用于用工程化微生物提取稀土元素的系统和方法

背景技术：

1、稀土元素(ree)对于制造现代电子产品、包括电动机和风力涡轮发电机的可持续能源技术；固态照明；电池阳极；高温超导体；和高强度轻质合金至关重要。所有这些应用对全球ree供应链提出了不断增加的需求。随着全球对可持续能源的需求不断增长，寻找可靠且可持续的ree来源至关重要。

2、目前用于提炼ree的方法通常涉及刺激性化学品、高温、高压，并且产生大量有毒废物。这些工艺使依赖ree的可持续能源技术具有高的环境与碳足迹。因此，由于美国的环境标准高，其没有能力产生纯化ree。

3、人们越来越关注生物方法，即使不能完全取代传统的ree提取和纯化方法，也可以对其进行补充。生物浸出提取了世界上5％的黄金，和世界上约15％的铜供应，并且仅智利的生物采矿就占全球cu供应的10％。

4、ree生物浸出的性能落后于热化学工艺。例如，热化学方法从独居石矿石中提取ree的效率为89-98％，而曲霉属(aspergillus)物种只能达到约3-5％。产酸微生物氧化葡糖杆菌(gluconobacter oxydans)b58可以从fcc催化剂中回收约50％的ree。然而，技术经济分析表明，即使这样的提取效率对于商业可行性来说仍然不够高。

5、当前改进生物浸出的努力主要集中在工艺优化上。据信，先前尚未对任何生物浸出微生物采取遗传方法。随着用于读取和写入基因组的工具的最新进展，遗传工程化成为用于增强生物浸出的一个有吸引力的解决方案。然而，将这些工具应用于如氧化葡糖杆菌等非模型微生物可能是一个重大挑战。尽管已经在编辑氧化葡糖杆菌基因组方面取得了一些进展，但仍不清楚在何处可以编辑基因组以改进生物浸出结果。因此，对于改进的组合物、工程化生物以及用于将ree与含有其的组合物分离的方法有着持续且未满足的需求。本公开与这种需求相关。

技术实现思路

1、本公开提供了氧化葡糖杆菌b58的全基因组敲除集合的描述，以及使用其来全面表征稀土元素(ree)生物浸出的基因组学。总共鉴定了304个显著改变氧化葡糖杆菌的酸性生物浸滤剂的产生的基因，包括165个产生统计上显著变化的基因。部分基于此分析，本公开提供了用于生物浸出ree的经修饰的细菌。所述经修饰的细菌包括至少一种与改进的ree生物浸出能力相关的工程化遗传变化，所述改进的ree生物浸出能力是相对于用与所述经修饰的细菌相同的物种但未经修饰的细菌进行的ree生物浸出。所述至少一种遗传变化导致至少一种基因的表达减少或表达增加。在非限制性实施方式中，至少一个表达被修饰的基因编码参与磷酸盐特异性转运系统信号传导的蛋白质，或编码参与吡咯并喹啉醌(pqq)合成的蛋白质。在非限制性实例中，编码参与磷酸盐特异性转运系统信号传导的蛋白质的基因的表达受到抑制。在某些实施方式中，抑制的基因是psts、pstb或pstc。在某些实施方式中，编码参与pqq合成的蛋白质的基因增加。在非限制性实施方式中，基因pqqa、pqqb、pqqc、pqqd、pqqe、tldd和tlde中至少一个基因的表达增加。除了本文所描述的这些和其它遗传修饰之外，相对于未修饰的细菌的mgdh表达，所述经修饰的细菌表现出mgdh表达增加。在某些实施方式中，psts、pstb、pstc或其组合的表达减少，或者pqqa、pqqb、pqqc、pqqd、pqqe、tldd、tlde或其组合的表达增加。在这些背景下，mgdh的表达也可能增加。

2、另一方面，本公开提供了使包含ree的组合物与由所描述的经修饰的细菌产生的组合物接触。由细菌产生的组合物可以被认为是浸滤剂或生物浸滤剂，因为所述组合物是由所描述的细菌产生的。本公开提供了在使组合物与生物浸滤剂接触之后从组合物中分离ree。分离的ree适用于对本领域技术人员显而易见的广泛应用。

3、另一方面，本公开提供了试剂盒，其含有一个或多个可密封容器，所描述的经修饰的细菌容纳在所述一个或多个可密封容器中。试剂盒可以进一步包括印刷材料，如使用经修饰的细菌形成生物浸滤剂和/或从存在ree的组合物中提取ree的说明。

技术特征：

1.用于从包含稀土元素(ree)的组合物中生物浸出所述ree的经修饰的细菌，所述经修饰的细菌包括至少一种与改进的ree生物浸出能力相关的工程化遗传变化，所述改进的ree生物浸出能力是相对于用与所述经修饰的细菌相同的物种但未修饰的细菌进行的ree生物浸出，并且其中所述至少一种遗传变化包括引起至少一个基因的表达减少或表达增加的变化，并且其中所述至少一个基因任选地编码参与磷酸盐特异性转运系统信号传导的蛋白质，或者编码参与吡咯并喹啉醌(pqq)合成的蛋白质。

2.根据权利要求1所述的经修饰的细菌，其中编码参与所述磷酸盐特异性转运系统信号传导的蛋白质的所述基因的表达受到抑制，并且其中所述基因任选地是psts、pstb或pstc。

3.根据权利要求1所述的经修饰的细菌，其中编码参与所述pqq合成的蛋白质的所述基因的表达增加，并且其中所述基因任选地选自由以下组成的组：pqqa、pqqb、pqqc、pqqd、pqqe、tldd和tlde。

4.根据权利要求1所述的经修饰的细菌，其中除了所述至少一种遗传变化之外，相对于未修饰的细菌的mgdh表达，所述经修饰的细菌已被修饰成mgdh的表达增加。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的经修饰的细菌，其中psts的表达减少。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的经修饰的细菌，其中pstb的表达减少。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的经修饰的细菌，其中psts、pstb、pstc或其组合减少，其中pqqa、pqqb、pqqc、pqqd、pqqe、tldd、tlde或其组合的表达增加，并且其中mgdh的所述表达也增加。

8.根据权利要求5所述的经修饰的细菌，其中所述经修饰的细菌是氧化葡糖杆菌(gluconobacter oxydans)。

9.根据权利要求6所述的经修饰的细菌，其中所述经修饰的细菌是氧化葡糖杆菌。

10.根据权利要求7所述的经修饰的细菌，其中所述经修饰的细菌是氧化葡糖杆菌。

11.一种方法，其包括使包含稀土元素(ree)的组合物与由根据权利要求1至4中任一项所述的经修饰的细菌产生的生物浸滤剂接触。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括从所述组合物中分离ree。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述经修饰的细菌中的psts的表达减少。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括从所述组合物中分离ree。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述经修饰的细菌中的pstb的表达减少。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括从所述组合物中分离ree。

17.根据权利要求11所述的方法，其中psts、pstb、pstc或其组合减少，其中pqqa、pqqb、pqqc、pqqd、pqqe、tldd、tlde或其组合的表达增加，并且其中所述经修饰的细菌中的mgdh的所述表达也增加。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括从所述组合物中分离ree。

19.一种试剂盒，其包括根据权利要求1至4中任一项所述的经修饰的细菌，所述试剂盒进一步包括一个或多个可密封容器，所述经修饰的细菌容纳在所述一个或多个可密封容器中。

20.根据权利要求19所述的试剂盒，其中所述经修饰的细菌是经修饰的氧化葡糖杆菌。

技术总结
提供了用于生物浸出稀土元素(REE)的经修饰的细菌。所述经修饰的细菌含有至少一种与改进的REE生物浸出能力相关的工程化遗传变化，所述改进的REE生物浸出能力是相对于用与所述经修饰的细菌相同的物种但未修饰的细菌进行的REE生物浸出。还提供了一种用于通过使含有REE的组合物与由所述经修饰的细菌产生的生物浸滤剂接触来提取REE的方法。还提供了试剂盒，所述试剂盒包括容纳所述经修饰的细菌的容器。

技术研发人员：B·巴斯托,A·施密茨,B·骈,S·麦丁
受保护的技术使用者：康奈尔大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29