるか、若しくはそうでなければ提供される電子受容体の以下のリストのうちの1以上を用いて、C1化学物質をより長い炭素鎖有機化学物質に伸長させるために生化学合成を行う。電子供与体は、化学合成呼吸反応において電子受容体によって酸化され得る。ある実施形態において、本発明の微生物による呼吸に使用される電子受容体は、以下のもの:酸素、二酸化炭素、第2鉄又は他の遷移金属イオン、硝酸塩、亜硝酸塩、酸素、又は固体電極材料中のホールのうちの1以上を含むが、これらに限定されない。ある非限定的な実施形態において、前述の化学栄養微生物は、knallgas又は酸水素微生物である。

0078

ある実施形態において、本発明は、ゼロ又はそれ以上の外来核酸配列を含む化学栄養細菌株に関する。本発明は、部分的に、化学栄養細菌及び特定の関連する微生物が、ガス状の廃棄炭素原料からの化学物質、タンパク質、飼料、肥料、モノマー、油、燃料、及び他の生物学的物質の経済的かつ大規模な生成に予期せぬ利点を提供するという発見、並びにまた、これらの用途における性能の向上のためにこれらの微生物を改変するための遺伝子技術及びシステムの発見から生じる。本発明の微生物によって合成されるタンパク質、脂質及び他の生物化学物質は、肥料、動物飼料、食料、パーソナルケア、及び化粧品中の成分としてのポリマー、滑剤の生成のための石油化学代替品、モノマー、原料を含むが、これらに限定されない使用に適用することができる。本発明のいくつかの実施形態において、酵素的及び化学的プロセスは、ビタミン、アミノ酸、及び/又はタンパク質を生成するために利用することができる。いくつかの実施形態は、動物飼料及び/又は肥料の生成を可能にする。加えて、本発明は、アミノ酸及び/若しくはタンパク質の収率の向上並びに/又は生成費用の低下のために化学栄養細菌を培養並びに/又は改変する方法を与える。いくつかの実施形態において、遺伝子改変細菌は、遺伝子改変されていない同じ細菌と比較して、ある1種類又は複数種類のビタミン又はアミノ酸分子をより多く生成する。

0079

本発明は、偏性若しくは通性化学栄養生物において、これらの生物が、二酸化炭素及び/又は無機炭素の他の形態及び/又はシンガス及び/又はメタンなどの他のC1化合物及び/又は熱分解ガスなどの熱分解反応液体、ガス状、及び固体の生成物及び/又は油を、目的の炭素系生成物に変換するように化学物質、モノマー、ポリマー、アミノ酸、タンパク質、多糖、ビタミン、栄養補助食品又は医薬品又はその中間体を含むが、これらに限定されない目的の炭素系生成物の生成及び/又は分泌を促す方法並びに機構、並びに特に、化学物質、モノマー、ポリマー、アミノ酸、タンパク質、多糖、ビタミン、動物飼料、肥料、栄養補助食品又は医薬品又はその中間体の商業生産のためのそのような生物の使用に関する。

0080

いくつかの実施形態において、本発明はまた、未精製未加工材料の化学物質を、化学合成炭素固定工程を支持するのに適するより精製された化学物質に変換する化学合成反応工程;エネルギー材料を、化学合成を促進するために使用することができる化学形態に、具体的には、電子供与体及び電子受容体の形態の化学エネルギーに変換する化学合成反応工程;産業若しくは大気若しくは水生生物の供給源から補足される無機炭素を、化学合成炭素固定を支持するのに適する条件下でプロセスの炭素固定工程(複数可)に向かわせる化学合成反応工程;さらに、アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミン及び/又はバイオマスを含むが、これらに限定されない前述の生成物で、化学合成炭素固定工程の産出生成物を、保管運送、及び販売に適する形態に処理する化学合成反応工程を順番に、かつ/又は並行して生じる化学プロセス工程の組成物及び方法を与える。生物学的化学合成炭素固定工程と組み合わされる完全な化学工程非生物工程、プロセス工程は、本発明の全体的な炭素補足及び変換プロセスを構成する。本発明は、他の生命体と比較して、生体触媒としての化学プロセス流内に化学合成独立栄養微生物を組み込む特有の容易さを利用する。理論に束縛されることなく、この特有の性能及び能力は、化学合成独立栄養生物が自然界で、生物と非生物の化学の接点でそれらの存在の化学合成様式によって作用するという事実から生じるように思われる。

0081

本明細書で特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する分野の当業者が一般に理解するのと同じ意味を有する。Singletonら、「微生物及び分子生物学辞書(Dictionary of Microbiology and Molecular Biology)、第2版、John Wiley and Sons,New York(1994)、及びHale & Markham,The Harper Collins Dictionary of Biology,Harper Perennial,NY(1991)は、本発明で使用される多くの用語の一般的な辞書と共に、技術の1つを提供する。本明細書に記載のものと同じ又は同等の方法及び材料は、本発明の実施又は試験に使用することができる。

0082

本発明の実施は、特に示さない限り、当業者の範囲内である分子生物学(組換え技術を含む)、微生物学細胞生物学、及び生化学の従来の技術を使用する。そのような技術は、文献、例えば、分子クローニング実験室マニュアル(Molecular Cloning: A Laboratory Manual)、第2版(Sambrookら,1989);オリゴヌクレオチド合成(Oligonucleotide Synthesis)(M.J.Gait(編)、1984;分子生物学の現在のプロトコル(Current Protocols in Molecular Biology)(F.M.Ausubelら(編)、1994);PCRポリメラーゼ連鎖反応(The Polymerase Chain Reaction)(Mullisら(編)、1994);及び遺伝子の導入及び発現:実験室マニュアル(Gene Transfer and Expression:A Laboratory Manual)(Kriegler,1990)で完全に説明されている。

0083

本明細書に提供される番号の範囲は、範囲を定義する番号を含む。

0084

特に示さない限り、それぞれ、核酸は5’から3’方向に左から右に書かれ、アミノ酸配列アミノからカルボキシ方向に左から右に書かれる。

0085

定義
「1つ(a)」、「1つ(an)」及び「その」は、文脈が明確に示さない限り、複数の言及を含み、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、不定詞「1つ(a)」、「1つ(an)」、及び「その」は、反対のことが明確に示されない限り、「少なくとも1つ」を意味することが理解されるべきである。

0086

本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、語句「及び/又は」は、そのように結合された要素、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には選言的に存在する要素の「いずれか又は両方」を意味することが理解されるべきである。反対のことが明確に示されない限り、具体的に特定される要素に関連しようと、関連しまいと、他の要素は、任意選択で「及び/又は」のによって具体的に特定される要素以外に存在してよい。このように、非限定的な例として、「含む」などの上限がない言語と組み合わせて使用される時に、「A及び/又はB」に対する言及は、一実施形態において、Bを含まないA(任意選択でB以外の要素を含む)を指し、別の実施形態において、Aを含まないB(任意選択でA以外の要素を含む)を指し、さらに別の実施形態において、AとBの両方(任意選択で他の要素を含む)などを指すことができる。

0087

量、及び一時的な期間などの測定可能な値を言及する時に本明細書で使用される用語「約」は、特定の値から±20%、±10%、±5%、±1%、又は±0.1%の変動量を包含することを意味し、そのような変動は、開示される方法を実行するのに適する。

0088

用語「アミノ酸」は、炭素に結合している、アルファ炭素と命名されたアミン基カルボキシル基の両方を含有する分子を指す。適切なアミノ酸には、限定されないが、天然アミノ酸のD異性体とL異性体の両方、並びに有機合成及び他の代謝経路によって調製される非天然アミノ酸が含まれる。いくつかの実施形態において、単一「アミノ酸」は、伸長された脂肪族又は芳香族骨格足場当たり利用可能な複数の側鎖部分を有してよい。文脈が特に具体的に示さない限り、本明細書で使用する用語アミノ酸は、アミノ酸類似体を含むことが意図される。

0089

用語「Aufwuchs」(「表面成長」又は「過成長」に対するドイツ語)は、根付き植物の一部などの水性環境中の開放面に接着する小動物及び植物の集合である。海洋と淡水環境の両方において、藻類−特に緑藻類及び珪藻類は、Aufwuchsコミュニティ優勢構成要素を構成する。小型の甲殻類、回虫類、及び原生動物も淡水及び海水によく見られるが、昆虫の幼虫貧毛類及び緩歩動物は、淡水Aufwuchs動物相固有である。

0090

用語「バイオマス」は、細胞の成長及び/又は増殖によって生成される材料を指す。バイオマスは、細胞及び/又は細胞内含有物並びに細胞によって分泌される化合物を含むが、これらに限定されない細胞外物質を含有することができる。

0091

用語「バイオリアクター」又は「発酵槽」は、細胞が成長及び維持される閉鎖された又は部分的に閉鎖された容器を指す。細胞は、液体懸濁液中で保持されるが、必ずしもそうである必要はない。いくつかの実施形態において、液体懸濁液中で保持されること以外に、細胞は、代わりに、固体成長支持物質を含むが、これに限定されない別の液体ではない基質と接触して、基質で、若しくは基質中で成長及び/又は維持されてよい。

0092

用語「触媒」は、化学反応が生じる速度を加速させる分子又は高分子の構造などの化学アクターを指し、1つ又は複数の反応物が1つ又は複数の生成物に変換される一方で、触媒それ自体は生成物に変わらないか、又はそうでなければ、化学反応の完了時に変化せず、消費もされない。触媒は1つの化学反応に関わった後、変化しないので、さらなる化学反応に関わり、さらなる反応物に作用して、さらなる生成物を作ることができる。化学反応を加速するために、触媒は、反応経路を横切る活性化エネルギー障壁を減少させ、より低い温度で化学反応が生じるのを可能にするか、又は所定の温度でより速く化学反応が生じるのを可能にする。このように、システムの化学平衡へのより迅速なアプローチが達成され得る。触媒は、タンパク質触媒である酵素を包含する。

0093

用語「セルロース系材料」は、セルロース量が多い、一般的に、数百〜数千個のβ(1→4)結合D−グルコースモノマーの直鎖からなる式(C6H10O5)nを有する多糖である任意の材料を指す。セルロース系材料の供給源には、段ボール、綿、トウモロコシの茎葉、紙、木材チップおがくずサトウダイコンパルプサトウキビバガス、及びスイッチグラスが含まれるが、これらに限定されない。

0094

用語「CoA」又は「補酵素A」は、脂肪酸合成及び酸化、ピルビン酸酸化、アセチル又は他のアシル基転移、並びに他のアセチル化に関わる酵素を縮合するための有機補助因子を指す。

0095

用語「補助因子」は、その触媒活性を実行する酵素が必要な全ての分子を包含する。いくつかの実施形態において、補助因子は、基質とは別の任意の分子である。

0096

特許請求の範囲、並びに本明細書において、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「関与する」、及び「保持する」などの全ての移行句は、上限がない、すなわち、含むが限定されないことを意味すると理解されるべきである。移行句「からなる」及び「から実質的になる」のみ、それぞれ閉鎖遷移句又は半閉鎖遷移句となる。

0097

用語「外来遺伝子」は、RNA及び/又はタンパク質の合成をコードし、細胞に組換えで導入された核酸を意味する。いくつかの実施形態において、外来遺伝子は、形質転換によって導入される。いくつかの実施形態において、外来遺伝子は、電気穿孔により細胞に導入される。形質転換細胞は、さらなる外来遺伝子(複数可)が導入され得る組換え細胞と呼ばれ得る。宿主種に入れられる外来遺伝子は、異なる種から取得され得る(これは異種性と呼ばれる)か、又は同じ種内に天然に存在し得る(これは、以下に定義されるように同種である)。したがって、外来遺伝子は、遺伝子が天然位置とは異なるゲノムエピソーム、又はプラスミドの領域に組み込まれるか、又はそれらに導入される相同遺伝子を包含する。外来遺伝子の複数コピーが細胞に導入され得る。外来遺伝子は、宿主細胞又は形質転換細胞内に2以上のコピーで存在し得る。いくつかの実施形態において、該微生物は、外来タンパク質をコードする核酸を1〜10,000コピー並びに1及び10,000コピー含む。いくつかの実施形態において、該微生物は、外来タンパク質をコードする核酸を1〜1,000コピー並びに1及び10,000コピー含む。いくつかの実施形態において、該微生物は、外来タンパク質をコードする核酸を1〜10,000コピー並びに1及び10,000コピー含む。いくつかの実施形態において、該微生物は、外来タンパク質をコードする核酸を1〜1,000コピー並びに1及び1,000コピー含む。いくつかの実施形態において、該微生物は、外来タンパク質をコードする核酸を1〜500コピー並びに1及び500コピー含む。いくつかの実施形態において、外来遺伝子は、ゲノム内の挿入物として、又はエピソーム分子として細胞によって維持される。いくつかの実施形態において、該微生物は、1以上の外来タンパク質をコードする1以上の核酸の1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、又は1000以下のコピーを含む。

0098

本明細書で使用する用語「発現形態」は、細胞内に存在する時に、コード配列が発現するように、酵素又は細胞に酵素活性を与えることができるその断片をコードするコード配列に作動可能に連結された必要な調節エレメントを含有する遺伝子構築物を指す。本発明のいくつかの実施形態において、本発明の微生物又は細菌細胞を含む組成物は、外来核酸配列の10以下の発現形態を含む。

0099

用語「リグノセルロース系材料」は、セルロースヘミセルロース、及びリグニンで構成され、炭水化物ポリマー(セルロース及びヘミセルロース)がリグニンにしっかり結合されている任意の材料である。リグノセルロース系材料は、農業残留物トウモロコシ茎葉及びサトウキビバガスを含む)、ほとんどのバイオマスエネルギー作物、木材残留物(製材所及び製紙工場の廃棄物を含む)、並びに実質的な割合の地方自治体廃棄物を包含する。

0100

用語「脂質」は、非極性溶媒(限定されないが、クロロホルム及び/又はエーテルなど)に溶解することができ、また水への溶解性がほとんど又は全くない分子のカテゴリーを指す。脂質分子疎水性は、典型的には、分子内の長鎖炭化水素部分の存在から生じる。脂質は、以下の分子の種類:炭化水素、脂肪酸(飽和及び不飽和)、脂肪アルコール脂肪アルデヒドヒドロキシ酸、二酸、モノグリセリドジグリセリドトリグリセリドリン脂質スフィンゴ脂質コレステロールなどのステロール及びステロイドホルモン脂溶性ビタミンビタミンA、D、E及びkなど)、ポリケチドテルペノイド、及びワックスを包含する。

0101

用語「可溶化液」は、細胞溶解から生じる混合物及び/又は細胞内容物の溶液を含有する液体を指す。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、細胞溶解物中の化学物質又は化学物質の混合物の精製を含む。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、細胞溶解物中のアミノ酸及び/又はタンパク質の精製を含む。

0102

用語「溶解」は、かなりの量の細胞内物質細胞外空間に出るような、原形質膜及び存在する場合、細胞の細胞壁破裂を指す。溶解は、電気化学的、機械的、浸透圧的、熱的、又はウイルスの手段を用いて実行することができる。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、バイオリアクターの内容物から化学物質又は化学物質の混合物を分離するために、本明細書に記載の細胞又は微生物の溶解を実行することを含む。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、バイオリアクターの内容物からアミノ酸又はアミノ酸の混合物及び/又はタンパク質を分離するために、本明細書に記載の細胞又は微生物の溶解を実行することを含む。

0103

本明細書及び特許請求の範囲で使用する「又は」は、上記で定義した「及び/又は」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト中の項目を分ける場合、「又は」又は「及び/又は」は、包括的、すなわち、少なくとも1つの包含であるが、いくつかの要素又は要素のリスト、及び任意選択で、記載されていないさらなる要素のうちの2以上も含むと解釈されるべきである。「のうちの1つのみ」若しくは「のうちのちょうど1つ」又は特許請求の範囲で使用される場合、「からなる」などの反対のことが明確に示される唯一の用語は、いくつかの要素又は要素のリストのうちのちょうど1つの要素の包含を指す。一般に、本明細書で使用する用語「又は」は、「いずれか」、「のうちの1つ」、「のうちのたった1つ」、又は「のうちのちょうど1つ」などの排他性の用語に先行する場合、排他的な選択肢(すなわち、「一方又は他方であるが、両方ではない)を示すと唯一解釈されるべきである。特許請求の範囲で使用される場合、「から本質的になる」は、特許法の分野で使用されるその普通の意味を有する。

0104

「付着生物」は、ほとんどの水生生態系中の液内表面に付着している藻類、ラン藻従属栄養性微生物、及び有機堆積物の複合混合物である。無脊椎動物、オタマジャクシ、及びいく種類かの魚のための重要な食料供給源として役立つ。

0105

力価」は、微生物発酵プロセス中の単位体積あたり微生物によって生成される物質の量を指す。例えば、バイオマス力価は、溶液1Lあたり生成されるバイオマスのグラムとして表され得る。

0106

「収率」は、飼料物質の全てが生成物に変換される場合、生成される物質の総量に対する飼料材料(例えば、糖)から生成される生成物の量を指す。例えば、アミノ酸の収率は、飼料物質の100%がアミノ酸に変換される場合、理論的収率に対する生成されたアミノ酸の%として表され得る。

0107

生産性」は、微生物発酵プロセス中、単位時間あたり、単位体積あたり微生物によって生成される物質の量を指す。例えば、バイオマス生産性は、1時間あたり、溶液1Lあたり生成されるバイオマスのグラムとして表され得る。

0108

本明細書で使用する用語「ポリヌクレオチド」は、デオキシリボヌクレオチドリボヌクレオチド、及び/又は改変されたヌクレオチド若しくは塩基若しくはそれらの類似体を含むデオキシリボヌクレオチド若しくはリボヌクレオチドの類似体又は改変形態を含有する任意の長さ並びに任意の3次元構造並びに1本鎖若しくは複数鎖(例えば、1本鎖、2本鎖、3重らせん状など)のヌクレオチドのポリマー形態を指す。遺伝子コード縮重しているので、2以上のコドンを、特定のアミノ酸をコードするために用いてもよく、本発明は、特定のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドを包含する。ポリヌクレオチドが、スクレアーゼ耐性を増強する改変(例えば、デオキシ、2’−O−Me、ホスホロチオエートなど)を含めて、使用条件下で所望の機能を保持する限り、任意の種類の改変ヌクレオチド又はヌクレオチド類似体を用いてよい。標識、例えば、放射性若しくは非放射性標識又はアンカー、例えば、ビオチンも、検出又は捕捉の目的で取り込まれてよい。用語ポリヌクレオチドはまた、ペプチド核酸(PNA)を含む。ポリヌクレオチドは、天然に存在しても、天然に存在しなくてもよい。用語「ポリヌクレオチド」、「核酸」及び「オリゴヌクレオチド」は、互換的に本明細書で使用される。ポリヌクレオチドは、RNA、DNA、若しくはその両方、並びに/又はそれらの改変形態及び/若しくは類似体を含有し得る。ヌクレオチド配列は、非ヌクレオチド構成要素によって中断され得る。1以上のホスホジエステル結合は、代替結合基によって置換され得る。これらの代替結合基には、リン酸塩がP(O)S(「チオエート」)、P(S)S(「ジチオエート」)、(O)NR2(「アミデート」)、P(O)R、P(O)OR’、CO又はCH2(「ホルムアセタール」)(式中、各R又はR’は、独立して、H、又は任意選択で、エーテル(−O−)結合、アリールアルケニルシクロアルキルシクロアルケニル又はアラルジル(araldyl)を含有する置換若しくは非置換アルキル(1〜20C)である)によって置換されている実施形態が含まれるが、これらに限定されない。ポリヌクレオチド中の全ての結合が同一である必要ない。ポリヌクレオチドは、直鎖若しくは環状であり得るか、又は直鎖と環状部分の組み合わせを含み得る。

0109

本明細書で使用する「ポリペプチド」は、アミノ酸で構成され、当業者がタンパク質として認める組成物を指す。アミノ酸残基の従来の1文字又は3文字コードを、本明細書で使用する。用語「ポリペプチド」及び「タンパク質」は、任意の長さのアミノ酸のポリマーを指すために、本明細書で互換的に使用される。ポリマーは、直鎖又は分枝鎖であってよく、改変アミノ酸を含んでよく、非アミノ酸によって中断されてよい。この用語はまた、自然に改変されるか、又は介入、例えば、ジスルフィド結合形成グリコシル化、脂質化、アセチル化、リン酸化、又は標識成分との結合などの任意の他の操作若しくは改変によって改変されたアミノ酸ポリマーを包含する。例えば、アミノ酸(例えば、非天然アミノ酸などを含む)の1以上の類似体、並びに当技術分野で知られている他の改変を含有するポリペプチドも定義内に含まれる。

0110

本明細書で使用する「ベクター」は、核酸を1以上の細胞型に導入するように設計されたポリヌクレオチド配列を指す。ベクターには、クローニングベクター発現ベクターシャトルベクター、プラスミド、ファージ粒子、及びカセットなどが含まれる。

0111

本明細書で使用する用語「発現」は、ポリペプチドが遺伝子の核酸配列に基づいて生成されるプロセスを指す。該プロセスは、転写翻訳の両方を含む。

0112

本明細書で使用する「発現ベクター」は、宿主内でコード配列の発現をもたらすことができる1以上の適切な制御配列(複数可)に作動可能に連結されたDNAコード配列(例えば、遺伝子配列)を含有するDNA構築物を指す。このような制御配列には、転写をもたらすプロモーター、かかる転写を制御するための任意のオペレーター配列、適切なmRNAリボソーム結合部位をコードする配列、及び転写及び翻訳の終結を制御する配列が含まれる。ベクターは、プラスミド、ファージ粒子、又は単に、潜在的なゲノム挿入物であり得る。適切な宿主内に形質転換されると、ベクターは、宿主ゲノムとは独立に複製及び機能することができるか、又は場合によって、ゲノムそれ自体に組み込むことができる。プラスミドは、発現ベクターの最も一般的に使用される形態である。しかしながら、本発明は、同等の機能を果たし、当技術分野で知られる、又は知られるようになる発現ベクターのかかる他の形態を含むことが意図される。

0113

「遺伝子」は、ポリペプチドの生成に関与し、コード配列の前後の領域及び個々のコード配列(エキソン)間の介在配列イントロン)を含むDNAセグメントを指す。

0114

本明細書で使用する用語「宿主細胞」は、ポリペプチドの生成用の組換え発現ベクターがポリペプチドの発現のためにトランスフェクトされ得る細胞又は細胞株を指す。宿主細胞には、単一宿主細胞の子孫が含まれ、該子孫は、天然、偶発的、又は意図的な変異により、必ずしも元の親細胞と(形態又は全ゲノムDNA相補体において)完全に同一である必要はない。宿主細胞には、インビボで、発現ベクターでトランスフェクト又は形質転換される細胞が含まれる。

0115

用語「組換え体」は、改変ポリペプチドを生成するためのコード配列の変異、コード配列の別の遺伝子のコード配列への融合、異なるプロモーターの制御下への遺伝子の配置、異種生物内での遺伝子発現、減少した又は増加したレベルでの遺伝子発現、並びに天然発現プロファイルとは異なる方法での条件付き又は構成的な遺伝子発現などによって、その配列又は発現特性を変えるように改変された遺伝物質(すなわち、核酸、核酸がコードするポリペプチド、並びにかかるポリヌクレオチドを含むベクター及び細胞)を指す。一般的に、それに基づく組換え核酸、ポリペプチド、及び細胞は、天然に見出される関連する核酸、ポリペプチド、及び細胞と同一ではないようにヒトによって操作されている。

0116

用語「由来する」は、用語「から派生する」、「から得られる」、「から得ることができる」、「から単離された」、及び「から作られた」を包含し、一般に、1つの特定の材料は、別の特定の材料から派生するか、又は別の特定の材料を参照して説明され得る特徴を有する。

0117

用語「培養」は、液体培地又は固体培地中での成長のための適切な条件下での細胞集団、例えば、微生物細胞の成長を指す。

0118

核酸配列を細胞に挿入する文脈での用語「導入」は、「トランスフェクション」、「形質転換」又は「形質導入」を含み、核酸配列が、細胞のゲノム(例えば、染色体、プラスミド、プラスチド、又はミトコンドリアDNA)に組み込まれるか、自己複製レプリコンに変換されるか、又は一過的に発現され得る核酸配列の真核細胞又は原核細胞への組み込みを指す。

0119

本明細書で使用する用語「形質転換」、「安定な形質転換」、及び「トランスジェニック」は、ゲノムに、又は複数世代を経て維持されるエピソームプラスミドとして組み込まれた非天然(例えば、異種若しくは外来)核酸配列を有する細胞を指す。

0120

本明細書で使用する用語「回収」、「単離」、「精製」、及び「分離」は、自然界で関連する少なくとも1つの成分から除去される物質(例えば、タンパク質、核酸、又は細胞)を指す。例えば、これらの用語は、例えば、無傷の生物系などの非変性状態に見出されるように、通常、それに伴う成分を実質的に又は本質的に含まない物質を指し得る。

0121

本明細書で使用する「野生型」、「未変性の」及び「天然の」タンパク質は、自然界に見出されるタンパク質である。用語「野生型配列」は、自然界に見出されるか、若しくは天然のアミノ酸配列又は核酸配列を指す。いくつかの実施形態において、野生型配列は、タンパク質工学プロジェクト、例えば、様々なタンパク質の生成の出発点である。微生物に関連する「野生型」は、天然に存在する微生物を指す。

0122

「化学合成独立栄養」は、化学電子受容体による化学電子供与体の酸化によってエネルギーを獲得し、生活及び成長するために微生物によって必要とされる全ての有機化合物を二酸化炭素から合成する生物を指す。

0123

「無機独立栄養」は、生物が、エネルギー源として無機化学電子受容体による無機化学電子供与体の酸化を利用する特定の種類の化学合成独立栄養生物を指す。

0124

用語「knallgas」は、分子水素及び酸素ガスの混合物を指す。「knallgas微生物」は、アデノシン−5’−3リン酸ATP)などの細胞内エネルギーキャリアーの作製のために呼吸で電子供与体として水素を、電子受容体として酸素を使用することができる微生物である。用語「酸水素」及び「酸水素微生物」は、それぞれ「knallgas」及び「knallgas微生物」と同義で使用され得る。knallgas微生物は、一般に、ヒドロゲナーゼによって分子水素を使用し、H2から供与される電子の一部はNAD+の還元(及び/又は他の細胞内還元等価物)のために利用され、H2からの電子の一部は好気性呼吸のために使用される。knallgas微生物は、一般に、カルビン回路又は逆クエン酸回路を含むが、これらに限定されない経路によって独立栄養的にCO2を固定する[「好熱性細菌(Thermophilic bacteria)」,Jakob Kristjansson、第5章、第III節、CRCPress,(1992)]。

0125

「従属栄養」は、生活及び成長するために生物によって必要とされる全ての有機化合物を二酸化炭素から合成することができず、成長のために有機化合物を利用しなければならない生物を指す。

0126

水素酸化細菌(Hydrogen−oxidizer)」は、細胞内還元等価物の生成のため及び/又は呼吸において電子供与体として還元H2を利用する微生物を指す。

0127

アセトゲン」は、嫌気性呼吸の生成物として酢酸及び/又は最大C4鎖長の他の短鎖有機酸を作る微生物を指す。

0128

メタン生成菌」は、嫌気性呼吸の生成物としてメタンを作る微生物を指す。

0129

メチロトローフ」は、成長のための炭素源として及び/又は電子供与体として、限定されないがメタノール又はメタンなどの還元された1炭素化合物を使用することができる微生物を指す。

0130

極限環境微生物」は、典型的には、ほとんどの生命体によって許容される大地又は海洋の表面上の条件と比較して、物理的又は地球化学的極限条件(例えば、高い若しくは低い温度、pH、又は高塩分)で育つ微生物を指す。

0131

好熱菌」は、生活のために、45〜122℃の比較的高い温度で育つ極限環境微生物の1種を指す。

0132

超好熱菌」は、生活のために、60℃(140°F)以上の極端に暑い環境で育つ極限環境微生物の1種を指す。

0133

好酸球」は、高い産生条件下で(通常、pH2.0以下で)育つ極限環境微生物の1種を指す。

0134

好塩菌」は、非常に高い塩濃度を有する環境で育つ極限環境微生物の1種を指す。

0135

好冷菌」は、10℃以下に及ぶ冷たい温度で成長及び繁殖できる極限環境微生物の1種を指す。

0136

「プロデューサーガス」は、様々な割合のH2、CO、及びCO2を含有し、典型的には、標準条件下で単位体積あたり天然ガスの1/2〜1/10の範囲の発熱量を有するガスの混合物を指す。プロデューサーガスは、ガス化、蒸気改質、又は炭素系原料の自己改質を含む様々な原料から、様々な方法で作ることができる。H2、CO、及びCO2に加えて、プロデューサーガスは、作製プロセス及び原料に依存して、メタン、硫化水素、凝縮性ガスタール、及び灰を含むが、これらに限定されない他の構成物を含有することができる。混合物中のN2の割合は、空気がリアクター中の酸化剤として使用されるか否か、かつ反応のための熱が直接燃焼によって、又は間接熱交換によって提供されるかに依存して、高いか又は低くなり得る。

0137

「シンガス」又は「合成ガス」は、プロデューサーガスのように、H2及びCOを含有するが、限定されないが、メタノール又はフィッシャー・トロプシュディーゼルなどの特定の種類の化学生成物の合成のためにH2及びCOの含有量並びに比、並びに不純物のレベルの点からより具体的に目的に合わせられたガス混合物の1種を指す。

0138

「炭素源」は、微生物が有機生合成に必要な炭素を得る分子の種類を指す。

0139

「エネルギー源」は、好気性呼吸で酸素によって酸化される電子供与体又は嫌気性呼吸で酸化される電子供与体と還元される電子受容体の組み合わせのいずれかを指す。

0140

二相性成長環境」は、2つの混ざらない液体相を含有する成長環境を指す。

0141

用語「ガス化」は、炭素系材料を、合成ガス、シンガス又はプロデューサーガスと呼ばれる、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むガスの混合物に変換する一般的に高い温度のプロセスを指す。このプロセスは、一般に、不十分な酸素が炭素系材料の完全燃焼のために存在するように酸素及び/又は蒸気の添加を制御しながら、部分燃焼及び/又は外部で作られる熱の適用を伴う。

0142

用語「疎水性」は、水への溶解度が低く、水相よりも疎水相への溶解度が高い物質を指す。

0143

用語「微生物(microorganism)」及び「微生物(microbe)」は、細菌、真菌、及び藻類微生物を含むが、これらに限定されない微視的な単一細胞生命体を意味する。

0144

用語「分子」は、1以上の原子を含む明確な又は区別可能構造単位を意味し、例えば、炭水化物、脂質、ポリペプチド、及びポリヌクレオチドを含む。

0145

用語「油性」は、油に富むか、又は多量に油を生成するものを指す。

0146

用語「有機化合物」は、無機とみなされるもの以外の以下のもの:炭化物、炭酸塩、炭素の単純酸化物、シアン化物、及びダイアモンド及びグラファイトなどの純粋な炭素の同素体を有する炭素原子を含有するガス状、液体、又は固体化合物を指す。

0147

用語「に対する前駆体」又は「の前駆体」は、完成した生成物の成分の1以上の生成に向かう中間体である。

0148

用語「生成」は、細胞内と細胞外の両方での化合物の生成を含み、細胞からの化合物の分泌を含むことになる。

0149

特に本明細書で定義されない限り、本開示と関連して使用される科学用語及び技術用語は、当業者に一般に理解される意味を有する。さらに、特に文脈によって必要とされない限り、単数用語は複数を含み、複数用語は単数を含む。本開示の方法及び技術は、一般に、当技術分野で周知の従来の方法に従って実行される。一般に、本明細書に記載の生化学、酵素学、分子細胞生物学、微生物学、遺伝学並びにタンパク質及び核酸の化学並びにハイブリダイゼーションと関連して使用される命名法、及びそれらの技術は、当技術分野で周知の及び当技術分野で一般に使用されるものである。本開示の方法及び技術は、特に示されない限り、一般的に当技術分野で周知の従来の方法に従い、かつ本明細書全体で引用及び議論される様々な一般的で、より具体的な参考文献に記載されているように実行される。

0150

ガス状エネルギー及び炭素基質からのアミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素の生成
いくつかの実施形態において、H2及び/又はCO及び/又はCO2及び/又はCH4を含有するプロデューサーガス又はガス混合物を、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素に変換できる天然又は操作された微生物が提供される。いくつかの実施形態において、H2及び/又はCO及び/又はCO2及び/又はCH4を含有するプロデューサーガス又はガス混合物をビタミンに変換できる天然又は操作された微生物が提供される。ある実施形態において、ビタミンは、以下のもの:ビタミンB1、B2、及び/又はB12の1以上を含むが、これらに限定されないビタミンBである。

0151

本発明の主題は、いくつかの実施形態において、シンガス、及び/又はH2及びCO2、及び/又はCO、及び/又はCH4、及び/又は他の排ガスで成長でき、アミノ酸、タンパク質、及び他の生物学的栄養素を成長基質として前述のガスを用いて生成できる天然微生物を含む。本発明の主題は、いくつかの実施形態において、シンガス、及び/又はH2及びCO2、及び/又はCO、及び/又はCH4、及び/又は他の排ガスで成長でき、ビタミンB1、ビタミンB2、及び/又はビタミンB12及び/又は他のビタミンを生成できる天然微生物を含む。

0152

いくつかの実施形態において、本発明は、バイオリアクター及び液体中で、炭素含有ガスと、シンガス、プロデューサーガス、CO2、一酸化炭素及び/若しくは水素ガスを含有する一酸化炭素の混合物;並びに/又はメタノール若しくはメタンを含むが、これらに限定されないガス状若しくは液体のC1化合物などの炭素含有ガスを、アミノ酸、タンパク質、及び/若しくはビタミンを含むが、これに限定されない他の生物学的栄養素に変換できる天然又は操作された微生物株とを組み合わせることによって、アミノ酸、タンパク質、及びビタミンを含むが、これに限定されない他の生物学的栄養素を生成する方法を提供する。

0153

該プロセスのいくつかの実施形態において使用されるプロデューサーガスは、廃棄原料及び/又はバイオマス残渣原料のガス化、又は産業プロセスからの排ガス、又は天然ガス、バイオガス、埋立地ガス、座礁した船の天然ガス及び/又は広がった天然ガスを含むが、これらに限定されないメタン含有ガスの改質を含む供給源から生じ得る。いくつかの実施形態において、メタンは、本明細書に記載の操作された若しくは天然の微生物及び方法を用いて、アミノ酸、タンパク質、及び/又はビタミンを含むが、これに限定されない他の生物学的栄養素に変換され得る。本発明のいくつかの実施形態において、本発明は、天然ガス価格が最低であり、米国、中東西フリカ、及びロシアなどの遠隔で、特に、座礁した船の及び/又は広がった天然ガスが生じることが知られている地域においてアミノ酸及び/又はタンパク質及び/又はビタミンの生成に利用される。

0154

いくつかの実施形態において、本発明の主題は、1以上の外来遺伝子を有する操作された微生物を含む。

0155

化学合成独立栄養生物は、光合成を実行する微生物中のように光からの放射エネルギーよりむしろ、反応を促進する無機化学物質に貯蔵された潜在エネルギーを用いて、CO2、及び/又は無機炭素の他の形態を有機化合物に固定する化学合成反応を実行することができる[Shivelyら(1998)上記;Smithら(1967)上記;Scott及びCavanaugh(2007)上記]。化学合成独立栄養生物に生じる炭素固定生化学経路には、還元的トリカルボン酸回路、カルビン−ベンソン−バッハム回路[Shivelyら、(1998)上記]、及びウッド・ユングダール経路[Ljungdahl (1986)上記;Leeら(2008)上記;Fischerら(2008)上記]が含まれる。

0156

本発明のある限定されない実施形態は、野生型又は遺伝子改変された微生物及びかかる微生物を含む組成物に関し、該微生物はゼロ又は1以上の外来遺伝子を含み、該微生物は、炭素含有ガスで成長するか、又はシンガス、CO2、H2、CO、CH4、又はシンガス、CO2、H2、CO、若しくはCH4から選択される1以上のガスを含むガスの混合物から選択されるガス状原料を利用する。

0157

いくつかの実施形態において、本発明の主題の微生物は、ラルストニア微生物から選択される。いくつかの実施形態において、該微生物は、ラルストニア・ユートロファである。いくつかの実施形態において、該微生物は、カプリアビダス微生物から選択される。いくつかの実施形態において、該微生物は、カプリアビダス・ネカトールである。いくつかの実施形態において、該微生物は、カプリアビダス・ネカトールDSM531又はDSM541である。いくつかの実施形態において、該微生物は、水素細菌属から選択される。いくつかの実施形態において、該微生物は、好熱性水素細菌(Hydrogenobacter thermophilus)である。いくつかの実施形態において、該微生物は、逆クエン酸回路又は逆クレブス回路としても知られる逆トリカルボン酸サイクル(rTCA)を含有する[例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるMiura,A.,Kameya,M.,Arai,H.,Ishii,M.&Igarashi,Y.(好熱性水素細菌TK−6の還元的トリカルボン酸回路における可溶性NADH依存性フマル酸還元酵素(A soluble NADH−dependent fumarate reductase in the reductive tricarboxylic acid cycle of Hydrogenobacter thermophilus TK−6)J Bacteriol 190:7170−7177,doi:JB.00747−08[pii]10.1128/JB.00747−08(2008);Shivelyら(1998)上記を参照されたい)。

0158

いくつかの実施形態において、該微生物は、ロドコッカス・オパカス又はロドコッカス・ジョスティイ又はロドコッカス種である。いくつかの非限定的な実施形態において、該微生物は、ロドコッカス・オパカスDSM43205及び/又はロドコッカス種DSM 3346である。いくつかの実施形態において、天然株又は改変株には、ロドコッカス属又はゴルドニア属、ラルストニア属又はカプリアビダス属を含むが、これらに限定されない水素利用微生物が含まれるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、該組成物は、自然界でH2/CO2及び/又はシンガスで成長することができ、自然界で細胞バイオマスの50重量%以上まで脂質を蓄積できる微生物を含む。いくつかの実施形態において、該微生物は、高濃度の炭素を脂肪酸生合成経路に送り込む天然の能力を有する。いくつかの実施形態において、これらの特色を示す微生物は、ロドコッカス・オパカス(DSM 43205又はDSM 43206又はDSM 44193)である。

0159

本発明は、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含む放線菌類の細胞及び細胞を含む組成物に関する。本発明はまた、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含むノカルジア科の細胞及び細胞を含む組成物に関する。本発明はまた、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含むコリネバクテリウム、ゴルドニア、ロドコッカス、マイコバクテリウム及びツカムレラの細胞及び細胞を含む組成物に関する。いくつかの実施形態において、本発明は、マイコバクテリウム属の細胞ではない、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含むノカルジア科の細胞に関する。いくつかの実施形態において、本発明は、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含むロドコッカス属の細胞及び細胞を含む組成物を提供し、いくつかの実施形態において、該細胞は、ロドコッカス種、ロドコッカス・オパカス、ロドコッカス・アエセリボランス(Rhodococcus aetherivorans);ロドコッカス・アウラティアクス(Rhodococcus aurantiacus);ロドコッカス・バイコヌレンシス(Rhodococcus baikonurensis);ロドコッカス・ボリトレランス(Rhodococcus boritolerans);ロドコッカス・エクイ(Rhodococcus equi);ロドコッカス・コプロフィルス(Rhodococcus coprophilus);ロドコッカス・コリネバクテリオイデス(Rhodococcus corynebacterioides);ノカルジア・コリネバクテリオイデス(Nocardia corynebacterioides)(異名:ノカルジア・コリネバクテリオイデス(Nocardia corynebacterioides));ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis);ロドコッカス・ファスシアンス(Rhodococcus fascians);ロドコッカス・グロベルルス(Rhodococcus globerulus);ロドコッカス・ゴルドニアエ(Rhodococcus gordoniae);ロドコッカス・ジョスティイ;ロドコッカス・コレエンシス(Rhodococcus koreensis);ロドコッカス・クランシャネンシス(Rhodococcus kranshanensis);ロドコッカス・マリノナセンス(Rhodococcus marinonascens);ロドコッカス・オパクス;ロドコッカス・ペルコラツス(Rhodococcus percolatus);ロドコッカス・フェノリクス(Rhodococcus phenolicus);ロドコッカス・ポリボルム(Rhodococcus polyvorum);ロドコッカス・ピリジニボランス(Rhodococcus pyridinivorans);ロドコッカス・ロドコロウス(Rhodococcus rhodochrous);ロドコッカス・ロドニイ(Rhodococcus rhodnii);(異名:ノカルジア・ロドニイ(Nocardia rhodnii));ロドコッカス・ルーバー(Rhodococcus ruber)(異名:ストレプトスリックス・ルブラ(Streptothrix rubra));Rhodococcus 種.RHA1;ロドコッカス・トリアトマエ(Rhodococcus triatomae);ロドコッカス・ツキサムエンシス(Rhodococcus tukisamuensis);ロドコッカス・ラティスラビエンシス(Rhodococcus wratislaviensis)(異名:ツカムレラ・ラティスラビエンシス(Tsukamurella wratislaviensis));ロドコッカス・ユンナネンシス(Rhodococcus yunnanensis);又はロドコッカス・ゾフィー(Rhodococcus zopfii)の株である。いくつかの実施形態において、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含む細胞は、以下のもの:ロドコッカス・オパクスDSM番号43205又は43206;ロドコッカス・種 DSM番号3346のうちの1以上である。いくつかの実施形態において、本発明は、ロドコッカス細胞又はロドコッカス細胞を含む組成物に関し、該細胞は、ロドコッカス・エクイ又はロドコッカス・ファスシアンスから選択される種ではない。

0160

いくつかの実施形態において、該微生物は、コリネバクテリウム亜目又はバークホルデリア科由来である。いくつかの実施形態において、該細胞又は1以上の細胞を含む組成物は、大腸菌ではない。いくつかの実施形態において、本発明の細胞は、動物又は植物に病原性ではない。いくつかの実施形態において、本発明の細胞は、ヒトに対して病原性ではない。いくつかの実施形態において、該細胞又は1以上の細胞を含む組成物は、ラルストニア属由来である。いくつかの実施形態において、該細胞又は1以上の細胞を含む組成物は、ラルストニア・ユートロファ又はカプリアビダス・ネカトール又はカプリアビダス・メタッリデュランス(Cupriavidus metallidurans)由来である。いくつかの実施形態において、ゼロ又は1以上の外来遺伝子を含む細胞は、カプリアビダス・ネカトールDSM番号531又は541の株である。

0161

いくつかの実施形態において、本発明の微生物は、全細胞質量の60%超及び/又は70%超及び/又は80%超までタンパク質を蓄積することができる。いくつかの非限定的実施形態において、該微生物は、カプリアビダス・ネカトールDSM番号531又は541である。

0162

いくつかの実施形態において、該組成物は、自然界でH2/CO2及び/又はシンガスで成長することができる微生物を含み、該微生物は、細胞バイオマスの50重量%又はそれ以上までポリヒドロキシブチレートPHB)又はポリヒドロキシアルカノエートPHA)を自然界で蓄積することができる。いくつかの実施形態において、該微生物は、高濃度の炭素に指示して、アセチルCoA代謝中間体を経て、PHA及びPHB合成を含むいくつかの他の合成経路と共に脂肪酸生合成、並びにアミノ酸へと導くことができる天然の能力を有する。いくつかの実施形態において、これらの特徴を示す微生物は、カプリアビダス・ネカトール(DSM531又はDSM 541)である。

0163

いくつかの実施形態において、天然又は遺伝子改変株には、コリネバクテリウム・オートトロフィカム(Corynebacterium autotrophicum)が含まれるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、天然又は遺伝子改変株には、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)が含まれるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、該微生物は、ヒドロゲノビブリオ・マリナス(Hydrogenovibrio marinus)である。いくつかの実施形態において、該微生物は、ロドシュードモナス・カプシュラータ、ロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris)、又はロドバクター・スフェロイデス(Rhodobacter shaeroides)である。

0164

いくつかの実施形態において、該微生物は、酸水素株又はknallgas株である。いくつかの実施形態において、該微生物は、以下のknallgas微生物:アクイフェックス・フィフィルス(Aquifex pyrophilus)、アクイフェックス・エオリカス(Aquifex aeolicus)、又は他のアクイフェックス種;カプリアビダス・ネカトール、カプリアビダス・メタッリデュランス、又は他のカプリアビダス種;コリネバクテリウム・オートトロフィカム又は他のコリネバクテリウム種;ゴルドニア・デスルフリカンス(Gordonia desulfuricans)、ゴルドニア・ポリイソプレニボランス(Gordonia polyisoprenivorans)、ゴルドニア・ルブリペルティンクタ(Gordonia rubripertincta、ゴルドニア・ヒドロフォビカ(Gordonia hydrophobica)、ゴルドニア・ウェストファリカ(Gordonia westfalica)、及び他のゴルドニア種;ノカルジア・オートトロフィカ(Nocardia autotrophica)、ノカルジア・オパカ(Nocardia opaca)、及び他のノカルジア種;ロドバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ロドシュードモナス・カプシュラータ、ロドシュードモナス・ビリディス(Rhodopseudomonas viridis)、ロドシュードモナス・スルホビリディス(Rhodopseudomonas sulfoviridis)、ロドシュードモナス・ブラスティカ(Rhodopseudomonas blastica)、ロドシュードモナス・スフェロイデス(Rhodopseudomonas spheroides)、シュードモナス・アシドフィラ(Rhodopseudomonas acidophila)及び他のロドシュードモナス種及びロドバクター種を含むが、これらに限定されない紫色の非硫黄光合成細菌;ロドスピリラムラブラム(Rhodospirillum rubrum)、及び他のロドスピリラム種;ロドコッカス・オパクス及び他のロドコッカス種;リゾビウムジャポニカム(Rhizobium japonicum)及び他のリゾビウム種;チオカプサ・ロゼオペルシシナ(Thiocapsa roseopersicina)及び他のチオカプサ種;シュードモナス・ファシリス(Pseudomonas facilis)、シュードモナス・フラバ(Pseudomonas flava)、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・ヒドロゲノボラ(Pseudomonas hydrogenovora)、シュードモナス・ヒドロゲノテルモフィラ(Pseudomonas hydrogenothermophila)、シュードモナス・パレロニ(Pseudomonas palleronii)、シュードモナス・シュードフラバ(Pseudomonas pseudoflava)、シュードモナス・サッカロフィラ(Pseudomonas saccharophila)、シュードモナス・テルモフィレ(Pseudomonas thermophile)、及び他のシュードモナス種;ヒドロゲノモナスパントトロファ(Hydrogenomonas pantotropha)、ヒドロゲノモナス・ユートロファ(Hydrogenomonas eutropha)、ヒドロゲノモナス・ファシリス(Hydrogenomonas facilis)、及び他のヒドロゲノモナス種;ヒドロゲノバクター・サーモフィラス(Hydrogenobacter thermophiles)、ヒドロゲノバクター・ハロフィルス(Hydrogenobacter halophilus)、ヒドロゲノバクター・ヒドロゲノフィルス(Hydrogenobacter hydrogenophilus)、及び他のヒドロゲノバクター種;Hydrogenophilus islandicus及び他のヒドロゲノフィルス種;ヒドロゲノビブリオ・マリナス(Hydrogenovibrio marinus)及び他のヒドロゲノビブリオ種;Hydrogenothermus marinus及び他のヒドロゲノサーマス種;ヘリコバクターピロリ及び他のヘリコバクター種;キサントバクター・オートトロフィカス(Xanthobacter autotrophicus)、キサントバクター・フラバス(Xanthobacter flavus)及び他のキサントバクター種;ヒドロゲノファーガ・フラバ(Hydrogenophaga flava)、ヒドロゲノファーガ・パレロニ(Hydrogenophaga palleronii)、ヒドロゲノファーガ・シュードフラバ(hydrogenophaga pseudoflava)及び他のヒドロゲノファーガ種;ブラディリゾビウム・ジャポニクム(Bradyrhizobium japonicum)及び他のブラディリゾビウム種;ラストニア・ユートロファ及び他のラストニア種;アルカリジェネス・ユートロファ(Alcaligenes eutrophus)、アルカリジェネス・ファシリス(Alcaligenes facilis)、アルカリジェネス・ヒドロゲノフィルス(Alcaligenes hydrogenophilus)、アルカリジェネス・ラツス(Alcaligenes latus)、アルカリジェネス・パラドクサス(Alcaligenes paradoxus)、アルカリジェネス・ルーランディィ(Alcaligenes ruhlandii)及び他のアルリジェネス種;アミコラータ種;アクアスピリルム・オートトロフィカム(Aquaspirillum autotrophicum)及び他のアクアスピリルム種;アルスロバクター株11/X、アルスロバクター・メチロトロフス(Arthrobacter methylotrophus)、及び他のアルスロバクター種;アゾスピリルムリポフェルム及び他のアゾスピリルム種;バリオボラックスパラドクス(Variovorax paradoxus)、及び他のバリオボラックス種;アシドボラックス・ファシリス(Acidovorax facilis)、及び他のアシドボラックス種;バチルス・シュレゲリイ(Bacillus schlegelii)、バチルス・トゥシアエ(Bacillus tusciae)、及び他のバチルス種;Calderobacterium hydrogenophilum及び他のカルロバクテリウム種;Derxia gummosa及び他のデルキシア種;フラボバクテリウム・オートテルモフィルム(Flavobacterium autothermophilum)及び他のフラボバクテリウム種ミクロシクラス・アクアティカス(Microcyclus aquaticus及び他のミクロシクラス種;マイコバクテリウム・ゴルドナエ(Mycobacterium gordoniae)及び他のマイコバクテリウム種;パラコッカスデニトリフィカンス(Paracoccus denitrificans)及び他のパラコッカス種;パーセフォネラ・マリナ(Persephonella marina)、パーセフォネラ・グアイセンシス(Persephonella guaymasensis)及び他のパーセフォネラ種;レノバクター・バキュオツム(Renobacter vacuolatum及び他のレノバクター種;ストレプトマイセス・セリコフラバス(Streptomycetes coelicoflavus)、ストレプトマイセス・グリセウス(Streptomycetes griseus)、ストレプトマイセス・キサントクロモゲネス(Streptomycetes xanthochromogenes)、ストレプトマイセス・サーモカルボキシダス(Streptomycetes thermocarboxydus)、及び他のストレプトマイセス種;サーモクリニス・ルーバー及び他のサーモクリニス種;ウォルテルシア種;アナベナオスシラリオイデス(Anabaena oscillarioides)、アナベナ・スピロイデス(Anabaena spiroides)、アナベナ・シリンドリカ(Anabaena cylindrica)、及び他のアナベナ種、並びにアルスロスピラプラテンシス(Arthrospira platensis)、アルスロスピラ・マキシマ(Arthrospira maxima)及び他のアルスロスピラ種を含むが、これらに限定されないシアノバクテリア;セネデスムス・オブリクース(Scenedesmus obliquus)及び他のセネデスムス種、コナミドリムシ(Chlamydomonas reinhardii)及び他のクラミドモナス種、アンキストロデスムス種、ラフィジウム・ポリモルフィウム(Rhaphidium polymorphium)及び他のラフィジウム種を含むが、これらに限定されない緑藻;並びに酸水素微生物を含む微生物の共同体のうちの1以上を含む。

0165

いくつかの非限定的な実施形態において、本発明は、メタン又は酢酸若しくは酪酸などの単鎖有機酸が共に生成されることなく、酸水素反応を含むが、これに限定されない無機電子供与体及び電子受容体を使用するATPの生成のためのエネルギー保存反応によって、ATPを消費する生合成反応及び細胞維持を支持するためにATPを生成する化学合成独立栄養代謝を含む組成物及びそれを用いる方法に関する。

0166

電子供与体及び/又は炭素源として一酸化炭素で成長できるいくつかの異なる微生物(すなわち、カルボキシド栄養性微生物)が特徴づけられている。場合によって、カルボキシド栄養性微生物はまた、電子受容体としてH2を使用し、かつ/又は混合栄養で成長することができる。場合によって、カルボキシド栄養性微生物は、通性化学合成無機独立栄養生物である(参照によりその全体が本明細書に組み込まれるBiology of the Prokaryotes,J Lengeler編集、G.Drews,H.Schlegel,John Wiley & Sons,Jul 10,2009)。いくつかの実施形態において、該微生物は、以下のカルボキシド栄養性微生物:アシネバクター種;アルカリジェネス・カルボキシダス(Alcaligenes carboxydus)及び他のアルカリジェネス種;アルスロバクター種;アゾモナス種;アゾトバクター種;バチルス・シュレゲリイ及び他のバチルス種;ヒドロゲノファーガ・シュードフラバ及び他のヒドロゲノファーガ種;シュードモナス・カルボキシドヒドロゲナ(Pseudomonas carboxydohydrogena)、シュードモナス・カルボキシドボランス(Pseudomonas carboxydovorans)、シュードモナス・コンプランソリス(Pseudomonas compransoris)、シュードモナス・ガゾトロファ(Pseudomonas gazotropha)、シュードモナス・サーモカルボキシドボランス(Pseudomonas thermocarboxydovorans)及び他のシュードモナス種;リゾビウム・ジャポニクム及び他のリゾビウム種;ストレプトマイセスG26ストレプトマイセス・サーモオートトロフィカス(Streptomyces thermoautotrophicus)及び他のストレプトマイセス種のうちの1以上を含む。本発明のある実施形態において、カルボキシド栄養性微生物が使用される。ある実施形態において、化学合成無機独立栄養ができるカルボキシド栄養性微生物が使用される。ある実施形態において、呼吸及び/又は生合成において電子受容体としてH2を使用することができるカルボキシド栄養性微生物が使用される。

0167

いくつかの実施形態において、該微生物は、以下のもの:アセトアナエロビウム種;アセトバクテリウム種;アセトゲニウム種;アクロモバクター種;アシディアヌス種;アシネトバクター種;アクチノマデュラ種;アエロモナス種;アルカリジェネス種;アルカリケネス(Alcaliqenes)種;アクアスピリルム種;アルコバクター種;アウレオバクテリウム種;バチルス種;ベギアトア種;ブチリバクテリウム種;カルボキシドサーマス種;クロストリジウム種;コマモナス種;デハロバクター種;デハロコッコイデス(Dehalococcoide)種;デハロスピリルム種;デスルホバクテリウム種;デスルホモニル(Desulfomonile)種;デスルホトマクルム種;デスルホビブリオ種;デスルフォサルシナ種;エクトチオロドスオピラ種;エンテロバクター種ユーバクテリウム種;フェロプラズマ種;ハロチオバチルス種;ヒドロゲノバクター種;ヒドロゲノモナス種;レプスピリウム種;メタッロスパエラ種;メタノバクテリウム種;メタノブレビバクター種;メタノコッカス種;メタノココイデス(Methanococcoides)種;メタノゲニウム種;メタノロブス種;メタノミクロビウム種;メタノプラヌス種;メタノサルシナ種;メタノスピリルム種;メタノサームス種;メタノスリックス(Methanothrix)種;ミクロコッカス種;ニトロバクター種;ニトロバクテラセエ種;ニトロコッカス種;ニトロソコックス種;ニトロスピナ種;ニトロスピラ種;ニトロソロブス種;ニトロソモナス種;ニトロソスピラ種;ニトロソビブリオ種;ニトロスピナ種;オレオモナス種;パラコッカス種;ペプトストレプトコッカス種プランクトミセス種;シュードモナス種;ラルストニア種;ロドバクター種;ロドコッカス種;ロドシクルス種;ロドミクロビウム種;ロドシュードモナス種;ロドスピリルム種;シェワネラ種;シデロコッカス種;ストレプトミセス種;スルホバチルス種;スルホロブス種;サーモスリックス種;チオバチルス種;チオミクロスピラ種;チオプロカ種;チオスフェラ種;チオスリックス種;チオブルム種;硫黄酸化細菌;水素酸化細菌;鉄酸化細菌;アセトゲン;及びメタノゲン;化学合成独立栄養生物を含む微生物のコンソーシアム熱水噴出孔、地熱噴出孔温泉、冷たい湧水地下帯水層、塩、塩分形成、鉱山酸性雨排水、鉱山掘削油井精製所排水、炭層、深い地下表面のうちの少なくとも1つに対して天然の化学合成独立栄養素;排水及び下水処理場;地熱発現所、スルファタラ(sulfatara)フィールド、及び土壌;並びに好熱菌、超好熱菌、好酸性物質、好塩素酸塩、及び好冷性細菌のうちの1以上から選択される極限細菌のうちの1以上を含む偏性及び/又は通性化学合成独立栄養微生物を含む。

0168

このような生物には、温度、放射線、圧力、重力真空、乾燥、塩分、pH、酸素張力、及び化学物質などの様々な環境パラメーターで極限に耐えることができる極限微生物も含まれるが、これらに限定されない。それらには、ピロロブス・フマリイ(Pyrolobus fumarii)などの超好熱菌;シネココッカス・リビダス(Synechococcus lividisなどの好熱菌;中好中球、及びサイクロバクターなどの好冷菌が含まれる。サーモプロテウス種ピロディクティウム種、スルホロブス種、アシディアヌス種などの非常に好熱性の硫黄代謝菌。放射線耐性生物には、デイノコッカスラディオデュランス(Deinococcus radiodurans)が含まれる。圧力耐性生物には、ピエゾフィル(piezophile)又は高圧菌が含まれる。乾燥耐性及び無水生物には、好乾性の微生物及び真菌が含まれる。塩分耐性生物には、ハロバクテリウム及びデュナリエラサリナ(Dunaliella salina)などの好塩性菌が含まれる。pH耐性生物には、ナトロノバクテリウム、バチルス・フィルムスOF4、スピルリナ菌種などの好アルカリ菌、及びシアニジウム・カルダリウム(Cyanidium caldarium)、フェロプラズマ種などの好酸菌が含まれる。純粋なCO2に耐性であるガス耐性生物にはシアニジウム・カルダリウムが含まれ、金属耐性生物には、フェロプラズマ・アシダルマヌス(Ferroplasma acidarmanus)、ラルストニア種などの金属耐性菌が含まれる。

0169

いくつかの実施形態において、本発明はさらに組成物を提供し、該微生物は、水素酸化化学合成独立栄養生物及び/又はカルボキシドトローフ及び/又はメチルトローフ及び/又はメタノトローフである。いくつかの実施形態において、本発明はさらに組成物を提供し、該微生物は、唯一の電子供与体としてのシンガス及び/若しくはプロデューサーガス及び/若しくは熱分解ガス、並びに/又は還元水素原子の供給源、及び/若しくは炭素源で成長することができる。いくつかの実施形態において、本発明はさらに組成物を提供し、該微生物は、唯一の電子供与体として未処理の粗グリセロール、並びに/又は還元水素原子の供給源、及び/若しくは炭素源で成長することができる。

0170

本発明のある実施形態において、使用される微生物は、天然に存在し、かつ/又は遺伝子改変されていない(非GMO)微生物であるか、かつ/又は非病原性であるか、かつ/又は周囲環境には存在しない、バイオプロセスによって提供される特定の環境条件に依存する。

0171

本発明のある実施形態は、水素及び/又はCO及び/又はシンガス及び/又はメタンのうちの1以上を含むが、これらに限定されない目的の電子供与体の存在、並びに酸素及び/又は硝酸塩及び/又は第2鉄及び/又はCO2のうちの1以上を含むが、これらに限定されない電子受容体の存在、並びに環境条件(例えば、温度、pH、圧力、DO、塩分、様々な不純物及び汚染物質などの存在)下での成長を経て、微生物学の分野で知られる方法を用いて環境試料から単離され、所望の微生物に富む微生物又は微生物のコンソーシアムを利用する。

0172

いくつかの実施形態において、本発明はさらに、生合成及び/又は呼吸で利用される電子供与体が、以下の還元剤:アンモニア;アンモニウム;一酸化炭素;亜ジチオン酸塩;元素硫黄;水素;メタ亜硫酸塩;一酸化窒素;亜硝酸塩;チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)又はチオ硫酸カルシウム(CaS2O3)を含むが、これらに限定されないチオ硫酸塩などの硫酸塩;硫化水素などの硫化物;亜硫酸塩;チオネート;チオナイトのうちの1以上を含むが、これらに限定されない方法を提供する。

0173

いくつかの実施形態において、該微生物はメタノトローフである。いくつかの実施形態において、該微生物はメチロコッカス属である。いくつかの実施形態において、該微生物は、メチロコッカス・カプスラタス(Methylococcus capsulatus)である。いくつかの実施形態において、該微生物はメチロトローフである。いくつかの実施形態において、該微生物はメチロバクテリウム属にある。いくつかの実施形態において、該微生物は、以下の種:メチロバクテリウム・ザトマニイ(Methylobacterium zatmanii)、メチロバクテリウム・エキストロクエンス(Methylobacterium extorquens)、メチロバクテリウム・クロロメタニカム(Methylobacterium chloromethanicum)のうちの1以上に由来する。

0174

いくつかの実施形態において、本発明の特許請求の範囲の微生物は、成長するため、かつ/又は以下のもの:アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又は他の栄養素のうちの1以上を合成するために光に依存しない。いくつかの実施形態において、本発明の特許請求の範囲の微生物は、成長するため、かつ/又は以下のもの:アミノ酸及び/又はタンパク質及び/又は他の栄養素のうちの1以上を合成するために、任意の種類の糖又は任意の他の種類の有機化合物又は任意の種類の固定炭素を必要としない。いくつかの実施形態において、本発明の特許請求の範囲の微生物は、通性微生物である。

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