EP4720320A2 - Einstufiges verfahren zur umsetzung von co2 zu organischen molekülen mittels eines vergesellschafteten mikrobiellen konsortiums - Google Patents

Einstufiges verfahren zur umsetzung von co2 zu organischen molekülen mittels eines vergesellschafteten mikrobiellen konsortiums

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EP4720320A2 EP24730903.2A EP24730903A EP4720320A2 EP 4720320 A2 EP4720320 A2 EP 4720320A2 EP 24730903 A EP24730903 A EP 24730903A EP 4720320 A2 EP4720320 A2 EP 4720320A2
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu einem oder mehreren organischen Molekülen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus, durch ein vergesellschaftetes mikrobielles Konsortium in einem flüssigen Medium unter anaeroben Bedingungen, wobei das mikrobielle Konsortium acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst.

Description

Einstufiges Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu organischen Molekülen mittels eines vergesellschafteten mikrobiellen Konsortiums
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu einem oder mehreren organischen Molekülen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus, durch ein vergesellschaftetes mikrobielles Konsortium in einem flüssigen Medium unter anaeroben Bedingungen, wobei das mikrobielle Konsortium acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst.
Der weltweite Klimawandel wird unter anderem durch die Freisetzung von Treibhausgasen wie zum Beispiel CO2 verursacht. Gleichzeitig führen geopolitische Krisen dazu, dass die seit langem existierenden Versorgungswege von Rohstoffen, beispielsweise für die produzierende chemische Industrie, nicht mehr gewährleistet sind. Es kommt zu Versorgungsausfällen, welche sich schlussendlich sehr nachteilig auf den Wirtschafts- und Produktionsstandort Deutschland auswirken. Es gilt daher, die produzierende Industrie resilienter gegenüber diesen Herausforderungen aufzustellen. Dies bedingt, Alternativen zu den bislang dominierenden fossilen Kohlenstoffquellen zu etablieren.
Eine Möglichkeit stellt die Verwendung von CO2 und CO aus Punktemissionen dar. Dies können beispielsweise Abgase aufgrund von Verbrennungsvorgängen sein, oder solche Emissionen, bei denen intrinsisch CO2 aufgrund chemischer Umsetzungen freigesetzt wird, also solche Reaktionen, bei denen nicht die Wärmegewinnung, sondern die stoffliche Umwandlung im Vordergrund steht.
Derartige Verfahren sind beispielsweise in der Zementindustrie zu finden. Von den CO2-Emissionen eines Zementwerkes gehen etwa zwei Drittel auf die Oxidation von Kalksand zurück, welche notwendig ist, um hinreichend gute Klinkerqualitäten zu erzielen. Andere Beispiele sind die CO2, CO und H2 Emissionen in Stahlwerken.
Bisherige Verfahren zur Herstellung von Grundstoffen für die produzierende chemische Industrie werden von der Verwendung fossiler Ressourcen dominiert. Alternativ sind Forschungsansätze bekannt, welche die Herstellung dieser Produkte aus Zucker oder Glycerin erschließen. Letztere sind zwar auch nachhaltig, verlangen jedoch große Agrarflächen für die Bereitstellung des Substrates. So kann beispielsweise Cadaverin zusammen mit Succinat zu dem thermoplastischen Kunststoff Polyamid P54 umgesetzt werden, der aktuell zu etwa 3,5 Millionen Tonnen jährlich verbraucht wird. Unter der einfachen Annahme, dass sowohl für Cadaverin als auch für Succinat zuckerbasierte Bioprozesse mit einer 50%igen Ausbeute eingesetzt würden, verlangt der vollständige Ersatz der fossilen Route 7 Millionen Tonnen Zucker jährlich, was einem Anbau auf etwa 546000 Hektar Agrarfläche verlangen würde. Diese Fläche übersteigt die im Jahr 2021 für den Anbau von Zuckerrüben genutzte Fläche von 397000 Hektar in Deutschland und stellt somit keine sinnvolle Alternative zur Errichtung einer resilienten Wirtschaft dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren für die Herstellung relevanter Grundstoffe für die produzierende chemische Industrie bereitzustellen, die als alleinige Kohlenstoffquelle CO2 und gegebenenfalls CO verwenden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.
Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu einem oder mehreren organischen Molekülen bereitgestellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus, durch ein vergesellschaftetes mikrobielles Konsortium in einem flüssigen Medium unter anaeroben Bedingungen, wobei das mikrobielle Konsortium acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst.
Dementsprechend betrifft ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu einem oder mehreren organischen Molekülen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Gasgemisches, das CO2 enthält,
(b) Zuführen dieses Gasgemisches an ein vergesellschaftetes mikrobielles Konsortium in einem flüssigen Medium unter anaeroben Bedingungen, wobei das mikrobielle Konsortium acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst, wobei das Corynebacterium glutamicum derart genetisch modifiziert ist, dass es unter anaeroben Bedingungen ohne Zusatzstoffe gedeihen kann, und
(c) Inkubieren des mikrobiellen Konsortiums bei Bedingungen und für eine Dauer, die ermöglichen, dass
(i) die acetogenen Bakterien das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 zu Zwischenprodukten umsetzen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acetat, kurzkettigen organischen Säuren, kurzkettigen Alkoholen und Mischungen daraus, und
(ii) das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum die genannten Zwischenprodukte weiter zu organischen Molekülen umsetzt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5- Amino-Valerat und Mischungen daraus.
Das in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Gasgemisch kann ein CO2-haltiges Abgas, beispielsweise aus der Zement-, Bau- oder Stahlindustrie, aus Brauereien, kohlebetriebenen Kraftwerken oder Öl- oder Gasförderanlagen. Das Gasgemisch kann neben CO2 weiter CO enthalten, wobei dieses CO ebenfalls durch die acetogenen Bakterien zu den genannten Zwischenprodukten umgesetzt werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen stellen das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 oder das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 und CO die einzige verfügbare Kohlenstoffquelle dar. Weiter kann das Gasgemisch H2 enthalten.
In bevorzugten Ausführungsformen enthält das in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Gasgemisch kein O2. Insbesondere könnte enthaltenes O2 für (strikt) anaerobe acetogene Mikroorganismen ein Problem darstellen, da deren Stoffwechselleistung in Gegenwart von O2 zumindest zum Erliegen kommt, wenn nicht sogar essentielle Enzyme inaktiviert werden. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren vor Schritt (a) einen Gasgemisch-vorbereitenden Schritt umfassen. Dies kann die selektive Abtrennung von CO2 aus Abgas für die weitere Verwendung desselben in dem erfindungsgemäßen Verfahren sein. Alternativ können Rest-O2-Gehalte beispielsweise durch unterstöchiometrische Oxidation von Methan zu CO und H2 umgesetzt werden. Das so vorbehandelte Abgas wird dann dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt. Entsprechende Verfahren unterliegen keinerlei besonderen Beschränkungen und sind im Stand der Technik bekannt.
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt (a) bereitgestellte Gasgemisch unter anaeroben Bedingungen einem vergesellschafteten mikrobiellen Konsortium in einem flüssigen Medium zugeführt. Dieses Konsortium umfasst acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst, wobei das Corynebacterium glutamicum derart genetisch modifiziert ist, dass es unter anaeroben Bedingungen ohne Zusatzstoffe gedeihen kann.
Geeignete anaerobe acetogene Bakterien unterliegen keinerlei besonderen Beschränkungen, sind im Stand der Technik bekannt und können vom Fachmann ohne weiteres ausgewählt werden. Bevorzugt sind die acetogenen Bakterien ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acetobacterium woodii, Acetobacteri um wieringae, Clostridium spec., insbesondere, Clostridium autoethanogenum, C. bovifaecis, C. carboxidivorans, C. drakei, C. kluyveri, C. Ijungdahlii, C. luticellarii, C. muellerianum, C. ragsdalei, C. scatologenes, C. pfennigii, Archaeoglobus fulgidus, Eubacterium limosum, Terrrisporobacter glycolicus, und Mischungen daraus.
Weiter sind genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum, die derart genetisch modifiziert sind, dass sie unter anaeroben Bedingungen ohne Zusatzstoffe gedeihen können, im Stand der Technik bekannt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum der Stamm Corynebacterium glutamicum GRLysl , oder solche C. glutamicum Stämme, die die gleiche Funktionalität besitzen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum ein Cadavarin produzierender Stamm, besonders bevorzugt Corynebacterium glutamicum GSLA pEKO-pck pECXT99A-ldcC. Weiter können C. glutamicum Stämme verwendet werden, die durch Überexpression der nativen Gene dctA, dccT und optional mctC Succinat und weitere C4-Dicarbonsäuren nutzen können. Darüber hinaus können im Stand der Technik bekannte C. glutamicum Stämme verwendet werden, die Cadaverin (Prell, C. et al:, Metabolie engineering of Corynebacterium glutamicum for de novo production of 3-hydroxycadaverine; Current Research in Biotechnology, 4; 2022; pp. 32-46), Glutarat (Prell, C. et al:, Adaptive laboratory evolution accelerated glutarate production by Corynebacterium glutamicum; Microb Cell Fact, 20(1 ); 2021 ), oder 5-Amino-Valerat (Jorge, J. M. P. et al. ; A new metabolic route for the fermentative production of 5-aminovalerate from glucose and alternative carbon sources; Bioresource Technology, 245, Part B; 2017; pp. 1701 -1709) herstellen können.
In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „vergesellschaftet“, dass alle in dem mikrobiellen Konsortium enthaltenen Bakterien miteinander interagieren. Mittelbare Vergesellschaftung liegt vor, wenn z.B. der flüssige oder gasförmige Ablauf bzw. Abgasstrom einer Kultur zur co-Fütterung der zweiten Kultur verwendet wird. Unmittelbare Vergesellschaftung liegt vor, wenn beide mikrobiellen Kulturen im gleichen Bioreaktor gleichzeitig kultiviert werden.
In diesem Zusammenhang unterliegen geeignete flüssige Medien (Kulturmedien), die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, keinerlei besonderen Beschränkungen und sind im Stand der Technik bekannt.
In bevorzugten Ausführungsformen erfolgt das Zuführen des Gasgemisches an das mikrobielle Konsortium durch Hindurchleiten des Gasgemisches durch das flüssige Medium. Dieser Vorgang wird bevorzugt auch während Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens fortgesetzt. Dementsprechend wird bevorzugt das Gasgemisch in Schritt (b) und während Schritt (c) durch das flüssige Medium hindurchgeleitet. Entsprechende Verfahren sind im Stand der Technik bekannt und umfassen beispielsweise den Einsatz eines oder mehrerer Einblasrohre. Weiter wird Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt in einem Bioreaktor durchgeführt. Dabei unterliegen geeignete Bioreaktoren keinerlei besonderen Beschränkungen und sind im Stand der Technik bekannt.
In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mikrobielle Konsortium bei Bedingungen und für eine Dauer inkubiert, die ermöglichen, dass (i) die acetogenen Bakterien das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 (und gegebenenfalls enthaltenes CO) zu Zwischenprodukten umsetzen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acetat, kurzkettigen organischen Säuren, kurzkettigen Alkoholen und Mischungen daraus, und (ii) das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum die genannten Zwischenprodukte weiter zu organischen Molekülen umsetzt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino- Valerat und Mischungen daraus.
Dabei umfassen die in Schritt (c)(i) hergestellten kurzkettigen organischen Säuren beispielsweise Formiat, Acetat, Lactat, Propionat, Pyruvat, Succinat und weitere C4- Dicarbonsäuren. Weiter umfassen die in Schritt (c)(i) hergestellten kurzkettigen Alkohole beispielsweise Ethanol, 2,3-Butandiol, Butanol und Hexanol.
Geeignete Bedingungen (beispielsweise Temperatur, pH-Wert) und Inkubationsdauern, welche die vorstehend unter (c)(1 ) genannten Vorgänge ermöglichen, sind im Stand der Technik bekannt und können ohne Weiteres vom Fachmann bestimmt und ausgewählt werden. Diese umfassen beispielsweise einen pH-Wert im Bereich von pH 4 bis pH 9, bevorzugt pH 5 bis pH 8, sowie eine Temperatur im Bereich von 25 bis 40°C, bevorzugt 30 bis 37°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter einen Schritt (d) des Aufreinigens der hergestellten organischen Moleküle aus dem das mikrobielle Konsortium enthaltenden flüssigen Medium umfassen. Geeignete Aufreinigungsverfahren unterliegen dabei keinerlei besonderen Beschränkungen und sind im Stand der Technik bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus CO2 (und gegebenenfalls CO) als alleiniger Kohlenstoffquelle, Produkte als Grundstoffe für die produzierende chemische Industrie, wie beispielweise Cadaverin (1 ,5- Pentandiamin, auch: Diaminopentan, CAD), 5-Amino-Valerat und/oder Glutarat herzustellen. Als Reduktionsmittel wird dazu neben CO auch H2 eingesetzt. Die Umsetzung findet beispielsweise in einem Bioreaktor statt.
Das hier vorgestellte Verfahren verwendet acetogene Mikroorganismen, vergesellschaftet diese aber mit speziell rekombinant hergestellten anderen Mikroorganismen (hier: Corynebacterium glutamicum) zur Herstellung der genannten Produkte in einem einzigen Bioreaktor.
In diesem Zusammenhang ist bisher lediglich die Herstellung von Biobrennstoffen (biofuels) in einem einzelnen Bioreaktor beschrieben. Die Herstellung von komplexeren Molekülen, die etwa als Grundstoffe für die produzierende chemische Industrie benötigt werden, ist bislang lediglich in mehrstufigen Ansätzen, meistens basierend auf stärker reduzierten Kohlenstoffquellen (etwa Zucker, Glycerin, etc.) bekannt.
Das hier vorgeschlagene Verfahren zielt darauf ab, aus CO2- und gegebenenfalls CO- und/oder H2-haltigen Abgasen Wertstoffe, insbesondere Cadaverin, 5-Amino- Valerat und/oder Glutarat herzustellen. Diese Stoffe sind unter anderem Ausgangsstoffe für die Herstellung von Kunststoffen (CAD) und Feinchemikalien.
Dabei wird davon ausgegangen, dass entweder ein CO2-haltiger oder ein CO2-, CO- und/oder H2-haltiger Abluftstrom aus einer Emissionsquelle zur Verfügung steht. Es kann dabei sein, dass bei Verbrennungsvorgängen noch Restgehalte an O2 im Abgas vorhanden sind. Diese stellen für (strikt) anaeroben acetogenen Mikroorganismen ein Problem dar, da deren Stoffwechselleistung in Gegenwart von O2 zumindest zum Erliegen kommt, wenn nicht sogar essentielle Enzyme inaktiviert werden. Es kann daher notwendig sein, einen Abgas-vorbereitenden Schritt vorzusehen. Dies kann die selektive Abtrennung von CO2 aus der Abluft für die weitere Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sein. Techniken dazu existieren und werden insbesondere für CCS Verfahren (Carbon Capture and Storage) eingesetzt. Alternativ können Rest-O2-Gehalte beispielsweise durch unterstöchiometrische Oxidation von Methan zu CO und H2 umgesetzt werden. Das so vorbehandelte Abgas wird dann dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt.
Sollte der Abluftstrom nicht genügend Elektronen für die notwendigen Reduktionen beinhalten, müssen zusätzlich noch H2 und/oder CO als Gase hinzugegeben werden.
Neu an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Umsetzung von CO2 (und gegebenenfalls CO) als alleiniger Kohlenstoffquelle zu den gewünschten Produkten in einem einzigen Bioreaktor erzielt wird.
Durch die vorliegende Erfindung werden CO2 und CO als alternative Kohlenstoffquellen für die Herstellung gewünschter Produkte zugänglich gemacht. Dies ist umso bedeutender, da der alternative Zugang über Zucker aufgrund der agrarwirtschaftlichen Begrenzung in Deutschland nicht erfolgreich umgesetzt werden kann. Wird das Ziel einer autarken Produktion angestrebt, muss CO2 als oxidierte Kohlenstoffquelle in Betracht gezogen werden.
Die Ausführung als eine einstufige Umsetzung bringt darüber hinaus wirtschaftliche Vorteile für Investitions- und Betriebsausgaben, was eine erfolgversprechende Realisierung ermöglicht.
Gleichzeigt löst der Bedarf an sehr großen C02-Mengen ein drängendes Problem der heimischen Zementindustrie, da diese C02-Mengen nicht durch Zertifikate gegenfinanziert werden müssen. Eine durchschnittliche Zementanlage entlässt pro Jahr etwa 600000 Tonnen CO2, wovon ca. 2/3 aus mineralischem Kalksand stammen. Somit würde die Menge einer einzigen Anlage theoretisch ausreichen, um jährlich beispielsweise mehr als 10% des weltweiten P54 Bedarfs zu decken. Die Figuren zeigen:
Figur 1 :
A. woodii wurde im Bioreaktor autotroph kultiviert und nach 72 h jeweils 40 mL in .Serum bottles' überführt. Gleichzeitig wurden C. glutamicum GSLA Stämme aerob kultiviert, zentrifugiert und mit OD4 in die Ansätze 1 -4 überführt. Unter den anaeroben Bedingungen erfolgte dort die Umsetzung von Acetat aus A. woodii in CAD. Ansatz 1 berücksichtigt die Begasung mit H2:CO2 in einem Medium ohne Trypton. Dieser Ansatz kommt einer großtechnischen, anaerobe Umsetzung am nächsten. Der pH Wert in 1-4 betrug pH 7.2.
Figur 2:
CAD Bildung nach 72 h im Beispiel 1 ) Cadaverinstandard 500 mM. 3) Medium- Probe (0 Kontrolle), 2) Probe vom Überstand nach 72 h.
Figur 3:
Unmittelbar beginnende Cadaverin-Produktion nach Inokulation von C. glutamicum GSLA in A. woodii enthaltendes Medium. Es wurden ca. 180 pM Cadaverin aus Acetat hergestellt. Die Kultur war über 60 h stabil.
Die vorliegende Erfindung wird anhand des folgenden, nicht-einschränkenden Beispiels näher erläutert.
Gentechnische Modifikation von C. glutamicum wurde derart vorgenommen, dass der resultierende Stamm beispielsweise z.B. Cadaverin (CAD) anaerob unter Verwendung von Acetat herstellen kann.
Weiter wurden prozesstechnische Arbeiten derart durchgeführt, dass das mikrobielle Konsortium bestehend aus Acetobacteri um woodii (Acetat-Produzent) und C. glutamicum das Zielprodukt CAD anaerob aus CO2, CO und H2 herstellt. Dazu wurde im Rahmen der prozesstechnischen Arbeiten der genannte gentechnisch veränderte C. glutamicum Stamm neben dem Wildtyp A. woodii in anaeroben Serumflaschen und Bioreaktoren eingesetzt. a) Vorabtests:
Der CAD Produzent C. glutamicum GSLA benötigt KNO3 unter anaeroben Bedingungen zur Nitratatmung, also, zur .Entsorgung' überzähliger Elektronen, um dadurch die unerwünschte Bildung anderer Nebenprodukte (wie z.B. Laktat) zu vermeiden. Es war bislang nicht bekannt, ob der Acetatproduzent A. woodii KNO3 toleriert. Vorabexperimente in sogenannten .hungate tubes' in DSMZ Medium 135 mit und ohne KNO3 und unter Verwendung von Fruktose als Kohlenstoffquelle zeigten, dass 30 mM KNO3 zugegeben werden können. Der Wachstumsphänotyp im Vergleichstest war gleich. b) Testreihe in anaeroben Serumflaschen und Bioreaktor
Es wurden Testreihen zur Co-Kultivierung von C. glutamicum GSLA pEKO-pck pECXT99A-ldcC und A. woodii durchgeführt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sollte dabei die Produktbildung von CAD aus CO2 + H2 in einem ,one pot' Ansatz erfolgen. Dies hat offenkundige Vorteile durch Minimierung der notwendigen Investitionen und Betriebskosten. Zu beachten ist dabei, dass A. woodii nur anaerob kultiviert werden kann, C. glutamicum aber anaerob nicht wachsen kann. Daher sieht der Ansatz vor, dass zuvor aerob kultivierte C. glutamicum Stämme in der anaeroben Co-Kultur ruhend Acetat z.B. in CAD umsetzen.
Es wurde daher die in Figur 1 dargestellte Versuchsreihe durchgeführt. Dabei zeigten alle Ansätze CAD Bildung (Fig. 2). c) Weitere Versuche im Bioreaktor
A. wood// wurde in einem 3.5 L Bioreaktor anaerob in Gegenwart von KNO3 kultiviert und mit einem Gemisch aus 80:20 v/v H2:CO2 bei Umgebungsdruck begast. Im Batch-Ansatz wurde eine OD600 von 1 ,15 und eine Acetat-Konzentration von 3,4 g/L bei pH 6.5 erreicht. Es wurde keine Ethanolbildung beobachtet, was für die anschließende Aufnahme von Acetat durch C. glutamicum vorteilhaft ist. d) Weitere Versuche im Bioreaktor
A. woodii wurde in einem 3,5 L Bioreaktor anaerob in Gegenwart von KNO3 kultiviert und mit einem Gemisch aus 80:20 v/v H2:CO2 bei Umgebungsdruck begast. Im Batch-Ansatz wurde eine OD600 von ca. 1 ,2 und eine finale Acetat-Konzentration von 7,1 g/L bei pH 7,0 erreicht. Es wurde keine Ethanolbildung beobachtet. Vor Inokulation mit dem Cadaverin produzierenden Stamm C. glutamicum (GSLA) wurde der pH-Wert auf 6,5 eingestellt. Die C. glutamicum Stämme stammten aus einer unabhängigen, aeroben Kultivierung in Komplexmedium mit 75 mM Acetat und 75 mM Ethanol, die bei 30°C im Schüttelkolben durchgeführt wurde. Vor Inokulation in den anaeroben Bioreaktor mit A. woodii wurden die Zellen mit 0,9% NaCI gewaschen.
Figur 3 zeigt deutlich die unmittelbar beginnende Cadaverin-Produktion nach Inokulation in das A. woodii enthaltende Medium. Es wurden ca. 180 pM Cadaverin aus Acetat hergestellt. Die Kultur war über 60 h stabil.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Umsetzung von CO2 zu einem oder mehreren organischen Molekülen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus, umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen eines Gasgemisches, das CO2 enthält,
(b) Zuführen dieses Gasgemisches an ein vergesellschaftetes mikrobielles Konsortium in einem flüssigen Medium unter anaeroben Bedingungen, wobei das mikrobielle Konsortium acetogene Bakterien und genetisch modifiziertes Corynebacterium glutamicum umfasst, wobei das Corynebacterium glutamicum derart genetisch modifiziert ist, dass es unter anaeroben Bedingungen ohne Zusatzstoffe gedeihen kann, und
(c) Inkubieren des mikrobiellen Konsortiums bei Bedingungen und für eine Dauer, die ermöglichen, dass
(i) die acetogenen Bakterien das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 zu Zwischenprodukten umsetzen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acetat, kurzkettigen organischen Säuren, kurzkettigen Alkoholen und Mischungen daraus, und
(ii) das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum die genannten Zwischenprodukte weiter zu organischen Molekülen umsetzt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cadaverin, Glutarat, 5-Amino-Valerat und Mischungen daraus.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das in Schritt (a) bereitgestellte Gasgemisch weiter CO enthält und dieses CO ebenfalls durch die acetogenen Bakterien zu den genannten Zwischenprodukten umgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 oder das in dem Gasgemisch enthaltene CO2 und CO die einzige verfügbare Kohlenstoffquelle darstellen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das in Schritt (a) bereitgestellte Gasgemisch weiter H2 enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das in Schritt (a) bereitgestellte Gasgemisch kein O2 enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die acetogenen Bakterien ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Acetobacterium woodii, Acetobacteri um wieringae, Clostridium spec., und Mischungen daraus.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das genetisch modifizierte Corynebacterium glutamicum ein Cadaverin produzierender Stamm ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gasgemisch in Schritt (b) und während Schritt (c) durch das flüssige Medium hindurchgeleitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Schritt (b) in einem Bioreaktor durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die in Schritt (c)(i) hergestellten kurzkettigen organischen Säuren Acetat umfassen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die in Schritt (c)(i) hergestellten kurzkettigen Alkohole Ethanol umfassen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , weiter umfassend den Schritt (d) Aufreinigen der hergestellten organischen Moleküle aus dem das mikrobielle Konsortium enthaltenden flüssigen Medium.
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