产生碳基目的产物的二氧化碳固定工程微生物的制作方法

专利名称：产生碳基目的产物的二氧化碳固定工程微生物的制作方法
技术领域：
本公开涉及赋予光合自养生物体产生碳基产物的能力以使其有效地将二氧化碳 和光转化成各种碳基产物的机制，并特别地涉及将这种生物体用于商业化生产各种碳基 目的产物的用途。
背景技术：
光合作用是生物实体利用阳光和二氧化碳产生糖以获取能量的过程。由于自然 进化，光合作用是一个具有众多且知之甚少的反馈回路、控制机制和过程无效(process inefficiency)的极其复杂的系统。这个复杂的系统对于单因子轮换(one-factor-at-a-time) 和全局优化法都都呈现出可能无法逾越的障碍[Nedbal等，Photosynth Res.，93(1-3) 223-34(2007) ； Salvucci 等，Physiol Plant., 120(2) 179-186(2004) ； Greene 等， BiochemJ., 404(3) 517-24(2007)]。现有的光合自养生物体(如植物、藻类和光合细菌)很难适用于工业生物加工， 并因此没有显示出针对这一目的的商业可行性。与工业化异养生物体如大肠杆菌(20分 钟)相比，这类生物体具有缓慢的倍增时间(3-72小时)，这反应出低下的总生产力。此 外，遗传操作技术(敲除、经整合或游离(episomic)质粒扩增的转基因的过表达)是低 效、费时、费力的或不存在的。

发明内容
本文所述的发明确认了赋予光合自养生物体直接产生碳基产物的能力的途径和 机制。所获得的产生碳基产物的工程光自养生物特别地能够直接从二氧化碳和光高效地 产生碳基产物，无需目前从生物质源(包括玉米、甘蔗、芒草、纤维素等)产生生物燃料 和生物化学产品所必需的费时的和昂贵的处理步骤。因此，本发明的新型微生物能够通 过固定二氧化碳合成从各种生物合成途径获得的碳基目的产物，还能释放这类产物。这类产物的范围包括醇类，如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、脂肪醇、脂肪酸 酯、蜡酯；烃和链烷烃，如丙烷、辛烷、柴油、JP8;聚合物如对苯二甲酸酯、1，3-丙 二醇、1，4-丁二醇、多元醇、PHA、PHB,丙烯酸盐、己二酸、ε-己内酯、异戊二 烯、己内酰胺、橡胶；商用化学品如乳酸盐、DHA、3-羟基丙酸盐、Y-戊内酯、赖 氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸盐、天门冬氨酸、山梨醇、抗坏血酸盐、抗坏血酸、异戊烯 醇、羊毛留醇、《-3DHA、番茄红素、衣康酸盐、1，3-丁二烯、乙烯、丙烯、琥珀酸盐、柠檬酸盐、柠檬酸、谷氨酸盐、苹果酸盐、ΗΡΑ、乳酸、THF、Y-丁内酯、吡咯烷 酮、羟丁酸盐、谷氨酸、乙酰丙酸、丙烯酸、丙二酸；特种化学品如类胡萝卜素、类异 戊二烯、衣康酸；药物或药物中间体，如7-ADCA/头孢菌素、红霉素、聚酮、抑制素 (statin)、紫杉醇、多烯紫杉醇、萜烯、肽、类固醇、ω-脂肪酸和其它这类适合的目的 产物。这些产物可用于燃料、生物燃料、工业和特种化学品、添加剂、作为用于制造其 他产品(如营养补充剂、营养保健品、聚合物、石蜡替代品，个人护理产品和药物)的中 间体。这些化合物也可以用作随后反应(例如，酯交换反应、氢化作用、经氢化、热裂 解或两者结合的催化裂解或者环氧化反应)以产生其他产品的原料。还公开了选择和利用各种生物体直接将太阳光和二氧化碳转化成碳基产物的方 法。本发明的一方面提供了一种引入编码一个或多个能够固定二氧化碳以产生和(在一 些实例中)排出或分泌碳基目的产物(如乙醇、乙烯、烃、乙基酯和甲基酯)的蛋白质的 工程核酸序列的方法。本文提供的显著特征是，该微生物可优选地以商业规模生产各种 碳基目的产物，而无需可再生的碳基中间体或源(如生物质)作为起始原料。为产生至少一种所需的碳基目的产物如烃，利用了各种能够固定二氧化碳的生 物体(例如那些能够进行光合作用的生物体)或可选择地经工程化以固定二氧化碳的生物 体。例如，光合自养生物体包括真核植物和藻类，以及原核蓝细菌、绿色硫细菌、绿色 非硫细菌、紫色硫细菌和紫色非硫细菌。在一个方面中，能够固定二氧化碳的宿主细胞被工程化以产生具有希望数目的 碳的碳基产物。优选地，该宿主细胞以商业规模产生各种碳基目的产物。在其它的实例中，经修饰的宿主细胞是用编码参与涉及产物或中间体产生的生 物合成途径的单个蛋白质的外源核酸序列遗传修饰的。在其它实施方式中，经修饰的 宿主细胞是用编码参与涉及产物或中间体产生的生物合成途径的两个或多个蛋白质(例 如，生物合成途径中的第一和第二个酶)的外源核酸序列遗传修饰的。在另一方面中，本发明提供了能够固定二氧化碳的宿主细胞，其产生乙烯。该 宿主细胞可以包含编码乙烯形成酶，efe，的外源核酸。该乙烯形成酶，efe，可以包括雷 尔氏菌乙烯形成酶。在一个实施方式中，这样一种碳基目的产物是乙醇。在一个优选的实施方式 中，该宿主细胞产生商业产量的乙醇。还提供了一种利用生物体以商业规模直接将阳 光、水和二氧化碳转换成乙醇的方法。另外公开了一种将产生的乙醇以及与乙醇的产生 相关的吸收的二氧化碳货币化的方法。在某些方面中，乙醇产生通过在光照下将碳引导离开糖原并朝向丙酮酸等进行 优化。糖原通常是在光中形成的，并在黑暗中消耗以减少能量。在一个实施方式中，糖 原合成基因被弱化或敲除，和在其它实施方式中，使糖酵解基因成为组成型的。在其他 方面中，消除了某些发酵途径，如产生乙酸、乳酸、琥珀酸等的途径(如果存在)。进一步在其他方面中，如果实施光-暗周期，糖原产生在光照过程中被优化(与 生物量等相反)，并以干细胞重量(可以为糖原)的％增加(即，该细胞经工程化以打破 阻止细胞增长全糖原的任何限制)。然后，在黑暗中，使得从积累的糖原进行乙醇合成， 已弱化或敲除了其它发酵途径。此外，公开了采用与糖原合成/代谢率相匹配的光暗周 期以使浪费的时间最少(糖原未消耗且细胞非生产性地保持在黑暗中，或者在黑暗阶段中有太多糖原完全消耗)。在本发明的各方面中，描述了用于产生糖的遗传修饰的光合生物体。在某些实 施方式中，产生了糖类，如葡萄糖、果糖或其组合。优选地，产生的糖通过单向运输蛋 白或转运蛋白扩散。在其它实施方式中，糖通过在产生3-磷酸甘油醛(3PGAL)的所选 择宿主细胞中表达酶产生，并利用转运蛋白主动运输。在再另外的实施方式中，光合生 物体功能性地缺乏纤维素、糖原或蔗糖合成。所获得的光合产物(如光合生物体产生的 糖)可作为产生其它的碳基目的产物的原料或碳源。在本发明的另一方面中，本发明提供了生产麦芽糖的光合生物体。在某些实施 方式中，本发明提供了糖原水解酶的克隆基因，其使工程细胞将糖原水解为葡萄糖和/ 或麦芽糖并从细胞运输麦芽糖和葡萄糖。用于从细胞运输麦芽糖的酶包括用于麦芽糖运 输的叶绿体麦芽糖排出泵MEXl ；葡萄糖通透酶，低和高Km、葡萄糖H+协同转运 蛋白、葡萄糖/果糖通透酶、用于葡萄糖运输的总糖H+反向转运蛋白；和葡萄糖_6磷 酸Pi反向转运蛋白、用于葡萄糖-6-磷酸运输的丙糖磷酸磷酸反向转运蛋白是本发 明可预想的转运机制。在另一个实施方式中，通过对各种能够固定二氧化碳的或者经工程化以固定二 氧化碳的生物体进行工程化来产生烃。在一个实施方式中，该微生物引入了一个或多个 编码乙酰CoA:ACP酰基转移酶活性(fabH)、乙酰CoA羧化酶活性(accBCAD)、丙二酰 CoA:ACP酰基转移酶活性(fabD)、3-酮酰-ACP合成酶活性(fabB)、3-酮酰-ACP还 原酶活性(fabG)、3-羟酰-ACP脱水酶活性(fabA)、烯酰-ACP还原酶活性(fabl)、酰 基-ACP水解酶活性(FASl)、醛脱氢酶活性(adhA、adhB)、醇脱氢酶活性(ADH I)、烷 烃1-单加氧酶活性(alkB)的外源核酸序列。可以过表达以产生脂肪酸衍生物的其它基因为例如，pdh、panK、aceEF(编码 丙酮酸和2-酮戊二酸脱氢酶复合体的EIp脱氢酶成分和E2p 二氢硫辛酰胺酰基转移酶 成分，登录号NP_414656，NP_414657, EC: 1.2.4.1.2.3.1.61，2.3.1.12)、accABCD/ fabH/fabD/fabG/acpP/fabF (编码 FAS，登录号CAD85557，CAD85558，NP_842277, NP_841683, NP_415613, EC: 2.3.1.180，2.3.1.39，1.1.1.100，1.6.5.3，2.3.1.179)、编码 脂酰CoA还原酶(登录号AAC45217，EC1.2.1.-)的基因、UdhA或类似的基因(编码 吡啶核苷酸转氢酶，登录号CAA46822，EC: 1.6.1.1)和编码脂酰CoA还原酶(登录 号AAC45217，EC1.2.1.-)的基因。与表达使得产生脂肪酸衍生物的外源核酸序列相反，宿主可以有一个或多个 功能缺失或弱化的内源性基因。例如，可以至少弱化ackA(EC 2.7.2.1)、ackB (EC 2.7.2.1)、adhE (EC 1.1.1.1，1.2.1.10)、fabF (EC 2.3.1.179), fabR(登录号 NP_418398)、 fadE (EC 1.3.99.3，1.3.99.-)、GST (EC 6.3.2.3)、gpsA (EC 1.1.1.94)、IdhA (EC 1.1.1.94)、 pflB (EC 2.3.1.54)、plsB (EC 2.3.1.15), poxB (EC 1.2.2.2), pta(EC2.3.1.8)、谷胱甘肽合 成酶(EC 6.3.2.3)及其组合。这类微生物可以经工程化以产生具有限定碳链长度、分支和饱和度的烃或脂肪酸。在一些实施方式中，表达了由外源核酸序列编码的肽类(例如硫酯酶)以提供均 质的产物，这将降低与发酵和分离有关的整体成本。
在一些实施方式中，微生物包含一个或多个外源工程核酸，其编码酰基CoA 合成酶(EC6.2.1.3)、硫酯酶(EC3.1.2.14)、蜡合成酶(EC2.3丄75)、醇乙酰转移酶 (EC2.3.1.84)或其组合。在另外的实施方式中，微生物包含编码硫酯酶(EC3丄2.14)、酰 基CoA还原酶(EC 1.2丄50)、醇脱氢酶(EC 1丄1.1)、脂肪醇形成酰基CoA还原酶(EC 1.1丄*)或其组合的工程核酸。在一些实施方式中，本文所述的微生物产生每升发酵培养基至少Img的碳基目 的产物，例如，烃。在更优选的实施方式中，微生物产生至少100mg/L、500mg/L、lg/ L、5g/L、10g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、50g/L、lOOg/L或 120g/L 的 烃。在一些实施例中，所述烃由微生物产生和释放，且在另外的实施例中，微生物在产 物分离之前被裂解。在某些实施例中，所述烃包含至少2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、 22、24、26、28、30、32或34个碳长的碳链。在一些实施例中，至少50%、60%, 70%, 80%, 85%, 90% 或 95% 的制备的烃产物包含 2、4、6、8、10、12、14、16、 18、20、22、24、26、28、30、32或34个碳长的碳链。在再另外的实施例中，至少 60%, 70%, 80%, 85%, 90%或95%的脂肪酸衍生产物包含1、2、3、4或5个不饱和 点ο如WO 2007/136762(通过引用以其整体和全面引入)所示，可对某些生物合 成途径工程化以产生脂肪醇和蜡/脂肪酸酯，各底物(乙酰-CoA、丙二酰-CoA、酰 基-ACP、脂肪酸和酰基-CoA)各个产物(乙酰-CoA、丙二酰-CoA、酰基-ACP、脂肪 酸和酰基-CoA)的转化可以通过使用几种不同的多肽(其为所示的酶类的成员)而实现。本文所述的宿主可以产生醇类(短链、长链、支链的或不饱和的)。这些醇可以 直接被用作燃料或其可以被用于产生酯，即如上所述酯的A侧。这种酯单独地或与本文 所述的其他脂肪酸衍生物结合是用作燃料。类似地，本文所述的微生物所产生的烃可用作生物燃料。这些基于碳氢化合物 的燃料可以被设计为包含分支点、限定的饱和度和特定的碳长度。当单独地或与其他脂 肪酸衍生物结合用作生物燃料时，烃可另外与添加剂或其它传统燃料(醇类、源自甘油 三酯的柴油和基于石油的燃料)相结合。在一个实施方式中，本发明提供了一种工程微生物宿主细胞，其中所述工程宿 主细胞包含一个或多个工程核酸，并且其中所述工程宿主细胞能够利用最少量的光能直 接从二氧化碳和水合成碳基目的产物，和其中所述碳基目的产物选自于乙基酯、甲基 酯、蔗糖、醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、脂肪醇、脂肪酸酯、蜡酯、烃、正链烷 烃、丙烷、辛烷、柴油、JP8、聚合物、对苯二甲酸盐、多元醇、1，3-丙二醇、1，4-丁 二醇、PHA、PHB,丙烯酸盐、己二酸、ε-己内酯、异戊二烯、己内酰胺、橡胶、乳 酸盐、DHA、3-羟基丙酸盐、Y-戊内酯、赖氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸盐、天门冬氨 酸、山梨醇、抗坏血酸盐、抗坏血酸、异戊烯醇、羊毛留醇、《-3DHA、番茄红素、衣 康酸盐、1，3-丁二烯、乙烯、丙烯、琥珀酸盐、柠檬酸盐、柠檬酸、谷氨酸盐、苹果 酸盐、ΗΡΑ、乳酸、THF、Y-丁内酯、吡咯烷酮、羟丁酸盐、谷氨酸、乙酰丙酸、丙 烯酸、丙二酸、类胡萝卜素、类异戊二烯、衣康酸、柠檬烯、药物或药物中间体、红霉 素7-ADCA/头孢菌素、聚酮、抑制素、紫杉醇、多烯紫杉醇、萜烯、肽、类固醇以及ω-脂肪酸。在另一个实施方式中，宿主细胞所包含的工程核酸编码乙烯形成酶(Efe)活 性。在相关的实施方式中，该乙烯形成酶选自于菜豆晕疫病菌(Pseudomonas syringae pv.Phaseolicola)D13182,豌豆细菌性枯萎病菌(Rsyringae pv.Pisi)AF101061 和青枯雷尔氏 菌(Ralstonia sohnacearam)AL646053。在另一个实施方式中，该工程核酸编码密码子优 化的雷尔氏菌(Ralstonia)乙烯形成酶。在相关的实施方式中，该密码子优化是对于大肠 杆菌(Eschericia coli)密码子选择进行的。在再另一相关的实施方式中，该工程核酸是 SEQ ID N0.7。在一些实施方式中，本发明的工程细胞产生高于每升发酵培养基约lmg、 lOOmg、 500mg、 lg、 5g、 10g、 20g、 25g、 30g、 35g、 40g、 50g、 100g、 120g 或 150g 的
量的乙烯。在某些实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码醇脱氢酶活性。 在相关的实施方式中，该醇脱氢酶活性选自于运动发酵单胞菌(Z.mobilisUdhll、运动发 酵单胞菌adhIITS42和运动发酵单胞菌adhB活性。在另一个相关的实施方式中，该工程 核酸编码NADPH依赖性醇脱氢酶活性。在再另一个实施方式中，其中该NADPH依赖 性醇脱氢酶活性是穆尔氏菌(Moorella) HUC22-1种adhA。在另一个实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码丙酮酸脱羧酶 活性。在相关的实施方式中，该丙酮酸脱羧酶活性选自于Z.palmae和运动发酵单胞菌pdc 活性。在一些实施方式中，本发明的工程细胞在培养中能够在72小时内以每升培养基 至少约249mg的产量产生乙醇。在另一些实施方式中，整个72小时内的乙醇产量为至少 约296mg/L。而在再另外的实施方式中，乙醇产量是介于约2.5至约5g/L培养基·小 时之间。在另一些实施方式中，72小时后所述培养基中乙醛的水平为低于约14mg/L。 在其它实施方式中，该细胞在培养中产生每OD至少约36mg/L的乙醇，或者每OD至少 约47mg/L的乙醇。在另一个实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码蛋氨酸合成酶 活性。在另一个实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码选自于大肠杆 菌糖磷酸转运蛋白UhpT(NP_418122.1)、拟南芥(A.thaliana)葡萄糖_6_磷酸转运蛋白 GPTKAT5G54800.1)和拟南芥葡萄糖_6_磷酸转运蛋白GPT2 (AT1G61800.1)的磷酸转运
蛋白活性。在另一实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码选自于 人(H.sapiens)葡萄糖-6-磷酸酶G6PC (P35575)、大肠杆菌葡萄糖磷酸酶 Agp(P19926)、阴沟肠杆菌(E.cloacae)葡萄糖磷酸酶AgpE(Q6EV19)和大肠杆菌酸 性磷酸酶YihX(P0A8Y3)的磷酸酶活性。在另一个实施方式中，本发明的工程细胞所包含的工程核酸编码选自于人葡萄 糖转运蛋白 GLUT-1、-3 或-7(P11166、P11169、Q6PXP3)、酿酒酵母(S.cerevisiae)己 糖转运蛋白HXT-1、-4或-6(P32465、P32467、P39003)和运动发酵单胞菌葡萄糖单向 转运蛋白Glf(P21906)的葡萄糖/己糖转运蛋白活性。在相关的实施方式中，本发明的工程细胞进一步包含编码葡萄糖/果糖H+协同转运蛋白、集胞藻(Synechocystis)属 的种(P15729)的GlcP细菌GlcP、主要葡萄糖(或2-脱氧葡萄糖)吸收转运蛋白GlcP Q7BEC、己糖(葡萄糖和果糖)转运蛋白、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum) 097467 的PfHTl、Glut-1转运蛋白或Glut-2转运蛋白的工程核酸。在另一个方面中，本发明所提供的工程细胞中选自于纤维素合成酶、糖原合成 酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖磷酸化酶、a-1，4-葡聚糖裂合酶和1，4-a-葡聚糖分支酶 的酶活性弱化。在相关的方面中，该工程细胞进一步包含编码磷酸酶或者己糖激酶活性 的工程核酸。在再另一个实施方式中，本发明提供了包含选自于a _，0-，淀粉酶；葡 糖淀粉酶；异淀粉酶；支链淀粉酶；麦芽糖转葡糖基酶；淀粉-a-1，6-葡萄糖苷酶； 磷酸化酶激酶和磷酸化酶的糖原水解活性的工程细胞。在再另一个实施方式中，本发明提供能够产生选自于葡萄糖、葡萄糖-6-磷 酸、果糖-6-磷酸、麦芽糖和麦芽糖磷酸的糖或糖磷酸酯的工程细胞。在相关的实施方 式中，该细胞能够产生高于其内源性水平的糖或糖磷酸酯并将所述糖运输至细胞外。在 再另一相关的实施方式中，该细胞产生的糖选自于包括葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖、 木糖、戊糖、鼠李糖和阿拉伯糖的糖类。在某些方面中，本发明的工程细胞在培养中 能够以高于每升发酵培养基约lmg、lOOmg、500mg、lg、5g、10g、20g、25g、30g、 35g、40g、50g、100g、120g或150g的量产生糖或糖磷酸酯。在再另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码选自于乙酰CoA乙酰 转移酶、AtoB、羟基丁基CoA脱氢酶、巴豆酸酶、CoA脱氢酶、CoA-酰化醛脱氢 酶(CoA-acylating aldehyde dehydrogenase) (ALDH)和醛醇脱氢酶，AdhE 活性的工程核 酸。在再另一个实施方式中，该细胞包含编码选自于2-脱氢-3-脱氧磷酸庚糖酸醛缩 酶(2-dehydro_3-deoxyphosphoheptonate aldolase)，aroF (EC 2.5.1.54)、3-脱氢奎尼酸合 成酶，aroB (EC 4.2.3.4)、3-脱氢奎尼酸脱水酶，aroD (EC4.2.1.10)、3-脱氢莽草酸脱水 酶，quiC (EC 4.2.l.n)、3 -酮己二酸单酰 CoA 合成酶(3 -ketoadipy卜CoA synthase)， pcaF (EC 2.3.1.174)、3 -酮己二酸 CoA 转移酶，pcalJ(EC 2.8.3.6)、3-氧代己二酸烯 醇内酯水解酶，pcaL (EC3.1.1.24)、4-羧基粘康酸内酯脱羧酶(4-carboxymuconolacton edecarboxylase)，pcaL (EC 4.1.1.44)、羧基-顺，顺-粘康酸环异构酶，pcaB(EC 5.5.1.2),原儿茶酸_3，4-加双氧酶，pcaGH (EC 1.13.11.3)、原儿茶酸1，2-顺-二氢 二醇脱氢酶，tpaC(EC 1.3丄n)和对苯二甲酸1，2-双加氧酶，tpaAB (EC 1.14.12.15)的 活性的工程核酸。在再另一个实施方式中，该细胞包含编码选自于a-D-葡萄糖-6-磷 酸酮醇异构酶(alpha-D-glucose-6-phosphate ketoHsomerase)，PGI1 (EC 5.3.1.9)、D-甘 露糖-6-磷酸酮醇异构酶(D-Mannose-6-phosphate ketoHsomerase)，din9 (EC 5.3.1.8)、 D-甘露糖-6-磷酸1，6-磷酸变位酶，atpmm (EC 5.4.2.8)、甘露糖磷酸鸟苷酸转移 酶(mannose-1-phosphate guanylyltransferase), cyt(EC 2.7.7.22)、GDP-甘露糖 _3，5-差 向异构酶，gme (EC 5.1.3.18)、半乳糖磷酸鸟苷酸转移酶，VTC2 (EC 2.7.n.n)、L_半 乳糖-1-磷酸磷酸酶，VTC4(EC3丄3.n)、L_半乳糖脱氢酶，At4G33670 (EC 1.1丄122) 和L-半乳糖酸内酯氧化酶，ATGLDH(EC 1.3.3.12)的活性的工程核酸。在另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码选自于C_16:l硫酯酶，fatB、丙二酸单酰CoA:ACP转酰基酶，fabD、醇还原酶，acrl、脱羰基酶 (decarbonylase)，cerl的活性以及列于表11中的基因的工程核酸。在再另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码选自于大肠杆菌 tesA、大肠杆菌fadD和A.baylyi wax-dgat的基因的工程核酸。在一些实施方式中，本发明提供的工程细胞能够产生链烷烃、链烯烃、甲基酯 或乙基酯。在某些其它实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码MEV途径酶的工程核 酸。在一些实施方式中，该MEV途径酶选自于乙酰CoA硫解酶、HMGCoA合成酶、 HMGCoA还原酶、甲羟戊酸激酶、磷酸甲羟戊酸激酶、甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶和IPP异 构酶。在财另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码DXP途径酶的工程核 酸。在相关的实施方式中，该DXP途径酶选自于1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶、 1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶、4- 二磷酸胞苷-2C-甲基-D-赤藓醇合成酶、 4- 二磷酸胞苷-2C-甲基-D-赤藓醇激酶、2C-甲基-D-赤藓醇-2，4-环焦磷酸合成酶 (2C_methy卜D-erythrito卜2，4-cyclodiphosphate synthase)、1_ 轻基 ~2~ 甲基 ~2~ (E) - 丁烯 基-4-焦磷酸合成酶和异戊基/ 二甲基烯丙基焦磷酸合成酶。在再另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码选自于高柠檬酸 合成酶，lys21 (EC 2.3.3.14)、高乌头酸酶，lys4，lys3 (EC4.2丄36)、同分异构柠檬 酸(homoisocitrate)脱氢酶，lysl2，lysll，lyslO (ECl.1.1.87)、2-氨基己二 酸转氨 酶，aro8 (EC 2.6.1.39)、磷酸甘油酸脱氢酶，serA(EC L1.1.95)、磷酸丝氨酸转氨酶， serC(EC 2.6丄52)、磷酸丝氨酸磷酸酶，serB (EC 3丄3.3)、丝氨酸0_乙酰基转移酶， AtSerat2 ； 1 (EC2.3.1.30)、半胱氨酸合成酶，AtlG55880 (EC 2.5.1.47)、乙酰乳酸合成 酶，ilvN，ilvB(EC 2.2.1.6)、乙酰羟酸异构还原酶，ilvC(EC 1.1丄86)、二羟酸脱水 酶，ilvD (EC 4.2.1.9)、缬氨酸转氨酶，ilvE (EC 2.6.1.42)、ACV 合成酶，Ava_1613(EC 6.3.2.26)、异青霉素_N合成酶，Ava_5009(EC1.21.3.1)，将N_[L_5-氨基-5-羧基戊酰基 (carboxypentanoyl) ]-L_半胱氨酰_D_缬氨酸和02转化为异青霉素_N、异青霉素_N差 向异构酶，cefD(EC5.1.1.17)、头孢菌素生物合成扩环酶/羟化酶，ceffiF (EC 1.14.20.1， 1.14.11.26)和脱乙酰头孢菌素C乙酰基转移酶，cefG(EC 2.3.1.175)的活性的核酸。在再另一个实施方式中，本发明提供的工程细胞包含编码醇脱水酶活性(EC 4.2.1.n)的核酸。在相关的实施方式中，该醇脱水酶活性选自具有EC编号4.2丄2、 4.2.1.3、 4.2.1.4、 4.2.1.11、 4.2.1.17、 4.2.1.55、 4.2.1.33、 4.2.1.34、 4.2.1.35、 4.2.1.54、 4.2.1.58、4.2丄60、4.2.1.68、4.2丄74或4.2丄79的醇脱水酶。在再另一个实施方式中， 所述醇脱水酶是EC 4.2.1.54。在再其它的实施方式中，本发明提供的工程细胞能够产生药物或其中间体。在 某些相关的实施方式中，所述药物或其中间体以高于每升发酵培养基约lmg、lOOmg、 500mg、lg、5g、10g、20g、25g、30g、35g、40g、50g、100g、120g 或 150g 的量产生。在更进一步的实施方式中，本发明提供的工程细胞能够产生碳基目的产物，其 包含选自于醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、脂肪醇、脂肪酸酯、蜡酯、乙基酯、甲基 酯、烃、正链烷烃、丙烷、辛烷、柴油、JP8、聚合物、对苯二甲酸盐、多元醇、1，3_丙二醇、1，4-丁二醇、PHA、PHB、丙烯酸盐、己二酸、己内酯、异戊二烯、 己内酰胺、橡胶、乳酸盐、DHA、3-羟基丙酸盐、戊内酯、赖氨酸、丝氨酸、天 门冬氨酸盐、天门冬氨酸、山梨醇、抗坏血酸盐、抗坏血酸、异戊烯醇、羊毛甾醇、 W-3DHA、番茄红素、衣康酸盐、1，3-丁二烯、乙烯、丙烯、琥珀酸盐、柠檬酸盐、 柠檬酸、谷氨酸盐、苹果酸盐、HPA、乳酸、THF、丁内酯、吡咯烷酮、羟丁酸盐、 谷氨酸、乙酰丙酸、丙烯酸、丙二酸、类胡萝卜素、类异戊二烯、衣康酸、柠檬烯、药 物或药物中间体、红霉素7-ADCA/头孢菌素、聚酮、抑制素、紫杉醇、多烯紫杉醇、 萜烯、肽、类固醇以及脂肪酸的化合物。在某些实施方式中，该细胞产生的类异 戊二烯选自于异戊基焦磷酸酯(isopentylpyrophosphate) (IPP)、二甲基烯丙基焦磷酸酯 (DMAP)、单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜和多萜。 在另外的实施方式中，本发明提供的工程细胞包含的细胞选自于真核植物、藻 类、蓝细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌、紫色非硫细菌、嗜极微生物 (extremophile) >酵母、真菌、其工程生物体和合成生物体。在某些相关实施方式中，该 细胞是光依赖性的或固定碳。在其他相关的实施方式中，该细胞有自养活性或光合自养 活性。在其它实施方式中，该细胞在有光时为光合自养的，和在没有光时为异养的或混 合营养的。在其他相关的实施方式中，该工程细胞是选自于拟南芥属(Arabidopsis)、甜 菜属(Beta)、大豆属(Glucine)、麻风树属(Jatropha)、芒属(Miscanthus)、黍属 (Panicum)、薦草属(Phalaris)、杨属(Populus) > 甘蔴属(Saccharam)、柳属(Salix)、油 蜡树属(Simmondsia)和玉蜀黍属(Zea)的植物细胞。在再另外的相关实施方式中，本发 明的工程细胞是藻类和/或蓝细菌生物体，选自于刺菊石属(Acanthoceras)、 Acanthococcus、Acaryochloris、曲壳藻属(Achnanthes)、翼娃藻属(Achnanthidium)、星 形藻属(Actinastram)、Actinochloris> _畐环藻属(Actinocyclus)、 _畐身寸鼓藻属 (Actinotaenium)、双金藻属(Amphichrysis)、前沟藻属(Amphidinium)、Amphikrikos、双 肋藻属(Amphipleura)、苗形藻属(Amphiprora)、分须藻属(Amphithrix)、双眉藻属 (Amphora)、鱼腥藻属(Anabaena)、项圈藻属(Anabaenopsis)、暗额藻属(Aneumastus)、 针连藻属(Ankistrodesmus)、锚藻属(Ankyra)、异菱藻属(Anomoeoneis)、虚幻球藻属 (Apatococcus)、束丝藻属(Aphanizomenon)、隐球藻属(Aphanocapsa)、隐毛藻属 (Aphanochaete)、隐杆藻属(Aphanothece)、梨囊藻属(Apiocystis)、顶丝藻属 (Apistonema)、四棘鼓藻属(Arthrodesmus)、节方i!藻属(Artherospira)、Ascochloris、星杆 藻属(Asterionella)、星球藻属(Asterococcus)、奥氏藻属(Audouinella)、浮生直链藻属 (Aulacoseira)、杆状藻属(Bacillaria)、巴尔比亚藻属(Balbiania)、似竹鼓藻属 (Bambusina)、红毛菜属(Bangia)、Basichlamys、串珠藻属(Batrachospermum) > 骈胞藻 属(Binuclearia)、角藻属(Bitrichia)、盘苔属(Blidingia)、Botrdiopsis、气球藻属 (Botrydium)、葡萄藻属(Botryococcus)、球葡萄藻属(Botryosphaerella)、咸胞藻属 (Brachiomonas)、短螺方i!体属(Brachysira)、海雹菜属(Brachytrichia)、Brebissonia、毛鞘 藻属(Bulbochaete)、柱杆藻属(Bumilleria)、拟杆藻属(Bumilleriopsis)、美壁藻属 (Caloneis)、眉藻属(Calothrix)、马革安藻属(Campylodiscus)、盒管藻属(Capsosiphon)、 四鞭藻属(Carteria)、Catena、Cavinula、顶刺藻属(Centritractus)、Centronella、角藻属 (Ceratium)、角毛藻属(Chaetoceros)、Chaetochloris、硬毛藻属(Chaetomorpha)、Chaetonella、毛丝藻属(Chaetonema)、盾毛藻属(Chaetopeltis)、胶毛藻属 (Chaetophora)、毛球藻属(Chaetosphaeridium)、管胞藻属(Chamaesiphon)、轮藻属 (Chara)、Characiochloris、拟小桩藻属(Characiopsis)、小桩藻属(Characium)、轮藻目 (Charales)、缘胞藻属(Chilomonas)、厚胞藻属(Chlainomonas)、Chlamydoblepharis、 Chlamydocapsa、 衣藻属(Chlamydomonas)、Chlamydomonopsis、 衣粘藻属 (Chlamydomyxa、Chlamydonephris、Chlorangiella、拟绿囊藻属(Chlorangiopsis)、小球藻 属(Chlorella)、绿葡萄藻属(Chlorobotrys)、绿幅藻属(Chlorobrachis)、绿点藻属 (Chlorochytrium).绿球藻属(Chlorococcum)、绿胶藻属(Chlorogloea)、拟绿胶藻属 (Chlorogloeopsis)、绿梭藻属(Chlorogonium)、绿带藻属(Chlorolobion)、拟衣藻属 (Chloromonas)、Chlorophysema、绿藻门(Chlorophyta)、绿胶囊藻属(Chlorosaccus)、 Chlorosarcina、Choricystis、色植藻属(Chromophyton)、单鞭金藻属(Chromulina)、拟色 球藻属(Chroococcidiopsis)、色球藻属(Chroococcus)、色指藻属(Chroodactylon)、蓝隐 藻属(Chroomonas)、Chroothece、金变形藻属(Chrysamoeba)、金网藻属(Chrysapsis)、 金星藻属(Chrysidiastram)、金囊藻属(Chrysocapsa)、Chrysocapsella、Chrysochaete、金 色藻属(Chrysochromulina)、 金 颗藻属(Chrysococcus)、Chrysocrinus、 Chrysolepidomonas、Chrysolykos、Chrysonebula、金藻门(Chrysophyta)、金钟藻属 (Chrysopyxis)、Chrysosaccus、Chrysophaerella、金环藻属(Chrysostephanosphaera)、冈lj毛 藻属(Clodophora)、链孢藻属(Clastidium)、拟新月藻属(Closteriopsis)、新月藻属 (Closterium)、胶球藻属(Coccomyxa)、卵形藻属(Cocconeis)、Coelastrella、空星藻属 (Coelastrum)、 腔球藻属(Coelosphaerium)、Coenochloris、 无胶集球藻属 (Coenococcus)、聚囊藻属(Coenocystis)、柄裸藻属(Colacium)、鞘毛藻属 (Coleochaete)、Collodictyon、Compsogonopsis、 弯 枝藻属(Compsopogon)、 Conjugatophyta、Conochaete、Coronastrum、鼓藻属(Cosmarium)、Cosmioneis、胶球鼓 藻属(Cosmocladium)、Crateriportula、Craticula、发毛针藻属(Crinalium)、十字藻属 (Cracigenia)、卵胞藻属(Cracigeniella)、 Cryptoaulax、隐藻属(Cryptomonas)、隐藻门 (Cryptophyta)、t节水母门(Ctenophora)、Cyanodictyon、Cyanonephron、Cyanophora、蓝 藻门(Cyanophyta)、蓝杆藻属(Cyanothece)、Cyanothomonas、环胞藻属(Cyclonexis)、 环冠藻属(Cyclostephanos)、小环藻属(Cyclotella)、筒藻属(Cylindrocapsa)、柱胞鼓藻属 (Cylindrocystis)、柱孢藻属(Cylindrospermum)、细柱藻属(Cylindrotheca)、波缘藻属 (Cymatopleura)、桥弯藻属(Cymbella)、 Cymbellonitzschia、胞甲藻属(Cystodinium)、蓝 纤维藻属(Dactylococcopsis)、单板藻属(Debarya)、细齿藻属(Denticula)、 Dermatochrysis、皮果藻属(Dermocarpa)、果菌属(Dermocarpella)、溢带藻属 (Desmatractum)、角丝鼓藻属(Desmidium)、Desmococcus、带线藻属(Desmonema)、 Desmosiphon、长朿ll藻属(Diacanthos)、Diacronema、Diadesmis、等片藻属(Diatoma)、 Diatomella、双细胞藻属(Dicellula)、双须藻属(Dichothrix)、叉球藻属 (Dichotomococcus)、Dicranochaete、 网 绿藻属(Dictyochloris)、 球 网藻属 (Dictyococcus)、胶网藻属(Dictyosphaerium)、泡双吸虫属(Didymocystis)、 Didymogenes、异形藻属(Didymosphenia)、丝藻属(Dilabifilum)、双形藻属 (Dimorphococcus)、锥囊藻属(Dinobryon)、球甲藻属(Dinococcus)、双绿藻属(Diplochloris)、双壁藻属(Diploneis)、 Diplostauron、 Distrionella、基纹鼓藻属 (Docidium)、竹枝藻属(Draparnaldia)、杜氏藻属(Dunaliella)、孔壳藻属 (Dysmorphococcus)、Ecballocystis、结锤藻属(Elakatothrix)、Ellerbeckia、内丝藻属 (Encyonema)、界午苔属(Enteromorpha)、内枝藻属(Entocladia)、Entomoneis、石囊藻属 (Entophysalis)、附金藻属(Epichrysis)、附钟藻属(Epipyxis)、窗纹藻属(Epithemia)、独 球藻属(Eremosphaera)、Euastropsis、凹顶鼓藻属(Euastram)、立方藻属(Eucapsis)、真 卵形藻属(Eucocconeis)、空球藻属(Eudorina)、裸藻属(Euglena)、裸藻门 (Euglenophyta)、短缝藻属(Eunotia)、Eustigmatophyta、双鞭藻属(Eutreptia)、Fallacia、 费氏藻属(Fischerella)、脆杆藻属(Fragilaria)、Fragilariforma、披朿丨J藻属(Franceia)、肋 缝藻属(Frastulia)、Curcilla、双胞藻属(Geminella)、短水绵属(Genicularia)、灰胞藻属 (Glaucocystis)、灰色藻门(Glaucophyta)、Glenodiniopsis、薄甲藻属(Glenodinium)、粘 球藻属(Gloeocapsa)、Gloeochaete、Gloeochrysis、圆球藻属(Gloeococcus)、胶囊藻属 (Gloeocystis)、Gloeodendron、 胶胞藻属(Gloeomonas)、Gloeoplax、 粘杆藻属 (Gloeothece)、胶丝藻属(Gloeotila)、胶剌藻属(Gloeotrichia)、Gloiodictyon、多芒藻属 (Golenkinia)、拟多芒藻属(Golenkiniopsis)、孢根藻属(Gomontia)、楔桥弯藻属 (Gomphocymbella)、异极藻属(Gomphonema)、束球藻属(Gomphosphaeria)、棒形鼓藻 属(Gonatozygon)、Gongrosia、角绿藻属(Goniochloris)、盘藻属(Gonium)、膝 口藻属 (Gonyostomum)、粒绿藻属(Granulochloris)、拟粒囊藻属(Granulocystopsis)、 Groenbladia、裸甲藻属(Gymnodinium)、溢丝鼓藻属(Gymnozyga)、布纹藻属 (Gyrosigma)、 红球藻属(Haematococcus)、Hafniomonas、Hallassia、 双尖藻属 (Hammatoidea)、Hannaea、菱板藻属(Hantzschia)、软管藻属(Hapalosiphon)、 Haplotaenium、定鞭藻门(Haptophyta)、Haslea、半沟藻属(Hemidinium)、Hemitonia、鸾 壳藻属(Heribaudiella)、异毛藻属(Heteromastix)、异线藻属(Heterothrix)、Hibberdia、 胭脂藻属(Hildenbrandia)、隐鞭藻属(Hillea)、Holopedium、须藻属(Homoeothrix)、管 鞘藻属(Hormanthonema)、皮襟藻属(Hormotila)、 Hyalobrachion、 Hyalocardium、明盘 藻属(Hyalodiscus)、透明棱藻属(Hyalogonium)、圆丝鼓藻属(Hyalotheca)、 Hydrianum、Hydrococcus、水鞘藻属(Hydrocoleum)、水条藻属(Hydrocoryne)、水网藻 属(Hydrodictyon)、水涟藻属(Hydrosera)、水树藻属(Hydruras)、蓝枝藻属(Hyella)、膜 胞藻属(Hymenomonas)、细绿藻属(Isthmochloron)、 Johannesbaptistia、,,粒藻属 (Juranyiella)、Karayevia、 尖目艮藻属(Kathablepharis)、Katodinium、 金杯藻属 (Kephyrion)、角球藻属(Keratococcus)、蹄形藻属(Kirchneriella)、克里藻属 (Klebsormidium)、Kolbesia、Koliella、Komarekia、Korshikoviella、Kraskella、拉氏藻属 (Lagerheimia)、烧瓶藻属(Lagynion)、丽枝藻属(Lamprothamnium)、鱼子菜属 (Lemanea)、鳞孑L 藻属(Lepocinclis)、钩端螺旋体属(Leptosira)、 Lobococcus、 Lobocystis、叶衣藻属(Lobomonas)、Luticola、鞘丝藻属(Lyngbya)、Malleochloris、鱼鳞 藻属(Mallomonas)、Mantoniella、射星藻属(Marssoniella)、Marty ana ^ 鞭鞘藻属 (Mastigocoleus)、胸隔藻属(Gastogloia)、直链藻属(Melosira)、平列藻属 (Merismopedia)、Mesostigma、中带鼓藻属(Mesotaenium)、微芒藻属(Micractinium)、 小星藻属(Micrasterias)、微毛藻属(Microchaete)、微鞘藻属(Microcoleus)、微胞藻属(Microcystis)、软壳藻属(Microglena)、微单胞菌属(Micromonas)、微孢藻属 (Microspora)、々、丛藻属(Microthamnion)、柄球藻属(Mischococcus)、单鞭金藻属 (Monochrysis)、蒜头藻属(Monodus)、 Monomastix、单针藻属(Monoraphidium)、礁膜 属(Monostroma)、转板藻属(Mougeotia)、拟转板藻属(Mougeotiopsis)、喙藻属 (Myochloris)、Myromecia、粘囊藻属(Myxosarcina)、瓶丝藻属(Naegeliella)、微绿球藻 属(Nannochloris)、类球藻属(Nautococcus)、舟形藻属(Navicula)、Neglectella、长篦藻 属(Neidium)、Nephroclamys、 形藻属(Nephrocytium)、Nephrodiella、 肾藻属 (Nephroselmis)、梭形鼓藻属(Netrium)、丽藻属(Nitella)、拟丽藻属(Nitellopsis)、菱形 藻属(Nitzschia)、节球藻属(Nodularia)、念珠藻属(Nostoc)、棕鞭藻属(Ochromonas)、 鞘藻属(Oedogonium)、Oligochaetophora、棘接鼓藻属(Onychonema)、Oocardium、卵囊 藻属(Oocystis)、具隙藻属(Opephora)、黄管藻属(Ophiocytium)、Orthoseira、亶员藻属 (Oscillatoria)、Oxyneis、厚枝藻属(Pachycladella)、四集藻属(Palmella)、掌网藻属 (Palmodictyon)、实球藻属(Pnadorina)、Pannus、Paralia、巴喧氏藻属(Pascherina)、 Paulschulzia.盘星藻属(Pediastrum)、柄钟藻属(Pedinella)、平藻属(Pedinomonas)、才旨 藻属(Pedinopera)、Pelagodictyon、柱形鼓藻属(Penium)、袋鞭藻属(Peranema)、拟多甲 藻属(Peridiniopsis)、多甲藻属(Peridinium)、Peronia、石藻属(Petroneis)、壳衣藻属 (Phacotus)、扁裸藻属(Phacus)、Phaeaster、褐皮藻属(Phaeodermatium)、褐藻门 (Phaeophyta)、Phaeosphaera、金枝藻属(Phaeothamnion)、席藻属(Phormidium)、叶楣藻 属(Phycopeltis)、Phyllariochloris、Phyllocardium、Phyllomitas、习习纹藻属(Pinnularia)、 Pitophora、Placoneis、 游丝藻属(Planctonema)、 浮球藻属(Planktosphaeria)、 Planothidium、织线藻属(Plectonema)、杂球藻属(Pleodorina)、Pleurastram、厚皮藻属 (Pleurocapsa)、侧枝藻属(Pleurocladia)、双盘藻属(Pleurodiscus)、斜纹藻属 (Pleurosigma)、侧链藻属(Pleurosira)、宽带鼓藻属(Pleurotaenium)、Pocillomonas、 Podohedra、多鞭藻属(Polyblepharides)、Polychaetophora、多角藻属(Polyedriella)、多突 藻属(Polyedriopsis)、Polygoniochloris、Polyepidomonas、Polytaenia、 素衣藻属 (Polytoma)、Polytomella、紫球藻属(Porphyridium)、Posteriochromonas、Prasinochloris、 绿枝藻属(Prasinocladus)、Prasinophyta、溪菜属(Prasiola)、Prochlorphyta、原绿发藻属 (Prochlorothrix)、原皮藻属(Protoderma)、原生管属(Protosiphon)、朴罗藻属 (Provasoliella)、三毛金藻属(Prymnesium)、Psammodictyon、Psammothidium、伪项圈藻 属(Pseudanabaena)、Pseudenoclonium、Psuedocarteria、Pseudochate、Pseudocharacium、 Pseudococcomyxa、Pseudodictyosphaerium、假金杯藻属(Pseudokephyrion)、伪瘤皮藻属 (Pseudoncobyrsa)、Pseudoquadrigula^ Pseudosphaerocystis、Pseudostaurastrum^ Pseudo stauro sira ^ Pseudotetrastram、 翼 膜藻属(Pteromonas)、Punctastraata、 Pyramichlamys、 塔胞藻属(Pyramimonas)、 甲藻门(Pyrrophyta)、 四毛藻属 (Quadrichloris)、Quadricoccus、并联藻属(Quadrigula)、芒球藻属(Radiococcus)、$畐丝 藻属(Radiofilum)、尖头藻属(Raphidiopsis)、Raphidocelis、针丝藻属(Raphidonema)、 Raphidophyta、Peimeria、棒条藻属(Rhabdoderma)、杆胞藻属(Rhabdomonas)、根枝藻属 (Rhizoclonium)、红胞藻属(Rhodomonas)、红藻门(Rhodophyta)、弯楔藻属 (Rhoicosphenia)、棒杆藻属(Rhopalodia)、胶须藻属(Rivularia)、Rosenvingiella、Rossithidium、Roya、栅藻属(Scenedesmus)、Scherffelia、Schizochlamydella、裂壁藻属 (Schizochlamys)、裂线藻属(Schizomeris)、裂须藻属(Schizothrix)、弓形藻属 (Schroederia)、 Scolioneis、电累翼藻属(Scotiella)、 Scotiellopsis、 Scourfieldia、双歧藻属 (Scytonema)、月牙藻属(Selenastrum)、月绿藻属(Selenochloris)、Sellaphora、 Semiorbis、褐胞藻属(Siderocelis)、拟铁囊藻属(Diderocystopsis)、 Dimonsenia、管线藻 属(Siphononema)、Sirocladium、链膝藻属(Sirogonium)、骨条藻属(Skeletonema)、群星 藻属(Sorastrum)、 Spermatozopsis、 Sphaerellocystis、 拟球藻属(Sphaerellopsis)、 Sphaerodinium、环藻属(Sphaeroplea)、瘤接鼓藻属(Sphaerozosma)、朿ll 胞藻属 (Spiniferomonas)、水绵属(Spirogyra)、螺带鼓藻属(Spirotaenia)、螺旋藻属 (Spirulina)、Spondylomoram、顶接鼓藻属(Spondylosium)、Sporotetras、Spumella、角星 鼓藻属(Staurastrum)、叉链藻属(Stauerodesmus)、幅节藻属(Stauroneis)、十字脆杆藻亚 属(Staurosira)、 Staurosirella、长习习藻属(Stenopterobia)、 Stephanocostis、冠盘藻属 (Stephanodiscus)、 冠孑L 藻属(Stephanoporos)、 Stephanosphaera> 裂丝藻属 (Stichococcus)、粘胶藻属(Stichogloea)、毛枝藻属(Stigeoclonium)、真枝藻属 (Stigonema)、柄球藻属(Stipitococcus)、斯特克藻属(Stokesiella)、陀螺藻属 (Strombomonas)、柄胞藻属(Stylochrysalis)、Stylodinium、柱钟藻属(Styloyxis)、绿柄球 藻属(Stylosphaeridium)、双菱藻属(Surirella)、Sykidion、束藻属(Symploca)、聚球藻属 (Synechococcus)、集胞藻属(Synechocystis)、针杆藻属(Synedra)、聚赭胞藻属 (Synochromonas)、黄群藻属(Synura)、平板藻属(Tabellaria)、Tabularia、Teilingia、切 ？包藻属(Temnogametum)、裂顶鼓藻属(Tetmemorus)、四球藻属(Tetrachlorella)、四环藻 属(Tetracyclus)、四链藻属(Tetradesmus)、 Tetraedriella、四角藻属(Tetraedron)、 Tetraselmis、四孢藻属(Tetraspora) > 四星藻属(Tetrastram) > 海链藻属(Thalassiosira) > 丛毛藻属(Thamniochaete)、Thermosynechococcus> Thorakochloris、红索藻属(Thorea)、 鸟巢藻属(Tolypella)、单歧藻属(Tolypothrix)、囊裸藻属(Trachelomonas)、 Trachydiscus、共球藻属(Trebouxia)、tit色藻属(Trentepholia)、四棘藻属(Treubaria)、黄 丝藻属(Tribonema)、束毛藻属(Trichodesmium)、Trichodiscus、小箍藻属(Trochiscia)、 盘杆藻属(Tryblionella)、丝藻属(Ulothrix)、辐尾藻属(Uroglena)、尾丝藻属 (Uronema)、尾管藻属(Urosolenia)、尾孢藻属(Urospora)、Uva、周泡藻属 (Vacuolaria)、无节藻属(Vaucheria)、团藻属(Volvox)、Volvulina、韦其if 藻属 (Westella)、网甲藻属(Woloszynskia)、多棘鼓藻属(Xanthidium)、黄藻门 (Xanthophyta)、异球藻属(Xenococcus)、双星藻属(Zygnema)、拟双星藻属 (Zygnemopsis)和Zygonium。而在另外的相关实施方式中，本发明提供的工程细胞源自 于绿曲挠菌属(Chloroflexus)、绿丝菌属(Chloronema)、颤绿菌属(Oscillochloris)、螺丝 菌属(Heliothrix)、滑柱菌属(Herpetosiphon)、玫瑰弯菌属(Roseiflexus)、和热微菌属 (Thermomicrobium)的细胞。绿色硫菌选自于绿菌属(Chlorobium)、格状绿菌属 (Clathrochloris)和突柄绿菌属(Prosthecochloris)。 紫色硫细菌选自于以下菌属 Allochromatium、 着色菌属(Chromatium)、 盐着色菌属(Halochromatium)、 Isochromatium、Marichromatium > 小红卵菌属(Rhodovulum)、热着色菌属 (Thermochromatium)、荚硫菌属(Thiocapsa)、硫红球菌属(Thiorhodococcus)禾口囊硫菌属(Thiocystis)。紫色非硫细菌选自于褐螺菌属(Phaeospirillum)、Rhodobaca、红细菌属 (Rhodobacter)、红微菌属(Rhodomicrobium)、红球形菌属(Rhodopila)、红假单胞菌属 (Rhodopseudomonas)、红海菌属(Rhodothalassium)、红螺菌属(Rhodospirillum)、 Rodovibrio和玫瑰螺旋菌属(Roseospira)；需氧的化能无机营养菌选自硝化细菌 (nitrifying bacteria)、硝化杆菌科的种(Nitrobacteraceae sp.)、硝化细菌属的种(Nitrobacter sp.)、硝化刺菌属的种(Nitrospinasp.)、硝化球菌属的种(Nitrococcus sp.)、硝化螺菌属的 种(Nitrospira sp.)、亚硝化单胞菌属的种(Nitrosomonas sp.)、亚硝化球菌属的种 (Nitrosococcus sp.)、亚硝化螺菌属的种(Nitrosospira sp.)、亚硝化叶菌属的种 (Nitrosolobus sp.)、亚硝化弧菌属的种(Nitrosovibrio sp.)；无色硫细菌如卵硫细菌属的种 (Thiovulum sp.)、硫杆菌属的种(Thiobacillus sp.)、硫微螺菌属的种(Thiomicrospira sp.)、硫球形菌属的种(Thiosphaera sp.)、高温毛发菌属的种(Thermothrix sp.)；专性化 能无机营养氢细菌如氢杆菌属的种(Hydrogenobacter sp.)，铁和锰氧化和/或沉淀细菌如 铁球菌属的种(Siderococcus sp.)，及磁性细菌(magnetotactic bacteria)如水螺菌属的种 (Aquaspirillum sp)；古细菌(archaeobacteria)选自于产甲烷古细菌如甲烷杆菌属的种 (Methanobacterium sp.)、甲烧短杆菌属的种(Methanobrevibacter sp.)、甲烧嗜热菌属的种 (Methanothermus sp.)、甲烷球菌属的种(Methanococcus sp.)、甲烷微菌属的种 (Methanomicrobium sp.)、甲烷螺菌属的种(Methanospirillum sp.)、产甲烷菌属的种 (Methanogeniumsp.)、甲烷八叠球菌属的种(Methanosarcina sp.)、甲烷叶菌属的种 (Methanolobus sp.)、甲烷丝菌属的种(Methanothrix sp.)、拟甲烷球菌属的种 (Methanococcoides sp.)、甲烷盘菌属的种(Methanoplanus sp.)；极端嗜热硫代谢菌如热变 形菌属的种(Thermoproteus sp.)、热网菌属的种(Pyrodictium sp.)、硫化裂片菌属的种 (Sulfolobus sp.)、嗜酸菌属的种(Acidianus sp.)，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、酿酒酵 母(Saccharomyces cerevisiae)、链霉菌属的种(Streptomyces sp.)、雷尔氏菌属的种 (Ralstonia sp.)、红球菌属的种(Rhodococcus sp.)、棒状杆菌属的种(Corynebacteria sp.)、 短杆菌的种CBrevibacteria sp.)、分枝杆菌的种(Mycobacteria sp.)和产油酵母；及嗜极 菌，选自延胡索酸火叶菌(Pyrolobus fumarii) ； Synechococcus lividis、嗜温菌、低温微生 物、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)、昆虫类、耐辐射奇球菌(Deinococcusradiodurans)、嗜 压微生物(piezophiles)、适压微生物(barophiles)、耐超重生物、耐低重生物、耐真空生 物、节肢动物(tardigrades)、昆虫类(insects)、微生物种子(microbes seeds)、耐干燥脱水 生活生物(dessicant tolerant anhydrobiotic organism)、而t旱生物、商虫(Artemiasalina)、线 虫类、微生物类、真菌、地衣类、耐盐生物、嗜盐生物、盐杆菌科(halobacteriacea)、杜 氏盐藻(Dunaliella salina)、耐PH生物、嗜碱菌(alkaliphiles)、嗜盐碱杆菌 (Natronobacterium)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus) OF4、螺旋藻属的种(Spirulina spp.)、嗜酸细菌(acidophiles)、 Cyanidium caldarium、 Ferroplasma sp.、不能而才受氧的厌 氧菌(anaerobes)、詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)、耐部分氧的微需气菌、梭 菌属(Clostridium)、需要氧气的需氧菌、耐纯(02的耐气生物体、Cyanidium caldarium、 而才金属生物体、而f 金属菌(metalotolerant)、Ferroplasma acidarmanus Ralstonia sp.CH34。
然而在其他实施方式中，本发明提供的工程细胞源自拟南芥(Arabidopsis thaliana)、柳枝黍(Panicum virgatum)、巨芒(Miscanthusgiganteus)禾口玉米(Zeamays (植物))、布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)、莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)禾口杜 氏盐藻(Dunaliela salina(海藻))、聚球藻 PCC7002 (Synechococcus PCC 7002 种)、聚球 藻 PCC7942 (Synechococcus PCC 7942 种)、集胞藻 PCC6803 (Synechocystis PCC6803 种) 禾口 Thermosynechococcus elongatus BP—1 (蓝细菌)、微温绿菌(Chlorobium tepidum(绿 色硫细菌))、橙色绿屈挠菌(Chloroflexusauranticus)(绿色非硫细菌)、微温着色菌 (Chromatium tepidum)和酒色着色菌(Chromatium vinosum (紫色硫细菌属))、深红红 螺菌(Rhodospirillum rubram)、荚膜红细菌(Rhodobactercapsulatus)和沼泽红假单胞菌 (Rhodopseudomonas palusris (紫色细菌))。在另外的实施方式中，本发明提供的工程细胞是杨氏棱菌(Clostridium ljungdahlii)、 热纤梭菌(Clostridium thermocellum)、 产黄青霉菌(Penicillium chrysogenum)、毕赤酵母(Pichia pastoris)、酉良酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、粟酒裂 殖酵母(Schizosaccharomycespombe)、焚光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)或运动发
酵假单胞菌细胞。在某些实施方式中，本发明所提供的工程细胞能够进行或调节选自于光合作 用、硫酸盐还原、甲烷生成、乙酸生成(acetogenesis)、还原性TCA循环、卡尔文循环、 3-HPA循环和3HP/4HB循环的至少一个代谢途径。在某些其它实施方式中，本发明提供了一种生产碳基目的产物或其中间体的方 法，包括将一个或多个工程核酸引入固碳生物中，其中所述工程宿主细胞能够利用最少 量的光能直接从二氧化碳和水合成碳基目的产物，培养所述工程宿主细胞，然后从所述 工程细胞或培养基分离碳基目的产物。在一相关的实施方式中，该细胞是在光生物反应 器中培养。在另一相关实施方式中，该碳基目的产物是被细胞释放、渗透或输出。在再 另一相关实施方式中，碳基产物是分离自细胞培养基。在一些实施方式中，本发明提供的工程细胞能够产生碳基目的产物，其特征在 于具有约63.5至约66的-δ ρ (%0)和约37.5至40的-D (%0)。本发明还提供了一种将碳基目的产物的产生和与产生碳基目的产物相关的工程 光合自养生物体吸收的二氧化碳货币化的方法，包括对所述工程光合自养生物体产生 的所述产物的量进行定量；对与产生的所述产物的所述量相关的吸收二氧化碳的量进行 定量；根据市场价值对所述产物的所述量进行估值；对与产生的所述产物的量相关的所 述吸收的二氧化碳的量进行估值；及通过出售所述产物的所述量和向碳市场出售C02排 碳权，将产生的所述产物和与产生所述产物的所述量相关的吸收的二氧化碳的所述量货 币化。


图I(A-O)提供了在生产碳基目的产物中可以在本发明的二氧化碳固定工程微生 物中表达、上调、弱化或敲除的经确认的各种基因。图2提供了产生乙醇、琥珀酸及其它衍生物的途径的实例。图3提供了由GAP产生乙烯的示意图。图4提供了正链烷烃和脂肪醇合成途径的实例。图5提供了产生几种不同化学产物琥珀酸、谷氨酸、衣康酸和3-羟基丙酸的途径的实例。图6提供了琥珀酸或3-羟基丙酸转化为各种化学产物的示意图。图7提供了谷氨酸或衣康酸转化为各种化学产物的示意图。图8提供了从琥珀酸产生丁二醇的途径的示意图。图9显示了对照的聚球菌(Synechococcus) 7002菌株的GC/FID色谱。图10显示了 7002/efe_rs重组菌株的GC/FID色谱。图11图示了选择的产乙醇细菌(ethanologens)随着时间变化的光密度。图12图示了上清液中培养物的乙醇浓度随时间的变化。图13图示了上清液中培养物的乙醛浓度随时间的变化。图14图示了上清液中培养物的乙醇与乙醛的比率随时间的变化。图15图示了上清液中培养物的乙醇浓度与OD(730nm)的比率随时间的变化。图16图示了在TMS-衍生的α -D-葡萄糖和β _D_葡萄糖洗脱的保留时间窗中 JCC342c、JCC545和JCC547的总离子色谱图。为了清晰，省略了 JCC543痕迹。图17图示了在TMS-衍生的蔗糖洗脱的保留时间窗中JCC342c、JCC545和 JCC546的总离子色谱图。细胞密度如图16中所示。为了清晰，省略了 JCC543痕迹。图18显示了用于分析麦芽糖存在的JCC738(顶部痕迹)和JCC724(底部痕迹) 的典型GC/MS色谱。显出了 α -麦芽糖和β -麦芽糖的峰。图19是以mg/L给出的细胞抽提物沉淀中培养物的麦芽糖量的图表。图20描述了用以分析乙酯存在的菌株的典型GC/FID色谱。显示了肉豆蔻酸乙 酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、乙酸乙酯和硬脂酸乙酯的峰。(A)JCC879(抗性标记)236h 时间点，#1 瓶；(B) JCC750 (Paphll-tesA) 236h 时间点，#1 瓶；(C) JCC803 (lacIqPtrc-tes A-fadD-wax) 236h 时间点，#1 瓶；(D) JCC723 (Paphll-tesA-fadD-wax) 236h 时间点，#1 瓶。图21描绘了与甲醇(顶部痕迹)或乙醇(底部痕迹)一起孵育的JCC803的细胞 抽提物沉淀的GC/MS色谱图。标出了甲酯(MEs)或乙酯(EEs)产生的峰。
具体实施例方式缩略语和术语提供下列术语和方法的解释以更好地描述本发明，以及指导本领域普通技术人 员实践本发明。本文所使用的“包含”是指“包括”，且除非上下文另有明确表示，单 数形式“一”或“一个”或“该”包括复数指代。例如，提到“包含一细胞”包括一 个或多个这样的细胞，以及提到“包含该硫酯酶”包括指一种或多种硫酯酶肽和本领域 普通技术人员知道的其等同物，等等。除非上下文另有明确表示并非如此，术语“或” 是指所述的可替代成分中的单一成分或者两个或多个成分的组合。除非另有说明，本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普 通技术人员一般理解相同的含义。虽然在本发明的实践和实验中可以使用与本文所述类 似或等效的方法和材料，下面描述了合适的方法和材料。材料、方法和实施例仅仅是说 明性的，而非意在限制。本发明的其他特征从下面的详细说明和权利要求来看是很清楚 的。
登录号本说明书通篇的登录号来源于NCBI数据库(美国国立生物技术信息 中心)，该数据库由美国国立卫生研究院维持。该登录号由2008年2月1日的数据库提 {共。酶分类号(EC)本说明书通篇的EC号来源于KEGG配体数据库，该数据库由 东京大学部分主办的京都基因与基因组百科全书维持。该EC号码由2008年2月1日的 数据库提供。氨基酸DNA分子中的核苷酸三联体(被称为密码子)编码肽中的氨基酸。术 语密码子也用于mRNA中对应的(和互补的)三核苷酸的序列，其中DNA序列转录为该 mRNAo弱化本文所用的该术语一般指功能缺失，包括基因序列或控制基因序列转录 的序列的突变、部分或完全缺失、插入或者其它变异，其减少或抑制该基因产物的产生 或使该基因产物没有功能。在某些情况中，功能缺失被描述为敲除突变。弱化还包括通 过改变核酸序列、将该基因至于较弱的启动子控制下、下调、表达干扰RNA、核酶或靶 向目的基因的反义序列、或通过本领域熟知的任何其它技术产生的氨基酸序列变化。在 一个实例中，特定酶对反馈抑制或者由非作为产物或反应物(非途径特异性反馈)的成 分引起的抑制作用的敏感度降低，导致酶活性没有受到化合物存在的影响。在其它情况 中，已经被改变成为较低活性的酶可称为弱化的。“碳基目的产物”包括醇类如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、脂肪醇、脂肪酸 酯、蜡酯；烃和链烷烃，如丙烷、辛烷、柴油、喷气发动机燃料(JetPropellanOS，聚合 物如对苯二甲酸盐、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、多元醇、多羟基链烷酸酯(PHAs)、 多羟基丁酸酯(PHBs)、丙烯酸盐、己二酸、ε-己内酯、异戊二烯、己内酰胺、橡胶； 商业化学品如乳酸盐、二十二碳六烯酸(DHA)、3-羟基丙酸盐、Y-戊内酯、赖氨酸、 丝氨酸、天门冬氨酸盐、天门冬氨酸、山梨醇、抗坏血酸盐、抗坏血酸、异戊烯醇、羊 毛甾醇、《-3DHA、番茄红素、衣康酸盐、1，3-丁二烯、乙烯、丙烯、琥珀酸盐、柠 檬酸盐、柠檬酸、谷氨酸盐、苹果酸盐、3-羟基丙酸(ΗΡΑ)、乳酸、THF、Y-丁内酯、 吡咯烷酮、羟丁酸盐、谷氨酸、乙酰丙酸、丙烯酸、丙二酸；特种化学品如类胡萝卜 素、类异戊二烯、衣康酸；药物或药物中间体，如7-氨基去乙酰氧基头孢烯酸(7-amino desacetoxycephalosporonic acid)、头孢菌素、红霉素、聚酮、抑制素、紫杉醇、多烯紫杉 醇、萜烯、肽、类固醇、ω-脂肪酸和其它适合的目的产物。这些产品可用于生物燃料、 工业和特种化学品、作为用于制造其他产品(如营养补充剂、营养保健品、聚合物、石 蜡替代品、个人护理产品和药物)的中间体。缺失从核酸分子中删除一个或多个核苷酸或者从蛋白质中删除一个或多个氨 基酸，从而将两侧区域接合在一起。DNA 脱氧核糖核酸。DNA是一种长链聚合体，其中包含了大多数存活生物体 的遗传物质(一些病毒具有包含核糖核酸，RNA的基因)。DNA聚合体中的重复单元是 4种不同的核苷酸，其各包含四种碱基之一，结合于脱氧核糖的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶 和胸腺嘧啶，磷酸基团也结合于脱氧核糖。内源性的本文用到的有关于核酸分子和特定的细胞或微生物，指的是是在细 胞内而非利用重组工程技术引入到细胞(或其祖细胞)中的核酸序列或肽。例如，当细胞最初从自然界分离时，基因就存在于该细胞中。如果激活转录或翻译的控制序列(如 启动子或增强子序列)已经通过重组技术发生改变，该基因仍然被认为是内源性的。“酶活性”本文所使用的术语“酶活性”意思是所指的酶(如“乙醇脱氢酶 活性”)在以下方面具有可测量的属性，例如，底物比活性、pH值、最适温度、作为参 考酶(如乙醇脱氢酶)编码的活性的酶活性的其它标准量度。此外，如通过BLAST检索 测量的，该酶在核酸或氨基酸水平上与参考酶序列具有至少90%的同一性。外源性的如本文中使用的有关于核酸分子和特定的细胞或微生物，指的是当 细胞最初从自然界分离时并不存在于细胞中的核酸序列或肽。例如，核酸源自不同的微 生物并利用重组DNA技术或用于递送所述核酸的其它方法工程转化到另一细胞中的核酸 是异源性的。表达基因的编码信息转化为细胞的结构和功能(如蛋白质、转运RNA或核糖 体RNA)的过程。被表达的基因包括那些被转录成mRNA并然后翻译成蛋白质的基因， 以及那些被转录成RNA但没有被翻译成蛋白质(如转运和核糖体RNA)的基因。表达控制序列用于本文中是指影响其可操作地连接的编码序列的表达所必需 的多核苷酸序列。表达控制序列是控制核酸序列的转录、转录后事件和翻译的序列。表 达控制序列包括适当的转录起始、终止、启动子和增强子序列；高效RNA加工信号如剪 接和多聚腺苷酸化信号；稳定胞质mRNA的序列；提高翻译效率的序列(如核糖体结合 位点)；增强蛋白质稳定性的序列；和需要时，提高蛋白质分泌的序列。这种控制序列 的性质随宿主生物体而不同；在原核生物中，这种控制序列一般包括启动子、核糖体结 合位点和转录终止序列。术语“控制序列”意在包括至少其存在对于表达所必需的所有 成分，且还可以包括其存在是有利的其他成分，例如，前导序列和融合配体序列。过表达当一个基因与该基因的内源性转录率相比使得以提高的速率被转录。 在一些实例中，过表达另外包括与该基因的内源性翻译率相比，该基因翻译速率提高。 检测过表达的方法是本领域熟知的，例如，可利用逆转录酶聚合酶链反应(RT-PCR)评 价转录RNA的水平和可利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析评价 蛋白质水平。此外，当基因相对于其内源性活性显示出增高的活性时，其被认为是过表 达，这可能例如，通过减小其抑制剂的浓度或活性或通过表达活性提高的其突变体而发 生。在优选的实施方式中，当宿主细胞编码具有所需生化活性的内源基因时，有利的是 过表达外源基因，这使得能够更明确地在发酵中的调控，也是有效地减轻集中于内生基 因显性的中央代谢调控影响的手段。下调一个基因与该基因的内源性转录率相比使得以降低的效率被转录。在一 些实例中，下调另外包括与该基因的内源性翻译率相比该基因翻译水平降低。检测下调 的方法是本领域熟知的。例如，可利用RT-PCR评价转录RNA水平和可利用SDS-PAGE 分析评价蛋白质水平。敲除表达水平或活性降低到零的基因。在一些实例中，基因通过部分或全部 其编码序列的缺失敲除。在其它实例中，基因是通过在其开放阅读框中引入一个或多个 核苷酸敲除，其导致无义或其它非功能性蛋白质产物的翻译。自养生物自养生物(或自养的生物体)是从简单的无机分子和外部的能源，如 光(光合自养生物)或无机化合物的化学反应，产生复杂的有机化合物的生物体。
烃该术语通常指由元素碳(C)、氢(H)和任选的氧(O)组成的化学化合物。 基本上有三种类型的烃，如芳烃、饱和烃和不饱和烃，如烯烃、炔烃和二烯烃。本术语 还包括燃料、生物燃料、塑料、蜡、溶剂和油类。烃包括生物燃料，以及塑料、蜡、溶 剂和油类。“不混溶的”或“不混溶性”是指化合物在水中相对不能溶解，并由化合物的 分配系数定义。分配系数，P，定义为化合物在有机相(两相体系中，有机相通常是在生 产过程中由脂肪酸衍生物形成的相，但在一些实例中，可以提供有机相(如辛烷层以利 于产物的分离))中的平衡浓度除以其在水相中(即发酵培养液)的平衡浓度。当描述一 个两相系统时，通常以IogP来讨论P。IogP为10的化合物以10 1分配到有机相中， 而IogP为0.1的化合物以10 1分配到水相。生物合成途径也称为“代谢途径”，是指一系列合成代谢或分解代谢的生化 反应，用以将一种化学物质转化(改变)为另一种。例如，烃生物合成途径指将输入物和 /或代谢产物转化成类似烃产物的中间体，然后转化成烃或烃产物的一系列生化反应。合 成代谢途径包括从较小分子构建较大分子，是需要能量的过程。分解代谢途径涉及降解 较大的分子，通常释放能量。纤维素纤维素[(C6HltlO5)n]是β葡萄糖的长链聚合物多糖碳水化合物。它形 成植物的初级结构组分，并且不能被人类消化。纤维素是植物细胞壁中的常见物质，并 于1838年首次被注意到。它只有在棉花纤维中以几乎纯的形式存在；在所有植物材料 中，其被发现与木质素和任何半纤维素结合。生物燃料生物燃料是从生物源获得的任何燃料。生物燃料是指一种或多种的 烃、一种或多种的醇类、一种或多种的脂肪酯或其混合物。优选地，使用液态烃。“燃料组分”是用来配制燃料组合物的任何化合物或化合物的混合物。有“主 燃料组分”及“次燃料组分”。主燃料组分以至少50%体积存在于燃料组合物中，次燃 料组分以少于50%存在于燃料组合物中。燃料添加剂是次燃料组分。本文所公开的类异 戊二烯化合物其自身或与其它燃料组分混合可以是主组分或次组分。本文所使用的，作为“基本上纯的”化合物的组合物基本上没有一种或多种其 它化合物，即基于该组合物的总体积，该组合物包含多于80vol.%、多于90vol.%、多于 95vol. % > 多于 96vol. %、多于 97vol. %、多于 98vol. %、多于 99vol. %、多于 99.5vol. %、 多于99.6vol.%、多于99.7vol.%、多于99.8vol.%或多于99.9vol.%的该化合物；或者少于 20vol. %> 少于 10vol. %、少于 5vol. %、少于 3vol. %、少于 lvol.%、少于 0.5vol. %、少于 O.lvol.%或少于0.01vol.%的一种或多种其它化合物。核酸分子该术语包括RNA和DNA分子，包括但不限于cDNA、基因组DNA
和mRNA，且还包括合成核酸分子，例如那些化学合成或重组地产生的核酸分子。该核 酸分子可以是双链的或单链的，环状的或线形的。如果是单链的，该核酸分子可以是有 义链或反义链。工程核酸“工程核酸”是包括至少一个与天然存在的核酸分子不同的核酸分 子。工程核酸包括所有外源修饰和未修饰的异源序列(即源自该工程核酸植入的生物体 或细胞以外的其它生物体或细胞的序列)以及被修饰、突变的或与天然存在的序列相比 包含缺失或插入的内源基因、操纵子、编码序列或者非编码序列。工程核酸还包括与它们并非天然地相关的诱导型启动子或其它控制序列连接的所有核酸序列，不论其起源。适当的发酵条件。该术语一般是指使微生物产生碳基目的产物的发酵培养基和 可用pH值、温度、通气水平等进行调节的条件，优选地最佳条件。为确定培养条件是否 可以使产物产生，可在接种后对微生物培养约24小时至一星期，并可获得和分析样品。 测试样品或培养基中的细胞以检验目的产物的存在，其中该细胞在该培养基中生长。分离的“分离的”核酸或多核苷酸(例如，RNA、DNA或混合聚合物)是基 本上与在其天然宿主细胞中天然地与该原始多核苷酸相伴的其它细胞成分(如与其天然 相关的核糖体、聚合酶和基因组序列)分离的核酸或多核苷酸。该术语包含以下的核酸 或多核苷酸(1)已经从它的天然存在环境移除，(2)与该“分离的多核苷酸”天然发现 时所在的多核苷酸中的所有或部分不相关，(3)可操作地连接于其在自然界中并未与其连 接的多核苷酸，或者(4)在自然界中不存在。术语“分离的”或“基本上纯的”也可 以被用于指重组或克隆的DNA分离物、化学合成的多核苷酸类似物或者是异源系统生物 合成的多核苷酸类似物。然而，“分离的”并不一定要求如此描述的核酸或多核苷酸其 本身已经从其原始环境中移除。例如，如果异源序列(即不是天然地与生物体基因组中 的内源性核酸序列毗邻的序列)被置于与该内源性核酸序列毗邻以至该内源性核酸序列 的表达被改变，则该内源性核酸序列被认为是“分离的”。举例来说，可以用非原始启 动子序列取代(如通过同源重组)人体细胞基因组中基因的原始启动子，以至该基因具有 改变的表达模式。该基因现在将成为“分离的”，因为它与至少一些天然地位于其侧翼 的序列分开。如果核酸包含基因组中相应的核酸非天然地发生的任何变化，该核酸也被 认为是“分离的”。例如，内源性编码序列被认为是“分离的”，如果它包含插入、缺 失或人工地引入的点突变，例如人为干预。“分离的核酸”还包括在不同位点整合到宿 主细胞染色体中的核酸以及作为游离基因存在的核酸构建体。此外，“分离的核酸”可 以基本上没有其它细胞物质，或通过重组技术产生时基本上没有培养基，或在化学合成 时基本上没有化学前体或者其它的化学物质。该术语也包含在宿主细胞中通过重组表达 制备的核酸分子和蛋白质以及化学合成的核酸分子和蛋白质。可操作地连接当第一个核酸序列处于与第二个核酸序列的功能性关系中时， 第一个核酸序列与第二个核酸序列可操作地连接。例如，如果启动子影响编码序列的转 录或表达，该启动子与编码序列可操作地连接。一般地，可操作地连接的DNA序列是连 续的且必要时在同一阅读框中结合两个蛋白质编码区域。串联地转录为单个信使RNA的 独立基因的构型被称为操纵子。因此，将基因紧密地置于单一启动子的转录调控下(例 如，置于质粒载体中)构成合成操纵子。纯化的术语纯化的不需要绝对的纯度，相反，它是一个相对的术语。因此， 例如，纯化产物的制剂是其中该产物比该产物在细胞内的环境中更浓缩的制剂。例如， 纯化的蜡是基本上与共可能相伴的细胞成分(核酸、脂类、碳水化合物和其它肽)分离的 蜡。在另一个实例中，纯化的蜡的制剂是其中该蜡基本上没有污染物的制剂，如那些发 酵后可能存在的污染物。在一个实例中，脂肪酸酯是纯化的，当至少约50%重量的样品由脂肪酸酯组成 的，例如当至少约60%、70%, 80%, 85%, 90%, 92%, 95%, 98%或99%或更多的 样品是由脂肪酸酯组成。可用于纯化蜡、脂肪醇和脂肪酸酯的方法的实例是本领域的普通技术人员熟知的，并叙述如下。图4中提供了正链烷烃和脂肪醇合成途径的实例。可检测的能够具有利用本说明书全文描述的各种分析方法或本领域的普通技 术人员熟知的其它方法确定的存在物或存在量。重组重组核酸分子或蛋白质是具有非天然地存在的序列、具有通过人工组合 两个另外分离的序列片段制成的序列，或具有两者的核酸分子或蛋白质。该人工组合可 以，例如，通过化学合成或通过人工操纵分离的核酸分子或蛋白质片段(如基因工程技 术)而实现。重组也用于描述已被人工操纵但含有该核酸从中分离的生物体中发现的相 同调控序列和编码区域的核酸分子。本文所使用的术语“重组宿主细胞”(“表达宿主细胞”、“表达宿主系统”， “表达系统”或简称“宿主细胞”)是指重组载体被引入的细胞，例如，包含酰基CoA合
成酶的载体。应该理解，这些术语意在不仅指特定的对象细胞，还指这种细胞的后代。 因为可能由于突变或者环境影响而在后续世代中产生特定变化，实际上这些后代可能与 亲本细胞不同，但仍然被包含在本文使用的术语“宿主细胞”的范围内。重组宿主细胞 可能是分离的细胞或培养基中生长的细胞系或可能是驻留在活组织或生物体中的细胞。释放化合物从细胞内部(细胞内)到细胞外部(细胞外)的移动。该运动可 以是主动的或被动的。当释放是主动的，它可以由一个或多个转运肽促进，且在某些实 例中可能消耗能量。当释放是被动的，它可以是通过跨膜的扩散，且可以通过不断从细 胞外环境收集所需的化合物而促进，从而促进进一步扩散。化合物的释放也可以通过裂 解细胞完成。表面活性剂能够减少他们溶解于其中的液体的表面张力的物质。它们通常由 水溶性的头部和烃链或尾部组成。水溶性基团是亲水性的，且可以是离子型的或非离子 型的，而烃链是疏水性的。表面活性剂可用于多种产品中，包括洗涤剂和清洁剂，且也 用作纺织、皮革和纸张的助剂，用于化学过程中，用在化妆品和药品中，用在食品工业 中和农业中。此外，他们可被用于帮助提取和分离原油，原油据发现很难进入环境或作 为水乳液。有四种具有不同用途的表面活性剂。阴离子表面活性剂具有类似洗涤剂的活 性，且通常被用于清洁用途。阳离子表面活性剂含有长链烃，且常用于处理蛋白质和合 成聚合物，或者是织物软化剂和护发剂的成分。两性表面活性剂也含有长链烃并通常用 于洗发剂中。非离子型表面活性剂通常用于清洁产品中。载体本文所使用的术语“载体”是指核酸分子，该核酸分子能够将输送其连 接的另一核酸。一种类型的载体是“质粒”，其指环形双链DNA环，另外的DNA片段 可被接合到该双链DNA环中。其它载体包括粘粒、细菌人工染色体(BACs)和酵母人工 染色体(YACs)。另一种载体类型是病毒载体，其中另外的DNA片段可被接合到该病毒 基因组中(下面更详细地讨论)。某些载体能够在其引入的宿主细胞中自我复制(例如， 具有复制起点的载体，该复制起点在宿主细胞中起作用)。其它载体可以在引入宿主细胞 中时整合到宿主细胞的基因组中，并从而与宿主基因组一起复制。此外，某些优先的载 体能指导与其可操作地连接的基因的表达。这类载体在此被称为“重组表达载体”(或 简单地称作“表达载体”)。载体也可以包含一个或多个选择标记基因和本领域已知的 其它基因元件。
蜡在一系列确定的物理条件下形成固体或柔韧物质的多种脂肪酸酯。被称为 蜡的脂肪酸酯通常具有比非蜡的脂肪酸酯更长的碳链。例如，蜡在室温下通常形成柔韧 物质。脂肪酯包括由脂肪酸形成的任何酯。脂肪酸中的碳链可以包含本文所述修饰 的任何组合。例如，碳链可以包含一个或多个不饱和点、一个或多个分支点，包括环状 的分支，并可被工程化为短的或长的。任何醇可以用来形成脂肪酸酯，例如从脂肪酸生 物合成途径获得的醇，通过非脂肪酸生物合成途径的生产宿主所产生的醇，以及在发酵 液中供应的醇。脂肪酸包括部分地从宿主生物体的脂肪酸生物合成途径形成的产物或其衍生 物。脂肪酸生物合成途径包括可以如本文所述工程化以产生脂肪酸衍生物的脂肪酸合成 酶，且在一些实例中可以与其它的酶一起表达以产生具有所需的碳链特征的脂肪酸衍生 物。典型的脂肪酸衍生物包括，例如，短和长链醇、烃和包括蜡的脂肪酸酯。对微生物 工程化以产生碳基产物的一般方法本发明的方法是根据代谢工程的原理并使用例如在如W02007/136762和WO 2007/139925 (其各通过引用整体和全面地引入)中所述的工程化途径以从光合自养生物 捕获的能量生产产物。通常，碳基目的产物是通过在如本文所述的光合自养微生物(例 如，蓝细菌)中表达如图1所述的基因或一组基因而产生的。如本文的实施例(如施实 例1)中所述构建质粒以表达用于产生碳基产物的各种不同的蛋白质。构建体可以合成制 备或使用标准分子生物学方法制备，且所有的克隆基因被置于组成型或诱导型启动子的 控制下。包含目标基因的质粒被转化到宿主中，并在补充有抗体(如奇霉素、羧苄青霉 素等)的LB培养板中选择相应的转化体。使用标准的分子生物学技术，核酸分子已经引 入其中的细胞经转化以表达或过表达所需的基因而其它核酸分子被弱化或功能缺失。可 以将核酸分子引入这种细胞的转化技术，包括但不限于用病毒载体转染、接合、用质粒 载体转化、以及通过电穿孔、脂质体转染、和粒子枪加速引入裸DNA。将转化体接种到 适当的培养基中。含有转化体的样本在振动器上生长在合适的温度下直到他们达到一定 的OD。然后这些细胞旋转落下，且悬浮细胞沉淀。分离技术使样本可以进行GC/MS 分析。测定总产量。生产碳基目的产物的选择或工程微生物微生物包括来自于古细菌、细菌和真核生物域的原核的和真核微生物物种， 真核生物域包括酵母和丝状真菌、原生生物、藻类或较高等的原生生物。术语“微生物 细胞”和“微生物”可以与术语微生物互补使用。可以转化多种宿主生物以产生目的产物。光合自养生物体包括真核植物和藻 类，以及原核蓝细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌和紫色非硫细菌。适合的生物包括耐受各种环境参数(如温度、辐射、压力、重力、真空、干 燥、盐度、pH值、氧含量以及化学品)的嗜极生物。它们包括超嗜热菌，其生长 在80°C或高于80°C下，如延胡索酸火叶菌；嗜热细菌，其生长在60-80°C之间，如 Synechococcus Iividis ；中温菌，其生长在15_60°C之间和低温微生物，其生长在15°C或低 于15°C，如嗜冷杆菌(Psychrobacter)和一些昆虫。耐辐射生物体包括耐辐射奇球菌。耐 压力生物体包括嗜压微生物或适压微生物，其耐受130MPa的压力。还涉及耐受超重力(如，>lg)、低重力(例如，< Ig)的生物。真空耐受生物包括节肢动物、昆虫、微生 物和种子。干燥耐受的和脱水生活生物体包括耐旱生物如卤虫；线虫、微生物、真菌和 地衣。耐盐微生物包括嗜盐生物(如2-5M氯化钠)盐杆菌科和杜氏盐藻。耐pH生物包 括嗜碱菌，如嗜盐碱杆菌属、坚强芽孢杆菌OF4、螺旋藻属的种(Spirulina spp.)(例如， pH 值> 9)和嗜酸细菌如 Cyanidium caldarium, Ferroplasma sp.(例如，低 pH 值)。厌氧 菌(其不能耐受氧气)如詹氏甲烷球菌(Methanococcusjannaschii)；微需气菌(其能耐受 部分氧)如梭菌属(Clostridium)，以及需氧菌(其需要氧气)。耐气生物体(Gas tolerant organism,其耐受纯二氧化碳)包括Cyanidium caldarium和耐金属生物体包括耐金属菌 如Ferroplasma acidarmanus(如铜、砷，镉，锌)，雷尔氏菌CH34种(例如，锌，钴， 锚，萊，铅Gross，Michael.Life on the Edge AmazingCreatures Thriving in Extreme Environments.New York Plenum (1998)禾口 Seckbach, J. " Search for Life in the Universe with Terrestrial MicrobesWhich Thrive Under Extreme Conditions. " In Cristiano Batalli Cosmovici， StuartBowyerfPDanWertheimer, eds.， Astronomical and BiochemicalOrigins and the Search for Life in the Universe，p.511.Milan EditriceCompositori (1997)。植物包括但不限于以下属拟南芥属、甜菜属、大豆属、麻风树属、芒属、黍 属、薦草属、杨属、甘蔗属、柳属、油蜡树属和玉蜀黍属。藻类和蓝细菌包括但不限于以下属朿Ij菊石属、Acanthococcus、Acaryochloris、曲壳藻属、翼娃藻属、星形藻 属、Actinochloris、辐环藻属、辐射鼓藻属(Actinotaenium)、双金藻属、前沟藻属、 Amphikrikos、双肋藻属、茧形藻属，分须藻属、双眉藻属、鱼腥藻属、项圈藻属、暗 额藻属，针连藻属、锚藻属、异菱藻属、虚幻球藻属、束丝藻属、隐球藻属、隐毛藻 属、隐杆藻属、梨囊藻属、顶丝藻属、四棘鼓藻属、节旋藻属、Ascochloris、星杆藻 属、星球藻属、奥氏藻属、浮生直链藻属、杆状藻属、巴尔比亚藻属、似竹鼓藻属、 红毛菜属、Basichlamys、串珠藻属、骈胞藻属、角藻属、盘苔属、Botrdiopsis、气球 藻属、葡萄藻属、球葡萄藻属、咸胞藻属、短螺旋体属、海雹菜属、Brebissonia、毛 鞘藻属、柱杆藻属、拟杆藻属、美壁藻属、眉藻属、马鞍藻属、盒管藻属、四鞭藻 属、Catena、Cavinula、顶朿Il藻属、Centronella> 角藻属、角毛藻属、Chaetochloris、 硬毛藻属、Chaetonella、毛丝藻属、盾毛藻属、胶毛藻属、毛球藻属、管胞藻属、轮 藻属(Chara)、Characiochloris、拟小桩藻属、小桩藻属、轮藻目、缘胞藻属、厚胞藻 属、Chlamydoblepharis、Chlamydocapsa、衣藻属、Chlamydomonopsis、衣粘藻属、 Chlamydonephris、Chlorangiella、拟绿囊藻属、小球藻属、绿葡萄藻属、绿幅藻属、 绿点藻属、绿球藻属、绿胶藻属、拟绿胶藻属、绿梭藻属、绿带藻属、拟衣藻属、 Chlorophysema、绿藻门(Chlorophyta)、绿胶囊藻属、Chlorosarcina、 Choricystis> 色植 藻属、单鞭金藻属、拟色球藻属、色球藻属、色指藻属、蓝隐藻属、Chroothece、金变形 藻属、金网藻属、金星藻属、金囊藻属、Chrysocapsella、Chrysochaete>金色藻属、金 颗藻属、Chrysocrinus > Chrysolepidomonas、Chrysolykos> Chrysonebula> 金藻门、金钟 藻属、Chrysosaccus、Chrysophaerella、金环藻属、刚毛藻属、链孢藻属、拟新月藻属、 新月藻属、胶球藻属、卵形藻属、Coelastrella、空星藻属、腔球藻属、Coenochloris、无 胶集球藻属、聚囊藻属、柄裸藻属、鞘毛藻属、Collodictyon、Compsogonopsis、弯枝藻属、Conjugatophyta、Conochaete> Coronastram、鼓藻属、Cosmioneis> 胶球鼓藻属、 Crateriportula> Craticula>发毛针藻属、十字藻属、卵胞藻属、Cryptoaulax>隐藻属、隐 藻门、t节水母门、Cyanodictyon> Cyanonephron> Cyanophora> 蓝藻门(Cyanophyta)、 蓝杆藻属、Cyanothomonas、环胞藻属、环冠藻属、小环藻属、筒藻属、柱胞鼓藻属、 柱孢藻属、细柱藻属、波缘藻属、桥弯藻属、Cymbellonitzschia、胞甲藻属、蓝纤维藻 属、单板藻属、细齿藻属、Dermatochrysis、皮果藻属、果菌属、缢带藻属、角丝鼓藻 属、Desmococcus> 带线藻属、Desmosiphon> 长朿Il 藻属、Diacronema> Diadesmis> 等片藻属、Diatomella、双细胞藻属、双须藻属、叉球藻属、Dicranochaete、网绿藻 属、球网藻属、胶网藻属、泡双吸虫属、Didymogenes、异形藻属、丝藻属、双形藻 属、锥囊藻属、球甲藻属、双绿藻属、双壁藻属、Diplostauron、Distrionella、基纹鼓 藻属、竹枝藻属、杜氏藻属、孔壳藻属、Ecballocystis、纺锤藻属、Ellerbeckia、双眉 藻属、浒苔属、内枝藻属、Entomoneis、石囊藻属、附奎藻属、附钟藻属、窗纹藻属、 独球藻属、Euastropsis、凹顶鼓藻属、立方藻属、真卵形藻属、空球藻属、裸藻属、 裸藻门、短缝藻属、Eustigmatophyta、双鞭藻属、Fallacia、费氏藻属、脆杆藻属、 Fragilariforma、披刺藻属、肋缝藻属、Curcilla、双胞藻属、短水绵属、灰胞藻属、灰色 藻门、Glenodiniopsis、薄甲藻属、粘球藻属、Gloeochaete> Gloeochrysis> 圆球藻属、 胶囊藻属、Gloeodendron、胶胞藻属、Gloeoplax、粘杆藻属、胶丝藻属、胶刺藻属、 Gloiodictyon,多芒藻属、拟多芒藻属、孢根藻属、楔桥弯藻属、异极藻属、束球藻属、 棒形鼓藻属、Gongrosia、角绿藻属、盘藻属、膝口藻属、粒绿藻属、Granulocystopsis、 Groenbladia、裸甲藻属、缢丝鼓藻属、布纹藻属、红球藻属、Hafoiomonas、Hallassia> 双尖藻属、Hannaea、菱板藻属、软管藻属、Haplotaenium、定鞭藻门、Haslea、半 沟藻属、Hemitoma、茸壳藻属、异毛藻属、异线藻属、Hibberdia、胭脂藻属、隐鞭 藻属、Holopedium> 须藻属、管鞘藻属、皮襟藻属、Hyalobrachion、Hyalocardium> 明盘藻属(Hyalodiscus)、透明棱藻属、圆丝鼓藻属、Hydrianum> Hydrococcus> /K 鞘藻属、水条藻属、水网藻属、水涟藻属、水树藻属、蓝枝藻属、膜胞藻属、细绿藻 属、Johannesbapttstia、肾粒藻属、Karayevia、尖目艮藻属、Katodinium、金杯藻属、 角球藻属、蹄形藻属、克里藻属、Kolbesia> Koliella> Komarekia> Korshikoviella、 Kraskella、拉氏藻属、烧瓶藻属、丽枝藻属、鱼子菜属、鳞孔藻属、钩端螺旋体属、 Lobococcus> Lobocystis> 口十衣藻属、Luticola> 鞘丝藻属、Malleochloris、鱼鳞藻属、 Mantoniella>射星藻属、Martyana、鞭鞘藻属(Mastigocoleus)、胸隔藻属、直链藻 属、平列藻属、Mesostigma、中带鼓藻属、微芒藻属、小星藻属、微毛藻属、微鞘藻 属、微胞藻属、软壳藻属、微单胞菌属、微孢藻属、小丛藻属、柄球藻属、单鞭金藻 属、蒜头藻属、Monomastix、单针藻属、礁膜属、转板藻属、拟转板藻属、喙藻属、 Myromecia、粘囊藻属、瓶丝藻属、微绿球藻属、类球藻属、舟形藻属、Neglectella、 长篦藻属、Nephroclamys、肾形藻属、Nephrodiella、肾藻属、梭形鼓藻属、丽藻属、 拟丽藻属、菱形藻属、节球藻属、念珠藻属、棕鞭藻属、鞘藻属、Oligochaetophora、 棘接鼓藻属、Oocardium、卵囊藻属、具隙藻属、黄管藻属、Orthoseira、颤藻属、 Oxyneis>厚枝藻属、四集藻属、掌网藻属、实球藻属、Pannus、Paralia、巴喧氏藻 属、Paulschulzia、盘星藻属、柄钟藻属、平藻属、指藻属、Pelagodictyon、柱形鼓藻属、袋鞭藻属、拟多甲藻属、多甲藻属、Perania、石藻属、壳衣藻属、扁裸藻属、 Phaeaster、褐皮藻属、褐藻门(Phaeophyta)、Phaeosphaera、金枝藻属、席藻属、叶楣藻 属、Phyllariochloris、Phyllocardium、Phyllomitas> 习习纹藻属、Pitophora> Placoneis> 游 丝藻属、浮球藻属、Planothidium、织线藻属、杂球藻属、Pleurastrum、厚皮藻属、侧 枝藻属、双盘藻属、斜纹藻属、侧链藻属、宽带鼓藻属、Pocillomonas、Podohedra、多 鞭藻属、Polychaetophora、多角藻属、多突藻属、Polygoniochloris、Polyepidomonas、 Polytaenia> 素衣藻属、Polytomella> 紫球藻属、Posteriochromonas、Prasinochloris、绿 枝藻属、Prasinophyta、溪菜属、Prochlorphyta、原绿发藻属、原皮藻属、原生管属、朴 罗藻属、三毛金藻属(Prymnesium) > Psammodictyon、Psammothidium> 伪项圈藻属、 Pseudenoclonium、Psuedocarteria、Pseudochate> Pseudocharacium> Pseudococcomyxa、 Pseudodictyosphaerium> 假金杯藻属、 伪瘤皮藻属、Pseudoquadrigula、 Pseudosphaerocystis > Pseudostaurastrum> Pseudostaurosira、 Pseudotetrastrum、 翼膜藻 属、Punctastruata > Pyramichlamys > 塔胞藻属(Pyramimonas) > 甲藻门(Pyrrophyta) > 四毛藻属、Quadricoccus、并联藻属、芒球藻属、辐丝藻属、尖头藻属、Raphidocelis、 针丝藻属、Raphidophyta、Peimeria、棒条藻属、杆胞藻属、根枝藻属、红胞藻属、 红藻门、弯楔藻属、棒杆藻属、胶须藻属、Rosenvingiella、Rossithidium、Roya、栅 藻属、Scherffelia、Schizochlamydella、裂壁藻属、裂线藻属、裂须藻属、弓形藻属、 Scolioneis>螺翼藻属、Scotiellopsis、Scourfieldia、双歧藻属、月牙藻属、月绿藻属、 Sellaphora、Semiorbis> 褐胞藻属(Siderocelis)、拟铁囊藻属、Dimonsenia> 管线藻属、 Sirocladium> 链膝藻属、骨条藻属、群星藻属、Spermatozopsis> Sphaerellocystis、拟球 藻属、Sphaerodinium、环藻属、瘤接鼓藻属、刺胞藻属、水绵属、螺带鼓藻属、螺旋藻 属、Spondylomoram、顶接鼓藻属、Sporotetras、Spumella、角星鼓藻属、叉链藻属、 幅节藻属、十字脆杆藻亚属、Staurosirella、长羽藻属、Stephanocostis、冠盘藻属、冠 孔藻属、Stephanosphaera、裂丝藻属、粘胶藻属、毛枝藻属、真枝藻属、柄球藻属、斯 特克藻属、陀螺藻属、柄胞藻属、Stylodinium、柱钟藻属、绿柄球藻属、双菱藻属、 Sykidion,束藻属、聚球藻属、集胞藻属、针杆藻属、聚赭胞藻属、黄群藻属、平板藻 属、Tabularia、Teilingia、切孢藻属、裂顶鼓藻属、四球藻属、四环藻属、四链藻属、 Tetraedriella、四角藻属、Tetraselmis、四孢藻属、四星藻属、海链藻属、丛毛藻属、 Thermosynechococcus、Thorakochloris、红索藻属、鸟巢藻属、单歧藻属、囊裸藻属、 Trachydiscus>共球藻属、橘色藻属、四棘藻属、黄丝藻属、束毛藻属、Trichodiscus、小 箍藻属、盘杆藻属、丝藻属、辐尾藻属、尾丝藻属、尾管藻属、尾孢藻属(Urospora)、 Uva、周泡藻属、无节藻属、团藻属、Volvulina、韦斯藻属、网甲藻属、多棘鼓藻属、黄 藻门、异球藻属、双星藻属、拟双星藻属和Zygonium。绿色非硫细菌，包括但不限于以下属绿曲挠菌属、绿丝菌属、颤绿菌属、螺 丝菌属、滑柱菌属、玫瑰弯菌属和热微菌属。绿色硫细菌，包括但不限于以下属绿菌属、格状绿菌属和突柄绿菌属。紫色硫细菌包括但不限于以下属Allochromatium、着色菌属、盐着色菌属、 Isochromatium、 Marichromatium、小红卵菌属、热着色菌属、荚硫菌属、硫红球菌属和
囊硫菌属。
紫色非硫细菌，包括但不限于以下属褐螺菌属、Rhodobaca、红细菌属、红微 菌属、红球形菌属、红假单胞菌属、红海菌属、红螺菌属、Rodovibrio和玫瑰螺旋菌属。需氧的化能无机营养菌包括但不限于硝化细菌，如硝化杆菌科的种、硝化细菌 属的种、硝化刺菌属的种、硝化球菌属的种、硝化螺菌属的种、亚硝化单胞菌属的种、 亚硝化球菌属的种、亚硝化螺菌属的种、亚硝化叶菌属的种、亚硝化弧菌属的种；无色 硫细菌，如卵硫菌属的种、硫杆菌属的种、硫微螺菌属的种、硫球形菌属的种、高温毛 发菌属的种；专性化能无机营养氢细菌，如氢杆菌属的种，铁和锰氧化和/或沉淀细菌 如铁球菌属的种，和磁性细菌如水螺菌属的种。古细菌包括但不限于产甲烷的古细菌如甲烷杆菌属的种、甲烷短杆菌属的种、 甲烷嗜热菌属的种、甲烷球菌属的种、甲烷微菌属的种、甲烷螺菌属的种、产甲烷菌属 的种、甲烷八叠球菌属的种、甲烷叶菌属的种、甲烷丝菌属的种、拟甲烷球菌属的种、 甲烷盘菌属的种；极端嗜热硫代谢菌，如热变形菌属的种、热网菌属的种、硫化裂片菌 属的种、嗜酸菌属的种，及其它微生物如枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、链霉菌属的种、雷 尔氏菌属的种、红球菌属的种、棒状杆菌属的种、短杆菌的种、分枝杆菌的种和产油酵 母。高光合转换需要大量的基因修饰，因此在优选的实施方式中，可用外源DNA转 化母本的光合自养生物体。用于高光合转换的优选生物体包括拟南芥、柳枝稷、巨芒和玉米(植物)、布 朗葡萄藻、莱茵衣藻和杜氏盐藻(海藻)、聚球藻PCC7002种、聚球藻PCC 7942种、集 胞藻PCC 6803种和Thermosynechococcus elongatusBP-Ι (蓝细菌)、微温绿菌(绿色硫细
菌)、橙色绿屈挠菌(绿色非硫细菌)、微温着色菌和酒色着色菌(紫色硫细菌)、深红红 螺菌、荚膜红细菌和沼泽红假单胞菌(紫色非硫细菌)。另外的其它合适的生物体包括合成细胞或者如在Venter等的美国专利
发明者B·D·格林, C·P·里德雷, D·A·贝里, D·E·罗伯森, F·A·斯克瑞利, M·斯霍尔, N·B·阿菲延, N·B·雷帕斯, S·科索里 申请人:焦耳无限公司