Producción de aceite en microorganismos.

Un método para producir combustible, que comprende:

(a) cultivar una población de microalgas heterotróficamente en presencia de una fuente de carbono fija,

en donde:

(i) las microalgas expresan una invertasa de sacarosa exógena;

(ii) las microalgas acumulan por lo menos un 10% de su peso celular seco como lípido; y

(iii) la fuente de carbono fija comprende sacarosa en forma de jugo de caña de azúcar, caña de azúcar, remolacha de azúcar, melazas u otras materias primas de alimentación que contienen sacarosa;

(b) aislar los componentes de lípido de las microalgas cultivadas; y

(c) someter los componentes de lípido aislados a una o más reacciones químicas para generar alcanos, mediante lo cual se produce combustible.

Producción de aceite en microorganismos.

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta solicitud reclama prioridad sobre las solicitudes de patente provisionales estadounidenses N.os 60/941, 581, presentada el 1 de junio de 2007; 60/959, 174, presentada el 10 de julio de 2007; 60/968, 291, presentada el 27 de agosto de 2007 y 61/024, 069, presentada el 28 de enero de 2008.

Campo de la invención La revelación se refiere a la producción de aceites, combustibles y productos oleoquímicos fabricados a partir de microorganismos. En particular, la revelación se refiere a microorganismos portadores de aceite, en los que se incluyen microalgas, levaduras y hongos y a métodos para cultivar tales microorganismos para la producción de compuestos útiles, en los que se incluyen lípidos, ésteres de ácido graso, ácidos grasos, aldehídos, alcoholes y alcanos, para usar en la industria o como una fuente de energía o alimento.

Los microorganismos pueden ser seleccionados o diseñados genéticamente para uso en los métodos de la invención descrita en la presente.

Antecedentes de la invención El combustible fósil es un término general para designar a los depósitos geológicos combustibles enterrados de materiales orgánicos formados a partir de plantas y animales en descomposición que han sido convertidos en aceite crudo, carbón, gas natural o aceites pesados mediante la exposición a calor y presión en la corteza terrestre durante cientos de millones de años.

Se sabe que el combustible fósil, también conocido como combustible mineral, es usado como sinónimo con otros recursos naturales que contienen hidrocarburos tales como carbón, aceite y gas natural. La utilización de combustibles fósiles ha permitido el desarrollo industrial a gran escala y suplantado extensamente los molinos impulsados por agua, así como la combustión de madera o turba para calentamiento. Los combustibles fósiles son un recurso no renovable finito.

Cuando se genera electricidad, la energía de la combustión de combustibles fósiles es frecuentemente usada para impulsar una turbina. Las generaciones pasadas frecuentemente usaban vapor generado por el quemado de combustible para hacer girar la turbina, pero en las plantas de energía más nuevas, los gases producidos por el quemado del combustible hacen girar una turbina de gas directamente. Con la modernización global en los siglos XX y XXI, la sed de energía procedente de combustibles fósiles, especialmente gasolina derivada de petróleo, es una de las causas principales de conflictos regionales y globales.

El quemado de los combustibles fósiles por parte de los humanos es la fuente más grande de emisiones de dióxido de carbono, que es uno de los gases de efecto invernadero que permite el forzado radioactivo y contribuye al calentamiento global. En los Estados Unidos de América, más del 90% de las emisiones de gas de efecto invernadero proceden de la combustión de combustibles fósiles. Además, otros contaminantes de aire, tales como óxido de nitrógeno, dióxido de azufre, compuestos orgánicos volátiles (VOC) y metales pesados son producidos.

La actividad humana eleva los niveles de gases de efecto invernadero principalmente por la liberación de dióxido de carbono a partir de la combustión del combustible fósil, pero otros gases, por ejemplo metano, no son desdeñables. Las concentraciones de varios gases de efecto invernadero se han incrementado con el paso del tiempo debido a actividades humanas tales como el quemado de combustibles fósiles y la deforestación provocando concentraciones más altas de dióxido de carbono. De acuerdo con la hipótesis del calentamiento global, los gases de efecto invernadero de la industria y agricultura han desempeñado un papel principal en el calentamiento global observado recientemente.

La demanda incrementada de energía por parte de la economía global también ha añadido más presión al coste de los hidrocarburos. Además de la energía, muchas industrias, en las que se incluyen fabricantes de plásticos y productos químicos, dependen en gran medida de la disponibilidad de hidrocarburos como materia prima para sus procesos de fabricación. Alternativas económicas a las fuentes actuales de suministro podrían ayudar a mitigar la presión ascendente sobre la energía y estos costos de materias primas.

Breve descripción de la invención La invención proporciona un método para producir combustible, que comprende:

(a) cultivar una población de microalgas heterotróficamente en presencia de una fuente de carbono fija, en donde:

(i) las microalgas expresan una invertasa de sacarosa exógena;

(ii) las microalgas acumulan por lo menos un 10% de su peso celular seco como lípido;

y

(iii) la fuente de carbono fija comprende sacarosa en forma de jugo de caña de azúcar, caña de azúcar, remolacha de azúcar, melazas u otras materias primas de alimentación que contienen sacarosa;

(b) aislar los componentes de lípido de las microalgas cultivadas; y

(c) someter los componentes de lípido aislados a una o más reacciones químicas para generar alcanos, mediante lo cual se produce combustible.

La célula de microalgas puede contener un gen exógeno que codifica una proteína seleccionada del grupo que consiste en una lipasa, transportador de sacarosa, fructocinasa, enzima polisacárido-degradante, una acil-ACP tioesterasa grasa, una acil-CoA aldehído reductasa grasa, una acil-CoA reductasa grasa, un aldehído reductasa grasa, un aldehído descarbonilasa grasa y una proteína portadora de acilo (ACP) . La célula de microalga puede ser seleccionada por ejemplo de la Tabla 1. En modalidades particulares, la célula es una especie del género Chlorella, tal como por ejemplo Chlorella fusca, Chlorella protothecoides, Chlorella pyrenoidosa, Chlorella kessleri, Chlorella vulgaris, Chlorella saccharophila, Chlorella sorokiniana o Chlorella ellipsoidea.

Una composición de hidrocarburos líquidos fabricados de acuerdo con el método puede ser conforme a las especificaciones de ASTM D975.

Una composición de hidrocarburos líquidos producidos de acuerdo con el método puede ser conforme a las especificaciones de ASTM D1655. Las microalgas que producen aceite pueden contener uno o más genes exógenos, en donde los genes exógenos codifican proteína (s) seleccionada (s) del grupo que consiste en una acil-ACP tioesterasa grasa, una acil-CoA reductasa grasa, un aldehído reductasa grasa, una acil-CoA/aldehído reductasa grasa, un aldehído decarbonilasa grasa y una proteína portadora de acilo. En algunos casos, la microalga es Chlorella protothecoides, Chlorella minutissima, Chlorella emersonii, Chlorella sorokiniana, Chlorella ellipsoidea o Chlorella sp. En otros casos, la microalga es otra especie como se describe en la presente. En una modalidad, el gen exógeno está en enlace operable con un promotor, que es inducible o represible en respuesta a un estímulo. En algunos casos, el estímulo es seleccionado del grupo que consiste en una molécula pequeña provista exógenamente, calor, frío y luz. En algunos casos, el gen exógeno es expresado en un compartimiento celular. En algunas modalidades, el compartimiento celular es seleccionado del grupo que consiste en un cloroplasto y una mitocondria.

En una modalidad, el gen exógeno codifica una acil-ACP tioesterasa de ácido graso. En algunos casos, la tioesterasa codificada por el gen exógeno cataliza la escisión de un ácido graso de 8 a 18 átomos de carbono de una proteína portadora de acilo (ACP) . En algunos casos, la tioesterasa codificada por el gen exógeno cataliza la escisión de un ácido graso de 10 a 14 átomos de carbono de un ACP. En una modalidad, la tioesterasa codificada por el gen exógeno cataliza la escisión de un ácido graso de 12 átomos de carbono de un ACP.

En una modalidad, el gen exógeno codifica una acil-CoA/aldehído reductasa grasa. En algunos casos, la reductasa codificada por el gen exógeno cataliza la reducción de un acil-CoA graso de 20 a 30 átomos de carbono a alcohol primario correspondiente. En algunos casos, la reductasa codificada por el gen exógeno cataliza la reducción de un acil-CoA graso de 8 a 18 átomos de carbono a un alcohol primario correspondiente. En algunos casos, la reductasa codificada por el gen exógeno cataliza la reducción de un acil-CoA graso de 10 a 14 átomos de carbono a un alcohol primario correspondiente. En una modalidad, la reductasa codificada por el gen exógeno cataliza la reducción de un acil-CoA graso de 12 átomos de carbono a dodecanol.

En una modalidad, el gen exógeno codifica una acil-CoA reductasa grasa. En algunos casos, la reductasa codificada por el gen exógeno cataliza la reducción... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir combustible, que comprende:

(a) cultivar una población de microalgas heterotróficamente en presencia de una fuente de carbono fija, en donde:

(i) las microalgas expresan una invertasa de sacarosa exógena;

(ii) las microalgas acumulan por lo menos un 10% de su peso celular seco como lípido; y

(iii) la fuente de carbono fija comprende sacarosa en forma de jugo de caña de azúcar, caña de azúcar, remolacha de azúcar, melazas u otras materias primas de alimentación que contienen sacarosa;

(b) aislar los componentes de lípido de las microalgas cultivadas; y

(c) someter los componentes de lípido aislados a una o más reacciones químicas para generar alcanos, mediante lo cual se produce combustible.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por que la o las reacciones químicas mencionadas se seleccionan del grupo que consiste en hidrotratamiento, hidrocracking, desoxigenación e isomerización.

3. El método como se define en cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que las microalgas contienen (i) por lo menos un gen de utilización de sacarosa exógeno adicional seleccionado del grupo que consiste en un gen de fructocinasa, un gen de glucocinasa, un gen de hexocinasa y un gen transportador de sacarosa, y/o (ii) por lo menos un gen que codifica una enzima de ruta de lípido seleccionada del grupo que consiste en una estearoil-ACP desaturasa, una glicerolípido desaturasa, una piruvato deshidrogenasa, una acetil-CoA carboxilasa, una proteína portadora de acilo, una glicerol-3 fosfato aciltransferasa, una acil-ACP tioesterasa grasa, una acil-CoA reductasa grasa, una aldehído reductasa grasa, una acil-CoA/aldehído reductasa grasa, una aldehído descarbonilasa grasa.

4. El método de conformidad con cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que los microorganismos acumulan por lo menos un 50% de su peso celular seco como lípido.