br>[0078] 本发明的方法的一个必要部分为至少一种能够将CH4和化微生物转化成如脂质和 氨基酸的产物的嗜甲烧细菌。任何能够将CH4和化微生物转化成脂质和/或氨基酸的嗜甲烧 细菌都可W根据本发明来使用。嗜甲烧细菌选自甲基球菌属、甲基单胞菌属、甲基微菌属、 甲基杆菌属、甲基暖菌属、甲基海洋分枝杆菌属、甲基卵菌属、甲基海洋生菌属、甲基热菌 属、甲基抱囊菌属、甲基弯曲菌属和其混合物。在具体的实施方案中，嗜甲烧细菌选自芙膜 甲基球菌、甲烧甲基单胞菌、甲基单胞菌属、甲基弯菌、瓦迪甲基海洋分枝杆菌 (Methylomarinum vadi)、海洋甲基细菌、瓦迪甲基海洋分枝杆菌、甲烧氧化菌和嗜碱甲基 微菌。
[0079] 在其它实施方案中，嗜甲烧细菌选自甲基微菌属。运个属的嗜甲烧细菌为典型的I 组嗜甲烧菌，其使用核酬糖单憐酸(RuMP)路径来吸收碳。
[0080] 在优选的实施方案中，嗜甲烧细菌为嗜碱甲基微菌。运种物种是嗜溫的，但是能够 在10°C-45°C下生长。在分批培养物中，生长发生在6-11之间的抑值、优选地pH 8.0-9.5下， 并且有0.1-8%之间的NaCl，优选地0.75 %NaCl。运种物种含有微粒甲烧单加氧酶(pMMO)和 可溶性甲烧单加氧酶（sMMOKKaluzhnaya等，2001)。
[0081] 嗜甲烧细菌可为天然存在的细菌或者工程化菌株。例如，嗜甲烧细菌为生长性质 比亲本菌株增强的工程化甲基微菌属菌株。在具体的实施方案中，嗜甲烧细菌为选择的甲 基微菌属菌株。一种示例性的适用于本发明的所选菌株为嗜碱甲基微菌5GB1，其为野生型 的利福霉素抗性变体并且具有巧OS基因（M脚Rv2_50058)突变，所述突变具有在(野生型的 327个aa中的）218个aa之后产生终止密码子的309个碱基对插入。在本公开的某些实施方案 中，改善的菌株相对于优化的生长培养基具有约0.24(培养物倍增时间为3小时）的比生长 速率(参见实施例1)。
[0082] 原料
[0083] 无论什么嗜甲烧细菌用于进行本发明的方法，都需要碳源和氧源W产生脂质和/ 或氨基酸。碳源包括不限于甲烧、甲醇和其混合物。甲烧可获自选自但不限于W下项的来 源:天然气、合成天然气、天然气水合物、闲置天然气、页岩气、火炬气、煤矿甲烧、煤层甲烧、 从締控或有机物质的催化裂化所产生的甲烧、填埋气体、生物气、相关石油气、农业产生的 甲烧，和作为不期望的副产品从CO氨化和氨解反应如费-托法所产生的甲烧。全球CH4的最 大来源是天然气和石油系统。
[0084] 甲醇可W源自一氧化碳和氨的催化转化。或者，邸3〇田原自邸4的催化转化。在具体 的实施方案中，将包含CH4的气流催化转化成CH30H，随后供至反应器。在一些实施方案中，将 本发明的方法与C曲OH合成方法整合。例如，来自C出OH合成工艺如甲醇生产工厂的C曲OH的 至少一部分可W转向反应器W用于本发明的方法中。
[0085] 在本发明的各个实施方案中，甲醇与甲烧可共混在一起并且馈送到生物反应器。
[0086] 嗜甲烧细菌生长和产生脂质和/或氨基酸所必要的另一组分是氧或氧源。典型的 氧源包括但不限于空气、高氧空气、来自分馈、变压吸附、氧浓缩器、水电解的化W及液体化。 氧与碳源的比率可变化W改善所需产物的生产或最优化微生物反应的效率并且最终改善 生产或改善生长。气态底物中化与CH4的比率可在约5:1至约1:1的范围内。在具体的实施方 案中，供至生物反应器的气态底物包含比率在约2.5:1至约1:1的范围内的化与CH4。在具体 的实施方案中，供至生物反应器的气态底物包含比率在约1.5:1至约1:1的范围内的化与 CH4。在CH4和化之间的反应化学计量将根据微生物所用的路径而变化。图1中说明了微生物 CH4消耗的可能化学计量的范围。
[0087] 如图1中所说明，化学计量可能需要如下操作反应器:将CH4和化的体积设置于可燃 范围（1)内。优选如下操作反应器:反应器中存在非可燃条件，因此当在1.8:1的化与CH4进气 率下操作时需要96%或更大的CH4转化率W在反应器中产生非可燃条件。
[0088] 在具体的实施方案中，方法中所用的气态底物包含空气作为化的替代物。当W空 气代替化进行操作时，反应器中的操作条件可取决于反应器中的CH4转化率在可燃范围外运 行。图2中说明了用空气进行操作的化学计量的范围，其中（1)表示可燃区域、（2)表示化学 计量范围、（3)表示进气组成并且(4)表示空气线。在某些实施方案中，利用1.8:1的化与CH4 进气比，高于40%的CH4转化率将在反应器内产生非可燃条件。运就点火源减少来说简化了 反应器设计。
[0089] 当碳源是甲醇时，生长培养基中的C曲0田农度可在约l%(v/v)至约5%(v/v)内变 化。在具体的实施方案中，所述比率可为1:1.2至约1:1.5。为了最优地利用甲醇，菌株应在 完全好氧条件下生长。在具体的实施方案中，在工艺初期将包含CH30H的底物供至反应器W 最优化微生物生长。一旦确定一种或多种微生物的最优生长速率，底物便可W改成包含CH4 和化的底物。
[0090] 可将碳源和氧源作为一股流或作为独立流馈送到生物反应器。例如天然气流可与 含氧流例如空气共混W提供所需的化:CH4。
[0091] 在另一实施方案中，可将包含甲烧和甲醇的底物馈入反应器中并且可将含氧流单 独馈入反应器中。甲醇液流可从甲烧气态流单独馈入。
[0092] 共混气流也可W具有其它优势，尤其是在包含CH4或者CH4和化的气流在本质上间 歇的情况下。例如，包含CH减者邸4和化的间歇气流可W与包含邸4或者邸4和化的大致连续 流共混并且供至反应器中。在具体的实施方案中，大致连续流的组成和流动速率可W根据 间歇流而变W维持向发酵器提供大致连续组成和流动速率的底物流。
[0093] 不论馈送到反应器的氧源:碳源的比率如何，重要的是，足够的氧溶解于液体营养 培养基中W有助于细菌吸收。通常，在大气压下溶解氧应在约0.1%至约100%空气饱和度 的范围内。在一些实施方案中，在大气压下溶解氧在约0.1 %至约40%空气饱和度的范围 内。通常需要溶解氧小于约ImM/L 〇2。
[0094] 本发明的方法可W与设及从气态底物合成产物的其它方法整合。运些方法的实例 包括通过包含C0、O)2和/或此的气态底物的厌氧发酵来生产醇和/或酸。示例性方法包括例 如WO 2007/117157和WO 2008/115080W及美国专利6,:340,581、6,136,577、5,593，886、5， 807,722和5,821，111中所述的方法，所述专利W引用的方式并入本文中。在运些实施方案 中，包含CHaW及C0、O)2和/或出的气流，例如天然气或填埋气体可经历任何在本领域中已知 的气体分离方法W分离气体的组分或元素。分离的CH4然后可用于本发明的方法中，而C0、 C〇2和/或出可W用于厌氧发酵过程。
[00巧]反应器
[0096] 微生物培养和甲烧微生物转化成一种或多种产物可W在任何合适的生物反应器 如固定的细胞反应器、气升反应器、泡塔反应器(BCR)、循环环路反应器、膜反应器如空屯、纤 维膜生物反应器化FM BR)或滴流床反应器(TBR)中进行。而且，在本发明的一些实施方案 中，生物反应器可W包括培养微生物的第一生长反应器，和第二产物合成反应器，来自生长 反应器的发酵液可W馈送到所述第二产物合成反应器中并且其中可W产生各种产物(例如 酸)。
[0097] 生物反应器包含液体营养培养基，所述液体营养培养基含有所需细菌并且其中将 馈入包含CH4和化的气态底物。在具体的实施方案中，将液体营养培养基连续地馈送到反应 器中。在具体的实施方案中，使液体营养培养基饱和含有化，随后馈送到反应器中。在具体 的实施方案中，对液体营养培养基加压并且使其饱和含有化，随后馈送到反应器中。
[0098] 液体营养培养基将含有适于使用所需细菌进行微生物转化的营养素，并且将进一 步含有足W使所用微生物生长的维生素和/或矿物。本领域已知适于培养甲烧消耗型细菌 的培养基。例如，Kaluzhnaya等，2001和Ojala等，2011中描述了合适的培养基。在具体的实 施方案中，培养基为盐的最小混合物。组成在盐含量方面可W变化。表1中阐述了典型的营 养培养基组成。
[0102]在本发明的一些实施方案中，用于使嗜碱甲基微菌5GB1生长的培养基包含NMS培 养基。在本发明的其它实施方案中，用于使嗜碱甲基微菌5GB1生长的培养基包含在约
[0099] 亲1悟弟暢巧惊悟弟物!的昔弟悟弟甚巧成
[0100]
[0101] O . 04g/L至约Ig/L范围内的MgS〇4*7此0、在约O . 007g/L至约O . 2g/L范围内的CaCl2*細2〇、 NaCl、KH2P04、Na2C03、化2-抓TA、FeS04*7出0、ZnS04*7H20、MnCl2*4出0、在约0.02g/L至约 0.03g/L范围内的曲B03、在约0.02g/L至约0.2g/L范围内的CoCl2*6此0、CuCl2*2此0、NiCb* 細2〇和在约0.003g/L至约0.05g/L范围内的化2Mo〇4*2H2〇。
[0103] 在本发明的一些实施方案中，用于使嗜碱甲基微菌5GB1生长的培养基包含至少一 种氮源，如KN03、化N03、NH4C1、（NH4)2S04、尿素或其混合物。在本发明的其它实施方案中，用 于使嗜碱甲基微菌5GB1生长的培养基包含至少一种氮源，所述氮源包括KN03、化N03或其混 合物。
[0104] 已经发现一些所添加的营养素会影响由特定细菌所产生的脂质的生长速率和量。 具体地，需要有至少7.5iimol/g DCW的化H吸收率。因为所述量的铜最终可变成细菌的毒物， 所W需要Cu"浓度在约化M至约20咖的范围内。类似地，需要化H浓度在约扣M至约15咖的范 围内（表2)。类似地，N03-吸收率应在约5mmol/g DCW至约8mmol/g DCW内变化。另外，PO4-3应 在约1.4mmol/g DCW至约2mmol/g DCW的范围内。
[0105] 将生物反应器构造成提供足够传质W允许微生物接近邸4(和或CH30H)和化。长的 气体停留时间使微生物吸收较多气体。在具体的实施方案中，反应器为包括上升段和下降 段的循环环路反应器，气态底物和液体培养基会在所述上升段和下降段中循环。反应器可 W另外包括许多合适的气体/液体接触模块，其可提供改善微生物转化效率所必需的气态 底物的有效传质。接触模