Genetic engineering and strain optimization of Clostridium ljungdahlii for the production of biobutanol by syngas fermentation

合成气发酵生产生物丁醇的杨氏梭菌基因工程及菌株优化

基本信息

  • 批准号:
    274455180
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Fellowships
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2014-12-31 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Worldwide the energy demands are increasing and sources of fossil energy carriers are limited. Routes to produce renewable energy, transportation fuels and commodities have to be developed. The most prominent biofuel used today is ethanol produced from sugar cane, corn or wheat (1st generation fuel). Instead of using these food plants for the production of biofuels, lignocellulosic biomass is considered to play an important role in overcoming problems associated with 1st generation fuels such as land use conflicts. Furthermore, n-butanol as an alternative to ethanol offers advantages such as a higher energy density and better combustion properties. There are two platforms described for the production of 2nd generation biofuels from lignocellulose: the sugar and the synthesis gas (syngas) platform. In the sugar platform, lignocellulose is converted into sugars and lignin by extensive pretreatment with heat, chemicals, and enzymes, and the sugars are further fermented into bioalcohols. The syngas platform (thermochemical route) uses gasification or slow pyrolysis of the indigestive lignocellulosic biomass to produce syngas, a mixture of mainly carbon monoxide (CO), hydrogen (H2), carbon dioxide (CO2) and nitrogen (N2). The produced syngas can then be converted into medium to long chain alcohols in the thermo-chemical Fischer-Tropsch process. While in this process chemical catalysts are poisoned by impurities in the gas and the products are depending on the gas mixture composition, alternatively, carboxydotrophic bacteria can be used to specifically produce multicarbon compounds, such as acetate, ethanol, or n-butanol, in a process called syngas fermentation.Considerable progress is made in reactor design to use carboxidotrophic, homoacetogenic bacteria for the fermentation of syngas into bioalcohols and/ or acetate using the syngas platform. The production of n-butanol is still challenging. Another big challenge is the lack of sufficient genetic tools to optimize these organisms via genetic engineering.The proposed work aims to establish syngas fermentation to produce n-butanol as a 2nd generation biofuel and/ or platform chemical and optimize the process through: 1) optimization of the syngas fermenting organism Clostridium ljungdahlii by genetic engineering; and 2) the optimization of fermentation conditions such as co-feeding of syngas and the carboxylate substrate n-butyrate.
世界范围内的能源需求不断增加,而化石能源载体的来源有限。必须开发生产可再生能源、运输燃料和商品的路线。今天使用的最主要的生物燃料是从甘蔗、玉米或小麦中生产的乙醇(第一代燃料)。与使用这些食用植物生产生物燃料不同,木质纤维素生物质被认为在克服与第一代燃料相关的问题(如土地使用冲突)方面发挥重要作用。此外,正丁醇作为乙醇的替代品提供了诸如更高的能量密度和更好的燃烧性能的优点。有两个平台描述了从木质纤维素生产第二代生物燃料:糖和合成气(合成气)平台。在糖平台中,木质纤维素通过热、化学品和酶的广泛预处理转化为糖和木质素,并且糖进一步发酵成生物醇。合成气平台(热化学路线)使用未消化的木质纤维素生物质的气化或缓慢热解来产生合成气,主要是一氧化碳(CO)、氢气(H2)、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)的混合物。然后,所产生的合成气可以在热化学费-托工艺中转化为中长链醇。虽然在该方法中化学催化剂被气体中的杂质毒害并且产物取决于气体混合物组成,但是可替代地,一氧化碳营养细菌可以用于在称为合成气发酵的方法中特异性地生产多碳化合物,例如乙酸盐、乙醇或正丁醇。本发明还涉及用于使用合成气平台将合成气发酵成生物醇和/或乙酸盐的同型产乙酸细菌。正丁醇的生产仍然具有挑战性。另一个巨大的挑战是缺乏足够的遗传工具来通过基因工程优化这些生物。拟议的工作旨在建立合成气发酵生产正丁醇作为第二代生物燃料和/或平台化学品,并通过以下方式优化该过程:1)通过基因工程优化合成气发酵生物Clostridium ljungdahlii;和2)发酵条件的优化,例如合成气和羧酸盐底物正丁酸盐的共进料。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ethanol production in syngas-fermenting Clostridium ljungdahlii is controlled by thermodynamics rather than by enzyme expression
  • DOI:
    10.1039/c6ee01108j
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Richter, H.;Molitor, B.;Angenent, L. T.
  • 通讯作者:
    Angenent, L. T.
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