Fett från trä: Optimering av jästsvampen Yarrowia lipolytica för produktion av matfett med definierad sammansättning från hydrolysat av lignocellulosa

Forskningsprojekt, 2018 – 2021

Användning och produktion av växtbaserade oljor har ökat oavbrutet under de senast årtiondena, upp till storleksordningen 250 miljoner ton/år. Ungefär hälften används inom kemi-industrin och resten används för föda och foder-ändamål. Det finns dock problem med den ökade användningen av fett, dels relaterat till begränsad möjlighet att odla mer och till miljöförstöring, dels relaterat till en oregelbunden tillgång beroende av skörd-volym/kvalitet.Oljor med en specifik sammansättning, t ex kakao-smör, är exempel på en produkt där produktionen inte kan öka nämnvärt p g a svårighet att utvidga odlingar, palmolja är en produkt som har stark miljö-konflikt. Det finns alltså ett behov att framställa fett/olja på nya sätt, t ex genom att använda socker-rikt hydrolysat av växt-biomassa, vilket kan användas som substrat för olje-ackumulerande mikroorganismer. Yarrowia lipolytica är en väl studerad representant för olje-ackumulerande jäst, d v s jästsvampar som ansamlar triglycerider (olja) i halter som kan uppgå till många tiotal procent av torrvikten, när de har ett överskott av socker. Yarrowia kan också modifieras genetiskt vilket gör den lämplig som producent av olja med definierad sammansättning. För att Yarrowia ska fungera som industriell produktions-organism för olja, så måste dock ett antal krav uppfyllas: (i) Olje-ackumuleringen i jäst-svampen ska ske snabbt och till höga nivåer.(ii) Tillväxt och oljeackumulering ska dessutom tåla de förhållanden som finns i biomassa-hydrolysat, t ex lågt pH och inhiberande ämnen.(iii) Sammansättningen av fettsyror i oljan ska kunna styras. Vi avser att använda en strategi baserad på evolution i lab-miljö för att hitta stammar av Yarrowia som snabbt producerar höga olje-halter samt är tåliga för hydrolysat. Strategin baseras på att centrifugering av celler i en sukrosgradient kan separera celler beroende på fett-innehåll, de med mest olja kommer att hamna längst upp. Odling av de feta cellerna i medium med ökande halt av hydrolysat-komponenter ger en selektion för stress-toleranta celler, vilka sedan åter separeras med avseende på olje-innehåll i centrifugerings-strategin. Upprepningar av dessa steg kommer att anrika stammar som uppfyller kraven på snabb och hög olje-ackumulering i hydrolysat.Ett flertal stammar med gynnsamma egenskaper kommer att sekvenseras för att identifiera de mutationer som är ansvariga för de önskvärda egenskapernan Odlingstemperatur samt typ av tillgänglig näring påverkar fettsyra-sammansättningen i jäst-svamparnas olja och membran. Vi kommer att karaktärisera dessa skillnader under tillväxt i så kallade kemostater, där tillväxthastigheten kan styras mycket precist. Fettsyra-sammansättningen kommer sedan att jämföras med skillnader i gen- och protein-uttryck. De gener vars uttryck visar en korrelation med en bestämd fettsyra-sammansättning utgör intressanta "mål-gener". Det är troligt att även celler från den första selektions-strategin för olje-innehåll och tolerans kommer att visa skillnader i fettsyra-sammansättning vilket kan korreleras med mutationer i enskilda gener (även detta utgör "mål-gener"). Gener som kodar för intressanta steg i fett-metabolismen kommer också att identifieras från andra organismer (t ex från kakao-plantor och oljepalm, liksom från bakterier och andra svampar). Dessa gener kan sedan uttryckas i Yarrowia för att åstadkomma ändrad fett-sammansättning. Den sista fasen i projektet utgörs av en karaktäriserings- och verifierings-fas. Mål-gener och mutationer vilka identifierats i föregående steg kommer att föras in i den ursprungliga stammen av Yarrowia, både ensamma och i kombinationer av flera mål-gener. Den teknik som kommer att utnyttjas bygger på CRISPR-Cas9 baserad klippning och integration i genomet. Effekterna på olje-ansamling, tolerans mot hydrolysat samt fettsyra-sammansättning kommer att utvärderas. Slutprodukter av projektet är jäst-stammar som kan växa och snabbt bilda höga oljehalter i hydrolysat av växt-biomassa. Stammarna ska dessutom kunna väljas för att producera olja med en bestämd sammansättning av fettsyror. Vi avser i första hand att producera olja vars sammansättning liknar kakao-fett och palmolje-fett. Dessa stammar kommer att patenteras och resultaten publiceras med avsikt att föra ut kunskap för industriell användning i hållbar produktion.