JP2022547165A - 発酵ブロスからのアセテートの分離 - Google Patents

Abstract

本開示の方法は、ガス基質および微生物を発酵させて、微生物および標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、発酵ブロスを、連続イオン交換疑似移動床にイオン交換樹脂を有する分離ユニットに通すことと、微生物を床に通しながら、樹脂とのイオン交換を介して標的構成成分を選択的に保持することと、イオン交換樹脂を再生することと、標的構成成分を回収することと、を含む。代替的に、発酵ブロスを第１の分離ゾーンに通して、微生物を含む発酵ブロスの第１の部分を分離し、バイオリアクターにリサイクルし、次に、発酵ブロスの第２の部分を、イオン交換樹脂を含む第２の分離ゾーンに通し、樹脂とのイオン交換を介して、標的構成成分を選択的に保持する。残りを通す。イオン交換樹脂が再生され、標的構成成分が回収される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１０月２２日に出願された米国仮出願第６２／９２４，６６６号および２０２０年１０月１９日に出願された米国出願第１７／０７４，３４２号の利益を主張する。両方の出願の内容は、それらの全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

本出願は、ガス基質の存在下で微生物を培養することから生じる発酵ブロスからの標的構成成分の分離、疑似移動床モードで操作される連続イオン交換を使用する分離に関する。

差し迫った気候変動を緩和するには、石炭および石油などの化石燃料の燃焼にを介して発生する温室効果ガス（ＧＨＧ）の排出を大幅に削減する必要がある。化学物質および輸送用燃料の持続可能な供給源は、現在、化石炭素への依存を大幅に置き換えるには不十分であるが、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および／または水素（Ｈ_２）などのガスを、生物学的に固定し、持続可能な燃料や化学物質を生成するための代替プラットフォームとしてガス発酵が近年注目されている。特に、ガス発酵技術は、ガス化有機物（例えば、都市固形廃棄物もしくは農業廃棄物）または産業廃棄物ガス（例えば、製鉄所もしくは石油精製所から）を含む広範囲な原料を利用して、エタノール、ジェット燃料、および様々な他の生成物を生成することができる。ガス発酵だけで原油使用量の３０％を置き換え、世界のＣＯ_２排出量を１０％低減することができるが、あらゆる革新的な技術と同様に、この可能性が完全に達成されるまでには多くの技術的課題を乗り越える必要がある。

発酵ブロスから標的構成成分を分離するための方法が開示される。本方法は、ガス基質および微生物を発酵させて、微生物および標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、発酵ブロスを、連続イオン交換疑似移動床にイオン交換樹脂を有する分離ユニットに通すことと、樹脂とのイオン交換を介して標的構成成分を選択的に保持し、微生物を連続イオン交換疑似移動床に通すことと、イオン交換樹脂を再生することと、標的構成成分を回収することと、を含む。標的構成成分は、ホルメート、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方などの任意の低分子量有機酸の共役塩基であり得る。標的構成成分を反応させて、１つ以上の生成物を形成することができる。微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択される親微生物に由来し得る。微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属のメンバーであり得る。微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉに由来し得る。ガス基質は、産業廃棄物ガス、産業オフガス、合成ガス、ガス化廃棄物、またはガス化バイオマスであり得る。標的化合物はアセテートであり得、１つ以上の生成物は酢酸ビニルであり得る。酢酸ビニルは、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成するためのさらなる反応器であり得る。

本方法によって回収されたアセテートから反応した酢酸ビニルに由来する構成成分を含む組成物が開示される。本組成物は、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体であり得る。

発酵ブロスから標的構成成分を分離するためのさらなる方法が開示される。本方法は、ガス基質および微生物を発酵させて、微生物および標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、発酵ブロスを第１の分離ゾーンに通して、微生物を含む発酵ブロスの第１の部分を分離し、バイオリアクターにリサイクルすることと、発酵ブロスの第２の部分を、イオン交換樹脂を含む第２の分離ゾーンに通すことと、樹脂とのイオン交換を介して標的構成成分を選択的に保持し、残りを第２の分離ゾーンに通すことと、再生物によってイオン交換樹脂を再生し、標的構成成分を回収することと、を含む。再生は、残りの少なくとも一部分を含み得るか、または残りに由来し得る。標的構成成分は、低分子量有機酸の共役塩基であり得る。標的構成成分は、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方であり得る。イオン交換樹脂は、強陰イオン交換樹脂であり得る。ガス基質は、産業廃棄物ガス、産業オフガス、ガス化廃棄物に由来する合成ガス、ガス化バイオマスに由来する合成ガス、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。標的構成成分を反応させて、１つ以上の生成物を形成することができる。標的化合物はアセテートであり得、１つ以上の生成物は酢酸ビニルであり得る。酢酸ビニルを反応させて、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成することができる。ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを使用して、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体を形成することができる。

生物学的変換装置が開示され、生物学的変換装置は、基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステム、バイオリアクターの出口と流体連通している第１の入口と、疑似移動床構成のイオン交換樹脂の拡張床と、再生源と流体連通している第２の入口と、バイオリアクターシステムと流体連通している出口と、生成物の出口とを備える分離ゾーン、を備える。

さらなる生物学的変換装置が開示される。装置は、基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステムと、バイオリアクターの出口と流体連通している入口と、微生物バイオマスを分離するための膜と、バイオリアクターと流体連通している保持液出口と、透過液出口とを備える第１の分離ゾーンと、第１の分離ゾーンの透過液出口と流体連通している第１の入口と、イオン交換樹脂の少なくとも１つの床と、再生源と流体連通している第２の入口と、再生源と流体連通している出口と、生成物の出口とを備える第２の分離ゾーンと、を備える。

本開示の一実施形態による、バイオリアクターシステムおよび分離ゾーンを有する生物学的変換装置を表す。 本開示の一実施形態による、バイオリアクターシステム、第１の分離ゾーン、および第２の分離ゾーンを有する生物学的変換装置を表す。

説明
本開示は、発酵生成物を発酵ブロスから分離する問題に対処する。特に、本開示は、発酵ブロス中に存在し得る低分子量酸および／またはそれらの共役塩基を分離することに関する。低分子量酸は、イオン交換、蒸留、エステル化、それに続く蒸留、または液－液抽出などの手法を使用して発酵ブロスから分離され得る。別の好適な手法は「塩析」と呼ばれ、これは、非常に高いイオン強度の溶液中の特定の分子の溶解度の低減を利用する精製方法である。本開示の詳細は、イオン交換手法を参照して説明されるが、上の分離手法のいずれかを用いて、低分子量酸および／またはそれらの共役塩基を分離することができる。

発酵ブロスから分離される、標的構成成分とも呼ばれる１つの例示的な生成物は、水中で酢酸から部分的に解離するアセテートである。発酵ブロスから分離される、標的構成成分とも呼ばれる別の例示的な生成物は、水中で乳酸から部分的に解離するラクテートである。発酵ブロスから分離される１つの例示的な生成物は、水中でギ酸から部分的に解離するホルメートである。発酵ブロスから回収されたアセテートは、酢酸ビニルモノマー（ＶＡＭ）とも呼ばれる酢酸ビニルの形成における主要な反応物である酢酸に容易に変換され得る。ＶＡＭは重合して、ポリ酢酸ビニルを形成する可能性があるため、ＶＡＭは、重要な市販製品である。したがって、ＶＡＭは、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、およびケーブル絶縁体の生成に使用されるポリマーならびに樹脂の工業生産において重要である。酢酸は、食品およびシリカ化学分野の反応にも使用され得る。同様に、発酵ブロスから回収されたラクテートは、スキンケア製品の成分である乳酸に容易に変換され得る。乳酸は、スキンケア製品に添加されて、肌の美白効果を高め、コレガン（ｃｏｌｌｅｇａｎ）およびエラスチンの合成を改善し、角質除去および細胞の再生を促進する。にきび防止および老化防止製品の需要の高まりは、乳酸の製品需要に拍車をかけると予想される。

別段の定めがない限り、本明細書全体で使用される以下の用語は、以下のように定義される。

「効率を増加する」、「増加された効率」などの用語としては、発酵プロセスに関して使用される場合、発酵を触媒する微生物の増殖速度、上昇した生成物濃度における増殖および／または生成物生成速度うちの１つ以上を増加させること、消費される基質の体積当たりに生成される所望の生成物の体積を増加させること、所望の生成物の生成速度または生成レベルを増加させること、発酵の他の副生成物と比較して生成される所望の生成物の相対的割合を増加させること、本プロセスによって消費される水の量を減少させること、ならびに本プロセスによって利用されるエネルギーの量を減少させることが挙げられるが、これらに限定されない。

「発酵」という用語は、基質に化学変化をもたらす代謝プロセスとして解釈されるべきである。例えば、発酵プロセスは、１つ以上の基質を受け取り、１つ以上の微生物の利用を介して１つ以上の生成物を生成する。「発酵」、「ガス発酵」などの用語は、ガス化によって生成された合成ガスなどの１つ以上の基質を受け取り、１つ以上のＣ１固定微生物を利用して１つ以上の生成物を生成するプロセスとして解釈されるべきである。好ましくは、発酵プロセスは、１つ以上のバイオリアクターの使用を含む。発酵プロセスは、「バッチ」または「連続」のいずれかとして説明され得る。「バッチ発酵」は、バイオリアクターが微生物とともに原材料、すなわち炭素源で満たされ、発酵が完了するまで生成物がバイオリアクター内に留まる発酵プロセスを説明するために使用される。「バッチ」プロセスでは、発酵が完了した後に、生成物を抽出し、次の「バッチ」が始まる前にバイオリアクターを洗浄する。「連続発酵」は、発酵プロセスがより長期間にわたって延長され、発酵中に生成物および／または代謝物が抽出される発酵プロセスを説明するために使用される。好ましくは、発酵プロセスは連続的である。

微生物に関して使用される場合の「非自然発生型」という用語は、参照種の野生型株を含む参照種の自然発生型の株には見られない少なくとも１つの遺伝子改変を微生物が有することを意味するように意図される。非自然発生型の微生物は、典型的には、実験室または研究施設で開発される。

「遺伝子改変」、「遺伝子変化」、または「遺伝子操作」という用語は、広範には、人間の手による微生物のゲノムまたは核酸の操作を指す。同様に、「遺伝子修飾された」、「遺伝子改変された」、または「遺伝子操作された」という用語は、そのような遺伝子修飾、遺伝子変化、または遺伝子操作を含む微生物を指す。これらの用語は、実験室で生成された微生物と自然発生の微生物を区別するために使用され得る。遺伝子改変の方法は、例えば、異種遺伝子発現、遺伝子またはプロモータの挿入または欠失、核酸変異、改変遺伝子発現または不活性化、酵素操作、指向性進化、知識ベース設計、ランダム変異導入法、遺伝子シャフリング、およびコドン最適化を含む。

Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａなどの微生物の代謝工学は、天然代謝物、例えば、エタノール以外の多くの重要な燃料および化学分子を生成する能力を大幅に拡大することができる。しかしながら、最近まで、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａは、遺伝的に扱いにくいと考えられていたため、一般的に広範な代謝工学の取り組みは禁止されていた。近年、イントロンベースの方法（ＣｌｏｓＴｒｏｎ）（Ｋｕｅｈｎｅ、Ｓｔｒａｉｎ Ｅｎｇ：Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ、３８９－４０７、２０１１）、対立遺伝子交換法（ＡＣＥ）（Ｈｅａｐ、Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ、４０：ｅ５９、２０１２；Ｎｇ、ＰＬｏＳ Ｏｎｅ、８：ｅ５６０５１、２０１３）、Ｔｒｉｐｌｅ Ｃｒｏｓｓ（Ｌｉｅｗ、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、７：６９４、２０１６）、Ｉ－ＳｃｅＩを介して仲介される方法（Ｚｈａｎｇ、Ｊｏｕｒｎａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ、１０８：４９－６０、２０１５）、ＭａｚＦ（Ａｌ－Ｈｉｎａｉ、Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、７８：８１１２－８１２１、２０１２）、またはその他（Ａｒｇｙｒｏｓ、Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、７７：８２８８－８２９４、２０１１）、Ｃｒｅ－Ｌｏｘ（Ｕｅｋｉ、ｍＢｉｏ、５：ｅ０１６３６－０１６１４、２０１４）、およびＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９（Ｎａｇａｒａｊｕ、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉｏｆｕｅｌｓ、９：２１９、２０１６）を含むＣｌｏｓｔｒｉｄｉａのゲノム工学のためのいくつかの異なる方法が開発された。しかしながら、遅くて骨の折れるサイクリング時間と種間でのこれらの遺伝的手法の移転可能性の制限とのために、いくつかの遺伝的変化を繰り返し導入することは非常に困難なままである。さらに、ＣｌｏｓｔｒｉｄｉａのＣ１代謝は、Ｃ１の取り込み、変換、および生成物合成に向けた炭素／エネルギー／酸化還元の流れを最大化するであろう修飾を確実に予測するには、まだ十分に良く理解されていない。したがって、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａへの標的経路の導入は、退屈で時間のかかるプロセスのままである。

「組換え」は、核酸、タンパク質、または微生物が、遺伝子改変、操作、または組換えの生成物であることを示す。一般に、「組換え」という用語は、微生物の２つ以上の異なる株または種など、複数の源から誘導される遺伝物質を含有するか、またはそれによってコードされる核酸、タンパク質、または微生物を指す。

「野生型」は、変異体または変異形とは区別されるように天然に存在する、生物、株、遺伝子、または特性の典型的な形態を指す。

「内在性」は、本開示の微生物が由来する野生型または親微生物に存在またはそこで発現する核酸またはタンパク質を指す。例えば、内在性遺伝子は、本開示の微生物が由来する野生型または親微生物に天然に存在する遺伝子である。一実施形態では、内在性遺伝子の発現は、外因性プロモータ等の外因性調節エレメントによって制御され得る。

「外因性」は、本開示の微生物の外側から生じる核酸またはタンパク質を指す。例えば、外因性遺伝子または酵素は、人工的または組換え的に作成され、本開示の微生物に導入されるかまたはそこで発現され得る。外因性遺伝子または酵素はまた、異種微生物から単離され、本開示の微生物に導入されるかまたはそこで発現され得る。外在性核酸は、本開示の微生物のゲノムに統合されるように、または本開示の微生物、例えばプラスミド中で染色体外の状態に留まるように適合され得る。

「異種」は、本開示の微生物が由来する野生型または親微生物に存在しない核酸またはタンパク質を指す。例えば、異種遺伝子または酵素は、異なる株または種に由来し、本開示の微生物に導入されるかまたはそこで発現され得る。異種遺伝子または酵素は、それが異なる株または種で発生する形態で本開示の微生物に導入されるかまたはそこで発現され得る。代替的に、異種遺伝子または酵素は、何らかの方法、例えば、本開示の微生物における発現のためにコドン最適化することによって、または酵素活性の方向を逆転させるため、もしくは基質特異性を変更するためなど、機能を変更するように操作することによって修飾され得る。

「ポリヌクレオチド」、「ヌクレオチド」、「ヌクレオチド配列」、「核酸」、および「オリゴヌクレオチド」という用語は、互換的に使用される。それらは、任意の長さのポリマー形態のヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチドもしくはリボヌクレオチドのいずれか、またはそれらの類似体を指す。ポリヌクレオチドは、任意の三次元構造を有することができ、既知または未知の任意の機能を実行し得る。以下は、ポリヌクレオチドの非限定的な例である：遺伝子または遺伝子断片のコード領域または非コード領域、連鎖解析から定義される遺伝子座（複数可）、エクソン、イントロン、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、トランスファーＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、短干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）、短ヘアピンＲＮＡ（ｓｈＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、リボザイム、ｃＤＮＡ、組換えポリヌクレオチド、分枝鎖ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離されたＤＮＡ、任意の配列の単離されたＲＮＡ、核酸プローブ、およびプライマー。ポリヌクレオチドは、メチル化ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体などの１つ以上の修飾されたヌクレオチドを含み得る。存在する場合、ヌクレオチド構造の修飾は、ポリマーの組織化の前または後に付与され得る。ヌクレオチドの配列は、非ヌクレオチド構成成分によって割り込まれ得る。ポリヌクレオチドは、重合の後、例えば標識構成成分との接合により、さらに修飾され得る。

本明細書で使用する場合、「発現」は、ポリヌクレオチドがＤＮＡ鋳型から（例えば、ｍＲＮＡまたは他のＲＮＡ転写物へ）転写される過程、および／または転写されたｍＲＮＡが、続いて、ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質へ翻訳される過程を指す。転写物およびコードされたポリペプチドは、集合的に「遺伝子産物」と呼ばれ得る。

「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」という用語は、任意の長さのアミノ酸のポリマーを指すために本明細書で互換的に使用される。ポリマーは、直鎖であっても分岐鎖であってもよく、修飾アミノ酸を含んでいてもよく、非アミノ酸によって割り込まれていてもよい。これらの用語は、修飾されたアミノ酸ポリマーも包含する。例えば、ジスルフィド結合形成、グリコシル化、脂質化、アセチル化、リン酸化、または標識構成成分との接合などの任意の他の操作を含む。本明細書で使用される場合、「アミノ酸」という用語は、グリシン、ＤまたはＬ光学異性体の両方、ならびにアミノ酸類似体およびペプチド模倣体を含む天然および／または非天然もしくは合成アミノ酸を含む。

「酵素活性」または単に「活性」は、広範には、酵素の活性、酵素の量、または反応に触媒作用を及ぼすための酵素の可用性を含むがこれらに限定されない、酵素的活性を指す。したがって、酵素活性を「増加させること」は、酵素の活性を増大させること、酵素の量を増加させること、または反応に触媒作用を及ぼすための酵素の可用性を増加させることを含む。同様に、酵素活性を「減少させること」は、酵素の活性を減少させること、酵素の量を減少させること、または反応に触媒作用を及ぼすための酵素の可用性を減少させることを含む。

「変異した」は、本開示の微生物が由来する野生型または親微生物と比較して、本開示の微生物において修飾されている核酸またはタンパク質を指す。一実施形態において、変異は、酵素をコードする遺伝子中の欠失、挿入、または置換であってもよい。別の実施形態では、変異は、酵素中の１つ以上のアミノ酸の欠失、挿入、または置換であってもよい。

具体的には、「破壊的変異」は、遺伝子または酵素の発現または活性を低減または排除（すなわち「破壊する」）する変異である。破壊的変異は、遺伝子または酵素を、部分的に不活性化し得るか、完全に不活性化し得るか、または欠失し得る。破壊的変異は、酵素によって生成される生成物の生合成を低減、防止、または阻害する任意の変異であり得る。破壊的変異は、ノックアウト（ＫＯ）変異であり得る。破壊はまた、遺伝子、タンパク質、または酵素の発現または活性を低減するが、完全に排除しないノックダウン（ＫＤ）変異でもあり得る。ＫＯは、一般に、生成物の収量を増加させるのに効果的であるが、それらは、特に非増殖結合生成物の場合、利点を上回る増殖欠陥または遺伝的不安定性のペナルティが伴う場合がある。破壊的変異は、例えば、酵素をコードする遺伝子における変異、酵素をコードする遺伝子の発現に関与する遺伝子調節エレメントにおける変異、酵素の活性を低下または阻害するタンパク質を生成する核酸の導入、または酵素の発現を阻害する核酸（例えば、アンチセンスＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＣＲＩＳＰＲ）もしくはタンパク質の導入を含み得る。破壊的変異は、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して導入されてもよい。

破壊的変異の導入は、標的生成物を生成しないかもしくは実質的に標的生成物を生成しないか、または本開示の微生物が由来する親微生物と比較して低減された量の標的生成物を生成する本開示の微生物をもたらす。例えば、本開示の微生物は、標的生成物を生成しないか、または親微生物よりも、少なくとも約１％、３％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、もしくは９５％少ない標的生成物を生成し得る。例えば、本開示の微生物は、約０．００１、０．０１、０．１０、０．３０、０．５０、または１．０ｇ／Ｌ未満の標的生成物を生成し得る。

「コドン最適化」は、特定の株または種における核酸の最適化または改善された翻訳のための、遺伝子等の核酸の変異を指す。コドン最適化により、翻訳速度の高速化または翻訳精度の向上がもたらされ得る。一実施形態では、本開示の遺伝子は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、特にＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉでの発現のために最適化されたコドンである。別の実施形態では、本開示の遺伝子は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３で寄託されているＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１での発現ために最適化されたコドンである。

「過剰発現した」は、本開示の微生物が由来する野生型または親微生物と比較して、本開示の微生物中の核酸またはタンパク質の発現の増加を指す。過剰発現は、遺伝子コピー数、遺伝子転写速度、遺伝子翻訳速度、または酵素分解速度の変更を含む、当該技術分野において既知の任意の手段によって達成することができる。

「変異体」という用語は、核酸およびタンパク質の配列が、従来技術において開示されるかまたは本明細書に例示される参照核酸およびタンパク質の配列等の、参照核酸およびタンパク質の配列とは異なる、核酸およびタンパク質を含む。本開示は、参照核酸またはタンパク質と実質的に同じ機能を実行する変異形核酸またはタンパク質を使用して実施され得る。例えば、変異体タンパク質は、参照タンパク質と実質的に同じ機能を実行するか、または実質的に同じ反応に触媒作用を及ぼし得る。変異形遺伝子は、参照遺伝子と同じ、または実質的に同じタンパク質をコードしてもよい。変異体プロモータは、参照プロモータと実質的に同じ、１つ以上の遺伝子の発現を促進するための能力を有し得る。

そのような核酸またはタンパク質は、本明細書では「機能的に同等な変異形」と称され得る。例として、核酸の機能的に同等な変異形としては、対立遺伝子変異形、遺伝子の断片、変異遺伝子、多型などを挙げることができる。他の微生物からの相同遺伝子も、機能的に同等な変異形の例である。これらとしては、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉなどの種の相同遺伝子が挙げられ、それらの詳細は、ＧｅｎｂａｎｋまたはＮＣＢＩなどのウェブサイトで公開されており入手可能である。機能的に同等な変異形としてはまた、特定の微生物のコドン最適化の結果として配列が変化している核酸が挙げられる。核酸の機能的に同等な変異体は、好ましくは、参照核酸と少なくとも約７０％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、約９８％、またはそれを超える核酸配列同一性（相同性割合）を有する。タンパク質の機能的に同等な変異体は、好ましくは、参照タンパク質と少なくとも約７０％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、約９８％、またはそれを超えるアミノ酸同一性（相同性割合）を有する。変異体核酸またはタンパク質の機能的同等性は、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して評価され得る。

「相補性」とは、従来のワトソン－クリック型または他の非従来型のいずれかによって、核酸が別の核酸配列と水素結合を形成する能力を指す。相補性パーセントは、第２の核酸配列と水素結合（例えばワトソン－クリック塩基対合）を形成することができる核酸分子内の残基の割合（例えば、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、および１００％の相補性として、１０のうちの５、６、７、８、９、１０）を示す。「完全な相補性」とは、核酸配列のすべての隣接する残基が、第２の核酸配列の同数の隣接する残基と水素結合するであろうことを意味する。本明細書で使用される場合、「実質的な相補性」とは、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、５０、またはそれ以上のヌクレオチドの領域にわたる、少なくとも６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、９８％、９９％、または１００％の相補性の程度を指すか、あるいは厳格な条件下では、ハイブリダイズする２つの核酸を指す。

本明細書で使用される場合、ハイブリダイゼーションの「厳格な条件」は、標的配列に対して相補性を有する核酸が標的配列と主にハイブリダイズし、非標的配列と実質的にハイブリダイズしない条件を指す。厳格な条件は、一般に、配列に依存し、いくつかの要因に応じて変化する。一般に、配列が長いほど、その配列がその標的配列に特異的にハイブリダイズする温度が高くなる。厳格な条件の非限定的な例は、当該技術分野で周知されている（例えば、Ｔｉｊｓｓｅｎ，Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｉｏｌｏｇｙ－ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｂｅｓ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｃｈａｐｔｅｒ“Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｂｅ ａｓｓａｙ，”Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎ．Ｙ，１９９３）。

「ハイブリダイゼーション」とは、１つ以上のポリヌクレオチドが反応して、ヌクレオチド残基の塩基間の水素結合を介して安定化されている複合体を形成する反応を指す。水素結合は、ワトソンクリック塩基対合、フーグスティーン結合、または任意の他の配列に特異的な様式で起こり得る。複合体は、二重構造を形成する２本の鎖、多重鎖複合体を形成する３本以上の鎖、単一の自己ハイブリダイズ鎖、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。ハイブリダイゼーション反応は、ＰＣＲの開始、または酵素によるポリヌクレオチドの切断など、より広範なプロセスにおけるステップを構成し得る。所与の配列とハイブリダイズ可能な配列は、所与の配列の「補体」と称される。

核酸は、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して、本開示の微生物に送達され得る。例えば、核酸は裸の核酸として送達されてもよく、リポソーム等の１つ以上の薬剤とともに配合されてもよい。核酸は、必要に応じて、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ、またはそれらの組み合わせであってもよい。ある特定の実施形態では、制限阻害剤を使用してもよい。追加のベクターには、プラスミド、ウイルス、バクテリオファージ、コスミド、および人工染色体が含まれ得る。一実施形態では、核酸は、プラスミドを使用して本開示の微生物に送達される。例として、形質転換（形質導入またはトランスフェクションを含む）は、エレクトロポレーション、超音波処理、ポリエチレングリコール媒介形質転換、化学的または自然の能力、プロトプラスト形質転換、プロファージ誘発、または接合によって達成され得る。活性制限酵素系を有するある特定の実施形態では、核酸を微生物に導入する前に核酸をメチル化する必要があり得る。

さらに、特定の核酸の発現を増加または制御するために、プロモータ等の調節エレメントを含むように核酸を設計してもよい。プロモータは、構成的プロモータまたは誘導性プロモータであり得る。理想的には、プロモータは、ウッド－ユングダール経路プロモータ、フェレドキシンプロモータ、ピルビン酸：フェレドキシン酸化還元酵素プロモータ、Ｒｎｆ複合オペロンプロモータ、ＡＴＰシンターゼオペロンプロモータ、またはホスホトランスアセチラーゼ／酢酸キナーゼオペロンプロモータである。

「微生物」は、微小な生物、特に細菌、古細菌、ウイルス、または真菌である。本開示の微生物は、典型的に細菌である。本明細書で使用される場合、「微生物」の記載は、「細菌」を包含するものと解釈されるべきである。

「親微生物」は、本開示の微生物を生成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在する微生物（すなわち、野生型微生物）または以前に修飾されたことのある微生物（すなわち、変異体または組換え微生物）であり得る。本開示の微生物は、親微生物において発現または過剰発現しなかった１つ以上の酵素を発現または過剰発現するように修飾され得る。同様に、本開示の微生物は、親微生物が含有しなかった１つ以上の遺伝子を含有するように修飾され得る。本開示の微生物は、また、親微生物において発現された１つ以上の酵素を発現しないまたはより少ない量を発現させるように修飾され得る。一実施形態において、親微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉである。一実施形態では、親微生物は、ブダペスト条約の条項下で２０１０年６月７日に

，
Ｄ－３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｉｅｇ，Ｇｅｒｍａｎｙに位置するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）に寄託され、受託番号ＤＳＭ２３６９３を付与されたＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１である。この株については、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＺ２０１１／０００１４４号に記載されており、ＷＯ２０１２／０１５３１７として公開される。

「から由来する」という用語は、核酸、タンパク質、または微生物が異なる（例えば、親または野生型）核酸、タンパク質、または微生物から修飾または適合されて、新しい核酸、タンパク質、または微生物を生成することを示す。そのような修飾または適合は、一般に、核酸または遺伝子の挿入、欠失、変異、または置換を含む。一般に、本開示の微生物は、親微生物に由来する。一実施形態では、本開示の微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉに由来する。一実施形態では、本開示の微生物は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３の下で寄託される、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１に由来する。

本開示の微生物は、機能特徴に基づいてさらに分類され得る。例えば、本開示の微生物は、Ｃ１固定微生物、嫌気性菌、アセトゲン、エタノロゲン、カルボキシド栄養生物、および／またはメタン資化性菌であり得るか、またはそれらに由来し得る。表１は、微生物の代表的なリストを提供し、微生物の機能特徴を特定する。

「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ」とは、例えば、Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８に記載されている炭素固定のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を指す。「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物」は、予想通り、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む微生物を指す。一般に、本開示の微生物は天然のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含有する。本明細書では、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路は、天然の未修飾のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であってもよく、またはＣＯ、ＣＯ_２、および／もしくはＨ_２をアセチル－ＣｏＡに変換するように依然として機能する限り、ある程度の遺伝子修飾（例えば、過剰発現、異種発現、遺伝子欠損など）を有するＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であってもよい。

「Ｃ１」は、１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、またはＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１酸素化物」は、少なくとも１つの酸素原子も含む１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、またはＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」は、本開示の微生物のための部分的または唯一の炭素源として機能する１炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ_４、ＣＨ_３ＯＨ、またはＣＨ_２Ｏ_２のうちの１つ以上を含み得る。好ましくは、Ｃ１炭素源は、ＣＯおよびＣＯ_２のうちの１方または両方を含む。「Ｃ１固定微生物」は、Ｃ１炭素源から１つ以上の生成物を生成する能力を有する微生物である。典型的に、本開示の微生物はＣ１固定細菌である。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定されるＣ１固定微生物に由来する。

「嫌気性菌」は、増殖のために酸素を必要としない微生物である。嫌気性菌は、酸素が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を起こし得るか、もしくは死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性菌は、低レベルの酸素（例えば、０．０００００１～５％の酸素）を許容可能である。典型的に、本開示の微生物は嫌気性菌である。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定される嫌気性菌に由来する。

「アセトゲン」は、エネルギー節約のため、およびアセテートなどのアセチル－ＣｏＡおよびアセチル－ＣｏＡ由来生成物の合成のためのその主要機構としてＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を使用する、偏性嫌気性細菌である（Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８）。特に、アセトゲンはＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を、（１）ＣＯ_２からのアセチルＣｏＡの還元的合成のメカニズム、（２）末端電子受容、エネルギー節約プロセス、（３）セル炭素の合成におけるＣＯ_２の固定（同化）のメカニズム（Ｄｒａｋｅ、Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ、Ｉｎ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ、３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ、ｐ．３５４、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、ＮＹ、２００６）として使用する。天然に存在するすべてのアセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、および非メタン資化性である。典型的に、本開示の微生物はアセトゲンである。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定されるアセトゲンに由来する。

「エタノロゲン（ｅｔｈａｎｏｌｏｇｅｎ）」は、エタノールを産生する、または産生することが可能である微生物である。典型的に、本開示の微生物はエタノロゲンである。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定されるエタノロゲンに由来する。

「独立栄養生物」は、有機炭素の不在下で増殖することが可能な微生物である。代わりに、独立栄養生物は、ＣＯおよび／またはＣＯ_２などの無機炭素源を使用する。典型的に、本開示の微生物は独立栄養生物である。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定される独立栄養生物に由来する。

「カルボキシド栄養生物」は、炭素およびエネルギーの唯一の供給源としてＣＯを利用することが可能な微生物である。典型的に、本開示の微生物はカルボキシド栄養生物である。一実施形態では、本開示の微生物は、表１で特定されるカルボキシド栄養生物に由来する。

「メタン資化性菌」は、炭素およびエネルギーの唯一の供給源としてメタンを利用することが可能な微生物である。特定の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌であるか、またはメタン資化性菌から誘導される。他の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌ではないか、メタン資化性菌から誘導されない。

より広くは、本開示の微生物は、表１で特定される任意の属または種に由来し得る。例えば、微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ、Ｂｌａｕｔｉａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒからなる群から選択される属のメンバーであり得る。具体的には、微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択される親細菌に由来し得る。

一実施形態では、本開示の微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ種、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ種、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ種を含むＣｌｏｓｔｒｉｄｉａのクラスターに由来し得る。これらの種は、Ａｂｒｉｎｉ，Ａｒｃｈ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１６１：３４５－３５１，１９９４（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、Ｔａｎｎｅｒ，Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，４３：２３２－２３６，１９９３（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、およびＨｕｈｎｋｅ，ＷＯ２００８／０２８０５５（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ）によって初めて報告され、かつ特徴付けられた。

これら３つの種は、多くの類似点を有する。特に、これらの種はすべて、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属のＣ１固定、嫌気性、アセトゲン系、エタノロゲン系、およびカルボキシド栄養性のメンバーである。これらの種は、類似の遺伝子型および表現型ならびにエネルギー節約および発酵代謝のモードを有する。さらには、これらの種は、９９％超の同一である１６Ｓ ｒＲＮＡ ＤＮＡを有するｃｌｏｓｔｒｉｄｉａｌ ｒＲＮＡホモロジー群Ｉ内に群生し、約２２～３０ｍｏｌ％のＤＮＡ Ｇ＋Ｃ含有量を有し、グラム陽性であり、同様の形態およびサイズを有し（０．５～０．７×３～５μｍの対数増殖細胞）、中温性であり（３０～３７℃で最適に増殖する）、約４～７．５の同様のｐＨ範囲を有し（約５．５～６の最適ｐＨを有する）、シトクロムを欠いており、Ｒｎｆ複合体を介してエネルギーを節約する。また、カルボン酸のそれらの対応するアルコールへの還元が、これらの種において示されている（Ｐｅｒｅｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉｏｅｎｇ，１１０：１０６６－１０７７，２０１２）。重要なことに、これらの種はまた、すべて、ＣＯ含有ガスで強い独立栄養性増殖を示し、主要な発酵生成物としてエタノールおよびアセテート（または酢酸）を生成し、特定の条件下で少量の２，３－ブタンジオールおよび乳酸を生成する。

しかしながら、これら３つの種は、いくつかの違いも有する。これらの種は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍはウサギの腸から、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉは養鶏場の廃棄物から、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉは淡水堆積物からというように、異なる供給源から単離された。これらの種は、様々な糖（例えば、ラムノース、アラビノース）、酸（例えば、グルコン酸、クエン酸）、アミノ酸（例えば、アルギニン、ヒスチジン）、および他の基質（例えば、べタイン、ブタノール）の利用において異なる。さらに、これらの種は、特定のビタミン（例えば、チアミン、ビオチン）に対する栄養要求性において異なる。これらの種は、ウッド・ユングダール経路遺伝子およびタンパク質の核酸およびアミノ酸配列において違いを有するが、これらの遺伝子およびタンパク質の一般的構成および数は、すべての種において同じであることが分かっている（Ｋｏｐｋｅ，Ｃｕｒｒ Ｏｐｉｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２２：３２０－３２５，２０１１）。

したがって、要約すると、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの特徴の多くは、その種に特異的ではなく、むしろＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属の、Ｃ１固定、嫌気性、アセトゲン系、エタノロゲン系、およびカルボキシド栄養性のメンバーのこのクラスターについて一般的な特徴である。しかしながら、これらの種は、実際は、全く異なるため、これらの種のうちの１つの遺伝子改変または操作は、これらの種のうちの別のものにおいては同一の効果を有しない場合がある。例えば、増殖、性能、または生成物産生における違いが観察され得る。

本開示の微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの分離株または変異体から得ることもできる。Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍの分離株および変異体としては、ＪＡ１－１（ＤＳＭ１００６１）（Ａｂｒｉｎｉ，Ａｒｃｈ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１６１：３４５－３５１，１９９４）、ＬＺ１５６０（ＤＳＭ１９６３０）（ＷＯ２００９／０６４２００）、およびＬＺ１５６１（ＤＳＭ２３６９３）（ＷＯ２０１２／０１５３１７）が挙げられる。Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉの分離株および変異体としては、ＡＴＣＣ４９５８７（Ｔａｎｎｅｒ，Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，４３：２３２－２３６，１９９３）、ＰＥＴＣＴ（ＤＳＭ１３５２８、ＡＴＣＣ５５３８３）、ＥＲＩ－２（ＡＴＣＣ５５３８０）（ＵＳ５，５９３，８８６）、Ｃ－０１（ＡＴＣＣ５５９８８）（ＵＳ６，３６８，８１９）、Ｏ－５２（ＡＴＣＣ５５９８９）（ＵＳ６，３６８，８１９）、およびＯＴＡ－１（Ｔｉｒａｄｏ－Ａｃｅｖｅｄｏ，Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ ｆｒｏｍ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｇａｓ ｕｓｉｎｇ Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ，ＰｈＤ ｔｈｅｓｉｓ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０）が挙げられる。Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの分離株および変異体には、ＰＩ １（ＡＴＣＣ ＢＡＡ－６２２、ＡＴＣＣ ＰＴＡ－７８２６）（ＷＯ２００８／０２８０５５）が含まれる。

「基質」は、本開示の微生物のための炭素および／またはエネルギー源を指す。一般に、基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、および／またはＣＨ_４を含む。好ましくは、基質は、ＣＯまたはＣＯ＋ＣＯ_２のＣ１炭素源を含む。基質は、Ｈ_２、Ｎ_２、または電子などの他の非炭素構成成分をさらに含み得る。

基質は、概して、約１、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または１００モル％のＣＯなどの少なくともいくらかの量のＣＯを含む。基質は、約２０～８０、３０～７０、または４０～６０モル％のＣＯなど、ある範囲のＣＯを含み得る。好ましくは、基質は、約４０～７０モル％のＣＯ（例えば、製鋼所または高炉ガス）、約２０～３０モル％のＣＯ（例えば、塩基性酸素転炉ガス）、または約１５～４５モル％のＣＯ（例えば、合成ガス）を含む。いくつかの実施形態では、基質は、約１～１０または１～２０モル％のＣＯなどの比較的低い量のＣＯを含み得る。本開示の微生物は、典型的には、基質中のＣＯの少なくとも一部分を生成物に変換する。いくつかの実施形態では、基質は、ＣＯを含まないか、または実質的に含まない（１モル％未満）。

基質は、いくらかの量のＨ_２を含み得る。例えば、基質は、約１、２、５、１０、１５、２０、または３０モル％のＨ_２を含み得る。いくつかの実施形態では、基質は、約６０、７０、８０、または９０モル％のＨ_２など、比較的多量のＨ_２を含み得る。さらなる実施形態では、基質は、Ｈ_２を含まないか、または実質的に含まない（１モル％未満）。

基質は、いくらかの量のＣＯ_２を含み得る。例えば、基質は、約１～８０または１～３０モル％のＣＯ_２を含み得る。いくつかの実施形態において、基質は、約２０、１５、１０、または５モル％未満のＣＯ_２を含み得る。別の実施形態において、基質は、ＣＯ_２を含まないか、または実質的に含まない（１モル％未満）。

基質は典型的にはガス状であるが、基質はまた、代替的な形態で提供されてもよい。例えば、基質は、マイクロバブル分散物発生装置を使用して、ＣＯ含有ガスで飽和した液体中に溶解されてもよい。さらなる例として、基質は、固体支持体上に吸着されてもよい。

基質および／またはＣ１炭素源は、自動車の排出ガスまたはバイオマスガス化からなど、産業プロセスの副産物として得られる、または何らかの他の源からの廃ガスであってもよい。特定の実施形態において、産業プロセスは、鉄鋼製造などの鉄金属生成物製造、非鉄金属生成物製造、石油精製、石炭ガス化、電力生成、カーボンブラック生成、アンモニア生成、メタノール生成、およびコークス製造からなる群から選択される。これらの実施形態では、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に放出される前に産業プロセスから捕捉されてもよい。

基質および／またはＣ１炭素源は、石炭もしくは精錬残渣のガス化、バイオマスもしくはリグノセルロース材料のガス化、または天然ガスの改質によって得られる合成ガスなど、合成ガスであってもよい。別の実施形態では、合成ガスは、都市固形廃棄物または産業固形廃棄物のガス化から得られてもよい。

基質の組成は、反応の効率および／またはコストに著しい影響を及ぼし得る。例えば、酸素（Ｏ_２）の存在は、嫌気性発酵プロセスの効率を低減させ得る。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、または濾過して、毒素、望ましくない構成成分、またはちり粒子等のいかなる望ましくない不純物も除去すること、および／または所望の構成成分の濃度を増加させることが望ましくあり得る。

特定の実施形態では、水素の存在は、発酵プロセスの全体的に改善された効率をもたらす。

合成ガスの組成を改善して、所望のまたは最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比を提供することができる。合成ガスの組成を、ガス化プロセスに供給される原料を調整することによって改善してもよい。望ましいＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比は、発酵プロセスの所望の発酵生成物に依存する。エタノールの場合、最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比は、

のようになり、ここでｘ＞２ｙであり、エタノール生成の化学量論を満たすために、以下のようになる。

水素の存在下で発酵プロセスを操作することには、発酵プロセスによって生成されるＣＯ_２の量が低減されるというさらなる利点がある。例えば、最小限のＨ_２を含むガス状基質は、一般に、以下の化学量論［６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２］に従って、エタノールおよびＣＯ_２を生成するであろう。Ｃ１固定細菌によって利用される水素の量が増加すると、生成されるＣＯ_２の量は減少する［例えば、２ＣＯ＋４Ｈ_２→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ］。

ＣＯがエタノール生成の唯一の炭素およびエネルギー源である場合、以下のように炭素の一部がＣＯ_２に失われる：
６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２ （ΔＧ°＝－２２４．９０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）

基質で利用可能なＨ_２の量が増加すると、生成されるＣＯ_２の量は減少する。化学量論比が２：１（Ｈ_２：ＣＯ）の場合、ＣＯ_２の生成は完全に回避される。
５ＣＯ＋１Ｈ_２＋２Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋３ＣＯ_２（ΔＧ°＝－２０４．８０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
４ＣＯ＋２Ｈ_２＋１Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋２ＣＯ_２（ΔＧ°＝－１８４．７０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
３ＣＯ＋３Ｈ_２→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋１ＣＯ_２ （ΔＧ°＝－１６４．６０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）

「流」とは、例えば、あるプロセスから別のプロセスへ、あるモジュールから別のモジュールへ、および／またはあるプロセスから炭素捕捉手段へ送ることが可能な任意の基質を指す。

本明細書で使用される場合、「反応物質」とは、化学反応中の変化に関与し、化学反応中に変化する物質を指す。特定の実施形態では、反応物質としては、ＣＯおよび／またはＨ２が挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、「微生物阻害剤」とは、微生物を含む特定の化学反応または別のプロセスを減速または防止する１つ以上の構成要素を指す。特定の実施形態では、微生物阻害剤としては、酸素（Ｏ２）、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、およびＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン）が挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、「触媒阻害剤」、「吸着性阻害剤」などは、化学反応の速度を低下させるか、または化学反応を防止する１つ以上の物質を指す。特定の実施形態では、触媒阻害剤および／または吸着阻害剤としては、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）および硫化カルボニル（ＣＯＳ）が挙げられ得るが、これらに限定されない。

「除去プロセス」、「除去モジュール」、「洗浄モジュール」などとしては、ガス流からの微生物阻害剤および／または触媒阻害剤の変換および／または除去のいずれかを行うことができる技術が挙げられる。特定の実施形態では、下流の除去モジュールにおける１つ以上の触媒の阻害を防止するために、触媒阻害剤を上流の除去モジュールによって除去する必要がある。

本明細書で使用される場合、「構成要素」、「汚染物質」などの用語は、ガス流中に見られ得る微生物阻害剤および／または触媒阻害剤を指す。特定の実施形態では、構成要素としては、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、微粒子状物質、固形物、酸素、ハロゲン化化合物、ケイ素含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールが挙げられるが、これらに限定されない。

「処理済みガス」、「処理済み流」などの用語は、少なくとも１つの除去モジュールを通過し、かつ１つ以上の構成要素が除去および／または変換されたガス流を指す。

「所望の組成」という用語は、例えば、合成ガスを含むがこれに限定されないガス流などの物質における構成成分の所望のレベルおよび種類を指すために使用される。より具体的には、ガスは、これが特定の構成成分（例えば、ＣＯ、Ｈ_２、および／またはＣＯ_２）を含有し、かつ／または特定の構成成分を特定の割合で含有し、かつ／または特定の構成成分（例えば、微生物に有害な汚染物質）を含有せず、かつ／または特定の構成成分を特定の割合で含有しない場合、「所望の組成」を有すると考えられる。ガス流が所望の組成を有しているかどうかを決定する際に、２つ以上の成分が考慮され得る。

基質の組成は、反応の効率および／またはコストに著しい影響を及ぼし得る。例えば、酸素（Ｏ_２）の存在は、嫌気性発酵プロセスの効率を低減させ得る。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、または濾過して、毒素、望ましくない構成成分、またはちり粒子等のいかなる望ましくない不純物も除去すること、および／または所望の構成成分の濃度を増加させることが望ましくあり得る。

本明細書で使用される場合、「炭素捕捉」という用語は、ＣＯ_２および／もしくはＣＯを含む流からのＣＯ_２および／もしくはＣＯを含む炭素化合物の隔離、ならびに
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを生成物に変換すること、または
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、または
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、または
これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。

特定の実施形態では、発酵は、糖、デンプン、リグニン、セルロース、またはヘミセルロースなどの炭水化物基質の不在下で実施される。

本開示の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス流とともに培養され得る。例えば、本開示の微生物は、エタノール（ＷＯ２００７／１１７１５７）、アセテート（ＷＯ２００７／１１７１５７）、１－ブタノール（ＷＯ２００８／１１５０８０、ＷＯ２０１２／０５３９０５、およびＷＯ２０１７／０６６４９８）、ブチレート（ＷＯ２００８／１１５０８０）、２，３－ブタンジオール（ＷＯ２００９／１５１３４２およびＷＯ２０１６／０９４３３４）、ラクテート（ＷＯ２０１１／１１２１０３）、ブテン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、ブタジエン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、メチルエチルケトン（２－ブタノン）（ＷＯ２０１２／０２４５２２およびＷＯ２０１３／１８５１２３）、エチレン（ＷＯ２０１２／０２６８３３）、アセトン（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、イソプロパノール（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、脂質（ＷＯ２０１３／０３６１４７）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）（ＷＯ２０１３／１８０５８１）、テルペン、例えば、イソプレン（ＷＯ２０１３／１８０５８４）、脂肪酸（ＷＯ２０１３／１９１５６７）、２－ブタノール（ＷＯ２０１３／１８５１２３）、１，２－プロパンジオール（ＷＯ２０１４／０３６１５２）、１－プロパノール（ＷＯ２０１４／０３６１５２およびＷＯ２０１７／０６６４９８）、１－ヘキサノール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、１－オクタノール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、コリスメート由来生成物（ＷＯ２０１６／１９１６２５）、３－ヒドロキシブチレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、１，３－ブタンジオール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、２－ヒドロキシイソブチレートまたは２－ヒドロキシイソ酪酸（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、イソブチレン（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、アジピン酸（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、１，３－ヘキサンジオール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、３－メチル－２－ブタノール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、２－ブテン－１－オール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、イソバレレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、イソアミルアルコール（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、およびモノエチレングリコール（ＷＯ２０１９／１２６４００）を生成し得るか、これらを生成するために操作され得る。特定の実施形態では、微生物バイオマス自体が生成物とみなされ得る。これらの生成物はさらに変換されて、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの構成成分を生成し得る。加えて、微生物バイオマスはさらに処理されて、単細胞タンパク質（ＳＣＰ）を生成し得る。

「単細胞タンパク質」（ＳＣＰ）は、タンパク質が豊富なヒトおよび／または動物用飼料に使用され得る微生物バイオマスを指し、多くの場合、大豆または魚粉などの従来のタンパク質補給源に取って代わる。単細胞タンパク質または他の生成物を生成するために、プロセスは、追加の分離、加工、または処理ステップを含み得る。例えば、本方法は、微生物バイオマスを滅菌すること、微生物バイオマスを遠心分離すること、および／または微生物バイオマスを乾燥させることを含み得る。特定の実施形態では、微生物バイオマスは、噴霧乾燥またはパドル乾燥を使用して乾燥される。核酸含有量の高い食事を摂取すると、核酸分解生成物の蓄積および／または胃腸障害が生じ得るため、本方法は、当技術分野で既知の任意の方法を使用して、微生物バイオマスの核酸含有量を低減させることも含み得る。単細胞タンパク質は、家畜やペットなどの動物への給餌に好適であり得る。特に、動物用飼料は、１頭以上の肉用牛、乳用牛、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウマ、ラバ、ロバ、シカ、バッファロー／バイソン、ラマ、アルパカ、トナカイ、ラクダ、バンテン、ガヤル、ヤク、ニワトリ、シチメンチョウ、アヒル、ガチョウ、ウズラ、ホロホロドリ、ひなバト／ハト、サカナ、エビ、甲殻類、ネコ、イヌ、およびげっ歯類に給餌するのに好適であり得る。動物用飼料の組成は、異なる動物の栄養要件に合わせて調整され得る。さらに、プロセスは、微生物バイオマスを１つ以上の賦形剤と混合することまたは組み合わせることを含み得る。

「賦形剤」は、動物用飼料の形態、特性、または栄養含有量を強化または変更するために、微生物バイオマスに添加され得る任意の物質を指し得る。例えば、賦形剤は、炭水化物、繊維、脂肪、タンパク質、ビタミン、ミネラル、水、香料、甘味料、酸化防止剤、酵素、防腐剤、プロバイオティクス、または抗生物質のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、賦形剤は、干し草、わら、貯蔵生牧草、穀物、油もしくは脂肪、または他の植物材料であってもよい。賦形剤は、Ｃｈｉｂａ，Ｓｅｃｔｉｏｎ １８：Ｄｉｅｔ Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｏｎ Ｆｅｅｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，Ａｎｉｍａｌ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，３ｒｄ ｒｅｖｉｓｉｏｎ，ｐａｇｅｓ ５７５－６３３，２０１４に特定される、任意の飼料成分であり得る。

「天然生成物」は、遺伝子組換えされない微生物によって生成された生成物である。例えば、エタノール、アセテート、および２，３－ブタンジオールは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子組換えされた微生物によって生成されるが、遺伝子組換えされた微生物が由来する遺伝子組換えされない微生物によって生成されない生成物である。

「選択性」は、微生物によって生成される全発酵生成物の生成に対する標的生成物の生成の比率を指す。本開示の微生物は、ある特定の選択性で、または最小の選択性で生成物を生成するように操作され得る。一実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、３０％、５０％、または７５％を占める。一実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも１０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも１０％を占める。別の実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも３０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも３０％を占める。

「効率を増大させること」、「増大した効率」などは、増殖速度、生成物生成速度もしくは体積、消費される基質の体積当たりの生成物体積、または生成物選択性を増大させることを含むが、これらに限定されない。効率は、本開示の微生物が由来する親微生物の性能に対して測定され得る。

典型的には、培養は、バイオリアクター中で実行される。「バイオリアクター」という用語は、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、固定化細胞反応器（ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、またはガス－液体接触に好適な他の容器もしくは他のデバイスなどの１つ以上の容器、塔、または配管配置からなる培養／発酵デバイスを含む。いくつかの実施形態では、バイオリアクターは、第１の増殖反応器および第２の培養／発酵反応器を含み得る。基質は、これらの反応器のうちの一方または両方に提供され得る。本明細書で使用する場合、「培養」および「発酵」という用語は、交換可能に使用される。これらの用語は、培養／発酵プロセスの増殖期および生成物生合成期の両方を包含する。

培養物は概して、微生物の増殖を可能にするのに十分な栄養素、ビタミン、および／または無機物を含有する水性培地中で維持される。好ましくは、水性培養培地は、最小嫌気性微生物増殖培地などの嫌気性微生物増殖培地である。好適な培地は、当該技術分野において周知である。

培養／発酵は、望ましくは、標的生成物の生成に適切な条件下で実施されるべきである。典型的に、培養／発酵は、嫌気性条件下で実施される。考慮すべき反応条件は、圧力（または分圧）、温度、ガス流速、液体流速、培地ｐＨ、培地酸化還元電位、撹拌速度（連続撹拌槽反応器を使用する場合）、接種レベル、液相中のガスが制限的にならないことを確実にするための最大ガス基質濃度、および生成物阻害を回避するための最大生成物濃度を含む。特に、基質の導入速度は、生成物がガス制限条件下での培養によって消費され得るため、液相中のガスの濃度が制限的にならないことを確実にするように制御されてもよい。

上昇した圧力でバイオリアクターを操作することは、気相から液相へのガス物質移動の増加した速度を可能にする。したがって、概して、大気圧よりも高い圧力で培養／発酵を実施することが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ保持時間がバイオリアクターの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクターの容積、およびその結果として培養／発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。これはさらに、バイオリアクター中の液体体積を入力ガス流量で除算したものとして定義される保持時間が、バイオリアクターが大気圧よりも上昇した圧力に維持されるときに減少され得ることを意味する。最適反応条件は、使用される特定の微生物に部分的に依存する。しかしながら、一般的には、大気圧より高い圧力で発酵を行うことが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ所望の保持時間を達成することがバイオリアクターの必要な容積をさらに示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクターの容積、およびその結果として発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。

特定の実施形態において、発酵は、光の不在下で、または光合成微生物のエネルギー要求を満たすには不十分な量の光の存在下で行われる。特定の実施形態では、本開示の微生物は、非光合成微生物である。

本明細書で使用される場合、「発酵ブロス」または「ブロス」という用語は、細胞および栄養培地、ならびに発酵生成物および副産物を含む、バイオリアクター内の構成成分の混合物を指す。本明細書で使用される場合、「分離器」は、バイオリアクターから発酵ブロスを受け取り、ブロスをフィルターに通して「保持液」および「透過液」を生成するように適合されたモジュールである。フィルターは、膜、例えば、クロスフロー膜または中空繊維膜であり得る。「透過液」という用語は、分離器を通過するブロスの実質的に可溶性の構成成分を指すために使用される。透過液は、典型的には、可溶性発酵生成物、副産物、および栄養素を含有する。保持液は、典型的には、細胞を含有する。本明細書で使用される場合、「ブロスブリード」という用語は、バイオリアクターから除去され、分離器に通されない発酵ブロスの一部分を指すために使用される。

標的生成物は、例えば、分留、蒸発、浸透蒸発、ガスストリッピング、相分離、および、例えば、液－液抽出を含む抽出発酵など、当該技術分野で既知の任意の方法またはその組み合わせを使用して、発酵ブロスから分離または精製され得る。特定の実施形態において、標的生成物は、ブロスの一部分をバイオリアクターから連続的に取り出し、微生物細胞をブロスから（濾過により簡便に）分離し、１つ以上の標的生成物をブロスから回収することによって、発酵ブロスから回収される。アルコールおよび／またはアセトンは、例えば、蒸留によって回収され得る。酸は、例えば、活性炭上での吸着によって回収され得る。分離された微生物細胞は、好ましくは、バイオリアクターに再循環されて戻される。標的生成物が取り出された後に残存している無細胞透過液も、好ましくは、バイオリアクターに戻される。追加の栄養素を、無細胞透過液に添加して、バイオリアクターに返送する前に、培地を補充し得る。

一次微生物は、例えば、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ、Ｂｌａｕｔｉａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒからなる群から選択され得る。具体的には、一次微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択される親細菌に由来し得る。一次微生物はまた、Ａｃｅｔｉｔｏｍａｃｕｌｕｍ ｒｕｍｉｎｉｓ、Ａｃｅｔｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ ｎｏｔｅｒａｅ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｂａｋｉｉ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｃａｒｂｉｎｏｌｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｄｅｈａｌｏｇｅｎａｎｓ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｉｍｅｔａｒｉｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍａｌｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｐａｌｕｄｏｓｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｕｎｄｒａｅ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｉｅｒｉｎｇａｅ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｃｅｔｏｈａｌｏｂｉｕｍ ａｒａｂｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｎｅｍａ ｌｏｎｇｕｍ、Ｂｌａｕｔｉａ ｃｏｃｃｏｉｄｅｓ、Ｂｌａｕｔｉａ ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｌａｕｔｉａ ｓｃｈｉｎｋｉｉ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｇｌｙｃｏｌｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｙｏｍｂｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｂｅｎｚｏｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ａｇｇｒｅｇａｎｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｒｅｌｌｌａ ｍｕｌｄｅｒｉ、Ｍｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｍｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ａｃｉｄｏｖｏｒａｎｓ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ａｅｒｉｖｏｒａｎｓ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｍａｌｏｎｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｐａｕｃｉｖｏｒａｎｓ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｒｈｉｚａｅ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐａｅｒｏｉｄｅｓ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｔｅｒｍｉｔｉｄａ、Ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ ｐｈａｅｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｓｐ ＨＵＣ２２－１、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、ＣＩｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｉｄｉｕｒｉｃｉ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｃａｂｒｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ、Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ、Ａｃｅｔｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｅｔｅｒｉｕｍ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ、Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ ｏｒｉｅｎｔｉｓ、Ｐｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｇｌｙｃｉｎｏｐｈｉｌｕｓ、Ｐｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｍａｇｎｕｓ、Ｉｇｎｉｃｏｃｃｕｓ ｈｏｓｐｉｔａｌｉｓ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉ、およびＴｈｅｒｍｏａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ ｐｈａｅｕｍからなる群からも選択され得る。微生物はまた、Ｓｃｈｉｅｌ－Ｂｅｎｇｅｌｓｄｏｒｆ，ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔｅｒｓ ５８６：２１９１－２１９８，２０１２の表１からも選択され得る。一実施形態では、一次微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉである。別の実施形態では、一次微生物は、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物である。「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ」とは、例えば、Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８に記載されている炭素固定のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を指す。「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物」は、予想通り、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む微生物を指す。一次微生物は、しばしば、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含有している。

別の実施形態では、一次微生物は、アセトゲンである。「アセトゲン」は、エネルギー節約のため、およびアセテートなどのアセチル－ＣｏＡおよびアセチル－ＣｏＡ由来生成物の合成のためのその主要機構としてＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を使用する、偏性嫌気性細菌である（Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８）。特に、アセトゲンはＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を、（１）ＣＯ２からのアセチルＣｏＡの還元的合成のメカニズム、（２）末端電子受容、エネルギー節約プロセス、（３）セル炭素の合成におけるＣＯ２の固定（同化）のメカニズム（Ｄｒａｋｅ，Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，Ｉｎ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３５４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００６）として使用する。天然に存在するすべてのアセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、および非メタン資化性である。

一次微生物は、炭素および／またはエネルギーを提供する基質（「一次基質」）を消費することができる。典型的には、一次基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、および／またはＣＨ_４を含む。好ましくは、一次基質は、ＣＯまたはＣＯ＋ＣＯ_２のＣ１炭素源を含む。一次基質は、Ｈ_２、Ｎ_２または電子などの他の非炭素構成成分をさらに含み得る。

実施形態では、一次基質は、ＣＯ_２およびＨ_２を含む。実施形態では、Ｈ_２は、再生可能なＨ_２である。例えば、一次基質は、約１～８０または１～３０モル％のＣＯ_２を含み得る。いくつかの実施形態では、一次基質は、約２０、１５、１０、または５モル％未満のＣＯ_２を含み得る。例えば、一次基質は、約１、２、５、１０、１５、２０、または３０モル％のＨ_２を含み得る。いくつかの実施形態では、一次基質は、約６０、７０、８０、または９０モル％のＨ_２など、比較的多量のＨ_２を含み得る。一次基質は、いくらかの量のＣＯおよび／またはいくらかの量の不活性ガス、例えば、Ｎ_２も含み得る。

一次基質は、産業プロセスの副産物として、または自動車の排気ガスやバイオマスガス化などのいくつかの他の供給源から、得られる廃ガスであり得る。特定の実施形態では、産業プロセスは、鉄鋼製造などの鉄金属生成物製造、非鉄金属生成物製造、石油精製、石炭ガス化、電力生成、カーボンブラック生成、アンモニア生成、メタノール生成、およびコークス製造からなる群から選択される。これらの実施形態では、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に放出される前に産業プロセスから捕捉されてもよい。

一次基質はまた、合成ガス、例えば、石炭または製油所の残留物のガス化、バイオマスまたはリグノセルロース材料のガス化、または天然ガスの改質によって得られる合成ガスでもあり得る。別の実施形態では、合成ガスは、都市固形廃棄物または産業固形廃棄物のガス化から得られてもよい。

基質の組成は、反応の効率および／またはコストに著しい影響を及ぼし得る。例えば、酸素（Ｏ_２）の存在は、嫌気性発酵プロセスの効率を低減させる可能性があり、しばしば、発酵は嫌気性となる。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、または濾過して、毒素、望ましくない構成成分、またはちり粒子等のいかなる望ましくない不純物も除去すること、および／または所望の構成成分の濃度を増加させることが望ましくあり得る。

特定の実施形態では、発酵は、糖、デンプン、リグニン、セルロース、またはヘミセルロースなどの炭水化物基質の不在下で実施される。

発酵によって、少なくとも１つの生成物（「生成物」）が生成される。典型的には、この生成物はアセテートであるが、発酵によって、エタノールおよびラクテートなどの追加の生成物も生成され得る。微生物バイオマスもまた、動物用飼料および肥料に適用できる可能性を有するため、生成物とみなすことができる。重要なことに、「アセテート」および「酢酸」という用語は、本明細書では互換的に使用され得、「ラクテート」および「乳酸」は、本明細書では互換的に使用され得る。次に、生成物を分離し、発酵ブロスから回収する必要がある。

「発酵」という用語は、基質に化学変化をもたらす代謝プロセスとして解釈されるべきである。例えば、発酵プロセスは、１つ以上の基質を受け取り、１つ以上の微生物の利用を介して１つ以上の生成物を生成する。「発酵」という用語は、１つ以上の基質を受け取り、１つ以上の微生物を利用して１つ以上の生成物を生成するプロセスと解釈されるべきである。しばしば、発酵プロセスは、１つ以上のバイオリアクターの使用を含む。発酵プロセスは、「バッチ」または「連続」のいずれかとして説明され得る。「バッチ発酵」は、バイオリアクターが微生物とともに原材料、すなわち炭素源で満たされ、発酵が完了するまで生成物がバイオリアクター内に留まる発酵プロセスを説明するために使用される。「バッチ」プロセスでは、発酵が完了した後に、生成物を抽出し、次の「バッチ」が始まる前にバイオリアクターを洗浄する。「連続発酵」は、発酵プロセスがより長期間にわたって延長され、発酵中に生成物および／または代謝物が抽出される発酵プロセスを説明するために使用される。好ましくは、発酵プロセスは連続的である。典型的には、培養は、バイオリアクター中で実行される。「バイオリアクター」という用語は、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、固定化細胞反応器（ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、またはガス－液体接触に好適な他の容器もしくは他のデバイスなどの１つ以上の容器、塔、または配管配置からなる培養／発酵デバイスを含む。いくつかの実施形態では、バイオリアクターは、第１の増殖反応器および第２の培養／発酵反応器を含み得る。基質は、これらの反応器のうちの一方または両方に提供され得る。本明細書で使用する場合、「培養」および「発酵」という用語は、交換可能に使用される。これらの用語は、培養／発酵プロセスの増殖期および生成物生合成期の両方を包含する。

培養物は概して、微生物の増殖を可能にするのに十分な栄養素、ビタミン、および／または無機物を含有する水性培地中で維持される。一実施形態では、水性培養培地は、最小嫌気性微生物増殖培地などの嫌気性微生物増殖培地である。好適な培地は、当該技術分野において周知である。

培養／発酵は、望ましくは、標的生成物の生成に適切な条件下で実施されるべきである。典型的に、培養／発酵は、嫌気性条件下で実施される。考慮すべき反応条件は、圧力（または分圧）、温度、ガス流速、液体流速、培地ｐＨ、培地酸化還元電位、撹拌速度（連続撹拌槽反応器を使用する場合）、接種レベル、液相中のガスが制限的にならないことを確実にするための最大ガス基質濃度、および生成物阻害を回避するための最大生成物濃度を含む。特に、基質の導入速度は、生成物がガス制限条件下での培養によって消費され得るため、液相中のガスの濃度が制限的にならないことを確実にするように制御されてもよい。

標的生成物は、例えば、分留蒸留、蒸発、浸透蒸発、ガスストリッピング、相分離、および例えば、液－液抽出を含む抽出発酵を含む、任意の方法または当該技術分野において既知の方法の組み合わせを使用して、発酵ブロスから分離または精製することができる。特定の実施形態において、標的生成物は、ブロスの一部分をバイオリアクターから連続的に取り出し、微生物細胞をブロスから（濾過により簡便に）分離し、１つ以上の標的生成物をブロスから回収することによって、発酵ブロスから回収される。アルコールおよび／またはアセトンは、例えば、蒸留によって回収され得る。分離された微生物細胞は、好ましくは、バイオリアクターに再循環されて戻される。標的生成物が取り出された後に残存している無細胞透過液も、好ましくは、バイオリアクターに戻される。追加の栄養素を、無細胞透過液に添加して、バイオリアクターに返送する前に、培地を補充し得る。

一実施形態では、アセテートおよび／またはラクテートは、イオン交換吸着の分離手法を使用して発酵ブロスから回収される。本開示に記載されるプロセスは、微生物に影響を与える可能性があるブロスのｐＨを実質的にシフトする必要なしに、酸の共役塩基を発酵ブロスから分離することができるという利点を有する。このようにして、アセテートおよび／もしくはラクテート、または低分子量有機酸の別の共役塩基を生きたブロスから分離することができ、生きた微生物を含有する生きたブロスをバイオリアクターに戻すことができる。具体的には、分離は、統合された消費床吸着および疑似移動床技術によって達成される。

吸着技術は、１つ以上の標的化合物を含有する可動液体流を静止相と相互作用させることによって分離する。吸着メカニズムの１つは、イオン交換樹脂を利用するイオン交換である。イオン交換操作は、連続的に操作することができる。拡張床技術では、樹脂の床は、上向きの供給の流れによって流動化され、結果として生じる床の空隙を介して、粒子状バイオマスが床を詰まらせたり、イオン交換樹脂の床に閉じ込められたままになることなく床を流れることができる。したがって、未清澄化の、または生の生きたブロスは、バイオマスが物理的に閉じ込められることなく、拡張床を通過し得る。一部の微生物は特定の樹脂に親和性を有するため、樹脂の選択も重要である。したがって、樹脂は、分離のために標的分子とイオン交換するように選択され得、発酵ブロスの特定の微生物とも適合性でなければならない。最後に、一実施形態では、拡張床は、疑似移動床モード（ＳＭＢ）で操作される。ＳＭＢは周知されており、最適な樹脂利用率および優れた分解を得るために使用される。ＳＭＢでは、樹脂の流量は、流体の流れの方向に異なる入口ポートおよび出口ポートを定期的にシフトすることによって疑似される。疑似移動床技術と統合された拡張床吸着は、Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１８，４１，Ｎｏ．１２，２３９３－２４０１に記載されている。

本開示の清澄化または未清澄化発酵ブロスは、部分的または全体的に、イオン交換樹脂を含む分離ユニットを通過し、疑似移動床モードで拡張吸着床として操作される。イオン交換樹脂は、発酵ブロス中でアセテートもしくはラクテート、またはそれらの両方とイオン交換するように選択される。イオン交換樹脂は、発酵ブロスの微生物と適合性があるようにさらに選択される。適合性は、少なくとも部分的に、微生物の性質および樹脂に付着または接着するその自然な傾向に基づく。微生物が樹脂に付着または接着しないイオン交換樹脂が所望される。樹脂は、ゲルタイプまたはマクロ多孔質ポリスチレン樹脂などの多孔質樹脂を含む任意の好適なタイプであり得る。イオン交換樹脂は、強陰イオン交換樹脂タイプであり得る。強陰イオン交換樹脂のクラスの好適な例は、Ｂｉｏ Ｒａｄから入手可能なＡＧ １－Ｘ８およびＡＧ １－Ｘ２、Ｄｏｗから入手可能なＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＨＰＲ９２００ Ｃｌ、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＡ９００ Ｃｌ、およびＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能なＤｉａｉｏｎ ＰＡ４０８Ｃｌの商品名で販売されている塩化物形態のものである。

具体的な例としては、ガス基質の存在下でＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属の微生物の培養から生じる発酵ブロスからのアセテートの分離、疑似移動床モードで操作される拡張吸着床のイオン交換樹脂を使用する分離が挙げられる。別の具体的な例としては、ガス基質の存在下でＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属の微生物の培養から生じるラクテートの分離、疑似移動床モードで操作される拡張吸着床のイオン交換樹脂を使用する分離が挙げられる。別の具体的な例としては、ガス基質の存在下でＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属の微生物の培養から生じる発酵ブロスからのアセテートおよびラクテートの両方の分離、疑似移動床モードで操作される拡張吸着床のイオン交換樹脂を使用する分離が挙げられる。アセテート、ラクテート、またはそれらの両方は回収され得、イオン交換樹脂は選択されたイオン交換樹脂にとって通常のように再生される。例えば、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方は、ニトレートまたは塩化物を含有する溶液を使用して回収され得る。

発酵ブロスは水性であるため、酢酸および乳酸は部分的にしか解離しない。したがって、アセテートおよびラクテートがイオン交換によって除去された後、残りの酢酸およびまたは乳酸は、発酵ブロスとともに再循環し、さらに解離して、イオン交換分離ステップをさらに通過する際に分離および回収され得る追加のアセテートおよびラクテートを提供し得る。用途の詳細に応じて、ｐＨ調整が必要になる場合がある。

発酵ブロスからのアセテートを分離して回収すると、アセテートは、酢酸に変換され得る。酢酸は、エチレンおよび酸素と触媒反応して、酢酸ビニルを形成することができる。触媒は、パラジウム触媒であり得る。
２Ｃ２Ｈ２ ＋ ２ ＣＨ３ＣＯ２Ｈ ＋ Ｏ２ → ２ＣＨ３ＣＯ２ＣＨＣＨ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ

一実施形態では、酢酸ビニルを形成するための反応に使用されるエチレンは、炭素酸化物含有ガスのガス発酵の結果であるエタノールに少なくとも部分的に由来し得る。炭素酸化物含有ガスは、上記の通りであり得る。

酢酸ビニルは、酢酸ビニルモノマー（ＶＡＭ）としても知られており、重合してポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）を生成するか、または重合および反応してポリビニルアルコールを形成し得る。酢酸ビニルはまた、他のモノマーと重合して、エチレン－酢酸ビニル、酢酸ビニル－アクリル酸、ポリ塩化酢酸ビニル、およびポリビニルピロリドンを含む様々なコポリマーを生成し得る。酢酸ビニルはまた、臭素と反応して二臭化物を形成し、ハロゲン化水素と反応して１－酢酸ハロエチルを形成し、白金触媒の存在下で酢酸と反応して二酢酸エチリデンを生成し得る。酢酸ビニルは、エステル交換反応を受けて、ビニルエーテルを生成し得る。

生物学的変換装置も本明細書に開示され、バイオリアクターシステムおよび上記の分離ゾーンを備える。図１に目を向けると、入口１０４は、供給ライン１０６内のガス基質をバイオリアクター１０２に導く。バイオリアクター１０２は、培養培地および微生物を含有して、基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する。出口１０８は、培養培地、微生物、生成物を含むバイオリアクターからの発酵ブロスがバイオリアクターから通過することを可能にする。分離ゾーン１１２の入口１１０は、出口１０８と流体連通している。分離ゾーン１１２は、疑似移動床構成のイオン交換樹脂の拡張床を含む。分離ゾーン１１２では、生成物は、樹脂とイオン交換され、それによって床に保持される。微生物を含む発酵ブロスの残りの部分は、イオン交換樹脂を介して出口１１８を通過し、ライン１２０を通ってバイオリアクター１０２にリサイクルされて、バイオリアクター１０２の入口１２２にリサイクルされ得る。分離ゾーンは、イオン交換樹脂を再生し、生成物を放出するために再生源と流体連通している入口１１４を有する。分離ゾーン１１２はまた、放出された生成物を回収するための生成物の出口１１６を有する。場合によって、イオン交換プロセス中にイオン交換樹脂から放出された対イオンは、バイオリアクターにリサイクルする前に発酵ブロスから除去され得る。疑似移動床操作の詳細は知られており、本明細書では考察しない。

別の実施形態では、生物学的変換装置は、バイオリアクターシステムおよび上記の分離ゾーン、ならびにバイオリアクターシステムと分離ゾーンとの間に配置された微生物バイオマス分離ゾーンを備える。この実施形態では、バイオリアクターの発酵ブロスの一部分のみが、イオン交換樹脂を含む分離ゾーンに通される。微生物バイオマス分離ゾーンは、膜分離などの手法を用いて、発酵ブロスの部分を含む微生物バイオマスを分離し、次に、これはバイオリアクターにリサイクルされ得る。次に、発酵ブロスの残りは、イオン交換樹脂を含む分離ゾーンに通され得る。イオン交換樹脂を含む分離ゾーンは、固定床モード、２つ以上の固定床を使用するスイング床モード、疑似移動床モード、移動床モード、または他のモードなどの様々な異なる操作モードで操作され得る。

イオン交換樹脂を含む分離ゾーンに発酵ブロスを通す前に微生物バイオマスを除去する１つの利点は、分離ゾーンを介して処理される材料の量が低減するために、分離ゾーンのサイズが低減され得ることである。別の利点は、イオン交換プロセス中にイオン交換樹脂から放出される対イオンへの微生物バイオマスの曝露を容易かつ簡単に制御することである。

図２に目を向けると、入口２０４は、供給ライン２０６内のガス基質をバイオリアクター２０２に導く。バイオリアクター２０２は、培養培地および微生物を含有して、基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する。出口２０８は、培養培地、微生物、生成物を含むバイオリアクターからの発酵ブロスが、バイオリアクター２０２から導管２２２を通って、微生物バイオマス分離ゾーン２２４を通過することを可能にする。微生物バイオマス分離ゾーン２２４は、発酵ブロスの保持部分が微生物バイオマスを含有し、発酵ブロスの透過部分が分離されるアセテートまたはラクテートなどの標的構成成分を含有する膜分離ゾーンとして図２に示される。微生物バイオマスを含有する発酵ブロスの保持部分は、ライン２２８でバイオリアクター２０２にリサイクルされる。アセテートなどの分離される生成物を含有する発酵ブロスの透過部分は、微生物バイオマス分離ゾーン２２４からライン２２６を介して分離ゾーン２３０に導かれる。他の微生物バイオマス分離手法を用いることができ、示された膜分離手法は単に例示的なものである。

分離ゾーン２３０は、イオン交換樹脂の少なくとも１つの固定床を含む。分離ゾーン２３０がイオン交換樹脂の少なくとも２つの固定床を含むことが有利であり得、その結果、一方の固定床がオンラインであり、他方が再生されている間に操作状態になり得る。生成物は、樹脂とイオン交換され、それによって床に保持される。ライン２２６で、導かれた発酵ブロスの部分は、分離ゾーン２３０に入り、イオン交換樹脂と接触し、そこで生成物が樹脂とイオン交換され、それによって床に保持される。発酵ブロスの保持されていない部分は、ここで樹脂からの対イオンをさらに含有し、イオン交換樹脂床を通過し、流出流２３２の分離ゾーン２３０から除去され、処理のために処理ユニット２３４に送られて、イオン交換樹脂の再生剤として使用される。処理は、ライン２３６を介して溶液を添加することによって特定の対イオンを別の対イオンに有利に反応させて除き、ライン２４２であまり好ましくない対イオンを含有する反応生成物を除去することを含み得る。再生物は、ライン２３８の分離ゾーン２３０に通されて、イオン交換樹脂と接触し、イオン交換樹脂を再生し、所望の生成物を放出する。ここで分離された所望の生成物は、生成物回収ライン２４０の分離ゾーン２３０から除去される。

本明細書に列挙される公表文献、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献があたかも参照により組み込まれることが個々にかつ具体的に示され、かつその全体が本明細書中に記載された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書中で任意の先行技術を参照することは、その先行技術が、あらゆる国における努力分野の共通の一般知識の一部を形成していることを認めるものではなく、またそのように受け取られるべきでもない。

本開示を説明する文脈において（特に、以下の特許請求の範囲の文脈において）、「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語ならびに同様の指示語の使用は、本明細書中に他に指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈されるものとする。用語「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有すること」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含有すること」は、特に断りのない限り、非限定的な用語（すなわち、「～を含むがこれらに限定されないこと」を意味する）と解釈されるものとする。「から本質的になる」という用語は、組成物、プロセス、または方法の範囲を、特定の材料もしくは工程、または組成物、プロセス、もしくは方法の基本的かつ新規の特性に実質的に影響しないものに限定する。代替語（例えば、「または」）の使用は、代替語の一方、両方、またはこれらの任意の組み合わせを意味すると理解されるべきである。本明細書で使用される場合、「約」という用語は、別段の指示がない限り、指示された範囲、値、または構造の±２０％を意味する。

本明細書の値の範囲の記載は、本明細書に別段の指示がない限り、範囲内に入る各それぞれの値を個々に言及する省略法としての機能を果たすことを単に意図し、各それぞれの値は、あたかも本明細書に個々に記載されたかのように、本明細書中に組み込まれる。例えば、任意の濃度範囲、パーセンテージ範囲、比率範囲、整数範囲、サイズ範囲、または厚さ範囲は、別段の指示がない限り、列挙された範囲内の任意の整数の値、および適切な場合、その分数（整数の１０分の１および１００分の１など）を含むと理解されるべきである。

本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに相反することがない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供されるありとあらゆる例または例示的な言葉（例えば、「など」）の使用は、本開示をより良く解明することを単に意図し、別段、特許請求されない限り、本開示の範囲を制限しない。本明細書におけるいかなる言葉も、本開示の実施に不可欠ないかなる非特許請求要素を示すものと解釈されるべきではない。

本開示の異なる実施形態が、本明細書に記載される。それらの実施形態の変化形態は、上記の説明を読むことによって当業者に明らかとなり得る。本発明者等は、当業者が必要に応じてそのような変化形を採用することを予想し、本発明者等は、本開示が本明細書に具体的に記載されるものとは別の方法で実施されることを意図する。したがって、本開示は、適用法によって許可された通り、本明細書に添付される特許請求の範囲に記載される主題のすべての修正物および均等物を含む。さらに、その実施形態のすべての考えられる変化形における上記の要素のあらゆる組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、本開示によって包含される。

第１の実施形態は、
ａ．ガス基質および微生物を発酵させて、微生物および標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、
ｂ．発酵ブロスを、連続イオン交換疑似移動床にイオン交換樹脂を有する分離ユニットに通すことと、
ｃ．樹脂とのイオン交換を介して標的構成成分を選択的に保持し、微生物を連続イオン交換疑似移動床に通すことと、
ｄ．イオン交換樹脂を再生し、標的構成成分を回収することと、を含む、発酵ブロスから標的構成成分を分離するための方法である。

標的構成成分が、低分子量有機酸の共役塩基である、第１の実施形態に記載の方法。

標的構成成分が、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方である、第１の実施形態に記載の方法。

連続イオン交換疑似移動床が、拡張床である、第１の実施形態に記載の方法。

イオン交換樹脂が、強陰イオン交換樹脂である、第１の実施形態に記載の方法。

微生物が、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択される親微生物に由来する、第１の実施形態に記載の方法。

微生物が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属のメンバーである、第１の実施形態に記載の方法。

微生物が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉに由来する、第１の実施形態に記載の方法。

ガス基質が、産業廃棄物ガス、産業オフガス、ガス化廃棄物に由来する合成ガス、ガス化バイオマスに由来する合成ガス、またはこれらの任意の組み合わせである、第１の実施形態に記載の方法。

標的構成成分が、反応して、１つ以上の生成物を形成する、第１の実施形態に記載の方法。

標的化合物がアセテートであり、１つ以上の生成物が酢酸ビニルである、先行実施形態に記載の方法。

酢酸ビニルを反応させて、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成することをさらに含む、先行実施形態に記載の方法。

ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを反応させて、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体を形成することをさらに含む、先行実施形態に記載の方法。

第２の実施形態は、
ａ．ガス基質および微生物を発酵させて、微生物および標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、
ｂ．発酵ブロスを第１の分離ゾーンに通して、微生物を含む発酵ブロスの第１の部分を分離し、バイオリアクターにリサイクルすることと、
ｃ．発酵ブロスの第２の部分を、イオン交換樹脂を含む第２の分離ゾーンに通すことと、
ｄ．樹脂とのイオン交換を介して標的構成成分を選択的に保持し、残りを第２の分離ゾーンに通すことと、
ｅ．再生物によってイオン交換樹脂を再生し、標的構成成分を回収することと、を含む、発酵ブロスから標的構成成分を分離するための方法である。

再生物が、残りの少なくとも一部分を含むか、または残りに由来する、第２の実施形態に記載の方法。

標的構成成分が、低分子量有機酸の共役塩基である、第２の実施形態に記載の方法。

標的構成成分が、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方である、第２の実施形態に記載の方法。

イオン交換樹脂が、強陰イオン交換樹脂である、第２の実施形態に記載の方法。

ガス基質が、産業廃棄物ガス、産業オフガス、ガス化廃棄物に由来する合成ガス、ガス化バイオマスに由来する合成ガス、またはこれらの任意の組み合わせである、第２の実施形態に記載の方法。

標的構成成分が、反応して、１つ以上の生成物を形成する、第２の実施形態に記載の方法。

標的化合物がアセテートであり、１つ以上の生成物が酢酸ビニルである、先行実施形態に記載の方法。

酢酸ビニルを反応させて、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成することをさらに含む、先行実施形態に記載の方法。

ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを反応させて、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体を形成することをさらに含む、先行実施形態に記載の方法。

第３の実施形態は、
ａ．基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステムと、
ｂ．バイオリアクターの出口と流体連通している第１の入口と、疑似移動床構成のイオン交換樹脂の床と、再生源と流体連通している第２の入口と、バイオリアクターシステムと流体連通している出口と、生成物の出口とを備える分離ゾーンと、を備える、生物学的変換装置である。

イオン交換樹脂の床が、イオン交換樹脂の拡張床である、第３の実施形態に記載の生物学的変換装置。

第４の実施形態は、
ａ．基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステムと、
ｂ．バイオリアクターの出口と流体連通している入口と、微生物バイオマスを分離するための膜と、バイオリアクターと流体連通している保持液出口と、透過液出口とを備える第１の分離ゾーンと、
ｃ．第１の分離ゾーンの透過液出口と流体連通している第１の入口と、イオン交換樹脂の少なくとも１つの床と、再生源と流体連通している第２の入口と、再生源と流体連通している出口と、生成物の出口とを備える第２の分離ゾーンと、を備える、生物学的変換装置である。

Claims (26)

1. 発酵ブロスから標的構成成分を分離するための方法であって、
   ａ．ガス基質および微生物を発酵させて、前記微生物および前記標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、
   ｂ．前記発酵ブロスを、連続イオン交換疑似移動床にイオン交換樹脂を有する分離ユニットに通すことと、
   ｃ．前記樹脂とのイオン交換を介して前記標的構成成分を選択的に保持し、前記微生物を前記連続イオン交換疑似移動床に通すことと、
   ｄ．前記イオン交換樹脂を再生し、前記標的構成成分を回収することと
   を含む、前記方法。
2. 前記標的構成成分が、低分子量有機酸の共役塩基である、請求項１に記載の方法。
3. 前記標的構成成分が、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方である、請求項１に記載の方法。
4. 前記連続イオン交換疑似移動床が、拡張床である、請求項１に記載の方法。
5. 前記イオン交換樹脂が、強陰イオン交換樹脂である、請求項１に記載の方法。
6. 前記微生物が、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択される親微生物に由来する、請求項１に記載の方法。
7. 前記微生物が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属のメンバーである、請求項１に記載の方法。
8. 前記微生物が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉに由来する、請求項１に記載の方法。
9. 前記ガス基質が、産業廃棄物ガス、産業オフガス、ガス化廃棄物に由来する合成ガス、ガス化バイオマスに由来する合成ガス、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の方法。
10. 前記標的構成成分が、反応して、１つ以上の生成物を形成する、請求項１に記載の方法。
11. 前記標的化合物がアセテートであり、前記１つ以上の生成物が酢酸ビニルである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記酢酸ビニルを反応させて、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを反応させて、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体を形成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 発酵ブロスから標的構成成分を分離するための方法であって、
    ａ．ガス基質および微生物を発酵させて、前記微生物および前記標的構成成分を含む発酵ブロスを生成することと、
    ｂ．前記発酵ブロスを第１の分離ゾーンに通して、前記微生物を含む前記発酵ブロスの第１の部分を分離し、バイオリアクターにリサイクルすることと、
    ｃ．前記発酵ブロスの第２の部分を、イオン交換樹脂を含む第２の分離ゾーンに通すことと、
    ｄ．前記樹脂とのイオン交換を介して前記標的構成成分を選択的に保持し、残りを前記第２の分離ゾーンに通すことと、
    ｅ．再生物によって前記イオン交換樹脂を再生し、前記標的構成成分を回収することと
    を含む、前記方法。
15. 前記再生物が、前記残りの少なくとも一部分を含むか、または前記残りに由来する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記標的構成成分が、低分子量有機酸の共役塩基である、請求項１４に記載の方法。
17. 前記標的構成成分が、アセテート、ラクテート、またはそれらの両方である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記イオン交換樹脂が、強陰イオン交換樹脂である、請求項１４に記載の方法。
19. 前記ガス基質が、産業廃棄物ガス、産業オフガス、ガス化廃棄物に由来する合成ガス、ガス化バイオマスに由来する合成ガス、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項１４に記載の方法。
20. 前記標的構成成分が、反応して、１つ以上の生成物を形成する、請求項１４に記載の方法。
21. 前記標的化合物がアセテートであり、前記１つ以上の生成物が酢酸ビニルである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記酢酸ビニルを反応させて、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを形成することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを反応させて、ポリマー、コポリマー、接着剤、コーティング、塗料、フィルム、布、発泡体、ワイヤー絶縁体、またはケーブル絶縁体を形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 生物学的変換装置であって、
    ａ．基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、前記バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステムと、
    ｂ．前記バイオリアクターの前記出口と流体連通している第１の入口と、疑似移動床構成のイオン交換樹脂の床と、再生源と流体連通している第２の入口と、前記バイオリアクターシステムと流体連通している出口と、生成物の出口とを備える分離ゾーンと
    を備える、前記生物学的変換装置。
25. 前記イオン交換樹脂の床が、イオン交換樹脂の拡張床である、請求項２４に記載の生物学的変換装置。
26. 生物学的変換装置であって、
    ａ．基質中の炭素源を代謝し、生成物を生成する培養培地および微生物を含むバイオリアクターへの入口と、前記バイオリアクターからの出口とを備えるバイオリアクターシステムと、
    ｂ．前記バイオリアクターの前記出口と流体連通している入口と、微生物バイオマスを分離するための膜と、前記バイオリアクターと流体連通している保持液出口と、透過液出口とを備える第１の分離ゾーンと、
    ｃ．前記第１の分離ゾーンの前記透過液出口と流体連通している第１の入口と、イオン交換樹脂の少なくとも１つの床と、再生源と流体連通している第２の入口と、前記再生源と流体連通している出口と、生成物の出口とを備える第２の分離ゾーンと
    を備える、前記生物学的変換装置。
    

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