Food ingredients from CO2 with flexible microbial consortia
- Reference number
- FFF20-0027
- Project leader
- Hudson, Elton
- Start and end dates
- 220101-261231
- Amount granted
- 29 000 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Life Science Technology
Summary
We develop a light-powered microbial consortia to convert CO2 to tailored food additives. Through extensive molecular breeding, enzyme engineering, and high-throughput screening, we will create a platform strain of the yeast S. cerevisiae to accumulate palm and coconut oils, two growing markets with unsustainable supply. To provide additional value, we will generate strain agnostic, designer enzymes for valorizing fatty-acids into other food additives. In parallel, we will optimize a “division of labor,” co-culture, where CO2 is fixed by photosynthetic cyanobacteria and secreted as sugar to yeast. Cyanobacteria will be enhanced using machine-learning guided mutation of the Calvin cycle. The combinatorial screening of culture parameters and genetic mutations is achieved with novel microfluidics technology. The immediate outcome will be novel strains and enzymes with high industrial potential. By focusing on S. cerevisiae, we build upon previous success in production of fats, and access unique synthetic biology tools. The interdisciplinary nature will give our results a broad reach and high impact. Our implementation plan includes licensing IP to Biopetrolia, a Chalmers spinout. Our reference board, with representatives from 4 Swedish companies, will help us reach industrial stakeholders, identify applications for results, and advise trainees. A long-term vision is a viable fermentation platform in Sweden that replaces import of myriad food ingredients derived from plants.
Popular science description
Den globala marknaden för livsmedelsprodukter förväntas växa med 7% per år och uppgå till 7,5 miljarder USD år 2023. Miljömedvetenhet, välbefinnande och hälsa utgör ledstjärnor i utvecklingen av framtidens självförsörjande och hållbara livsmedelsystem. En snabbt framväxande trend är att ersätta syntetiska livsmedelstillsatser, som tex färgämnen, med biobaserade produkter. I synnerhet palm- och kokosnötsolja har åtnjutit ett ökat intresse med stark marknadstillväxt. Dessa oljor har en tilltalande textur och egenskaper idealiska för ingredienser i smör och konfektyr, och som tillsats till vegetabiliskt protein. I Europa kan palmolja utgöra 6% av det dagliga fettintaget och 2019 importerades 10300 ton palmolja till Sverige, vilket var nästan en fördubbling från 2015. Produktionen av dessa oljor är dock inte hållbar och endast 20% av palmoljan är certifierad. Växterna odlas på tropiska plantager, vilket är förknippat med avskogning och stor åtgång av odlingsbar mark. Kokosnötsplantager kan vidare ha en hög miljöpåverkan, eftersom de huvudsakligen ligger på tropiska öar där de utgör ett hot mot inhemska växt- och djurarter. Samtidigt ökar marknaden för kokosnötolja, eftersom den har blivit en lipidersättning för mejeriprodukter. Självförsörjningen utgör ytterligare ett hinder: andra växter uppvisar en annan uppsättning triglycerider, vilka ger sämre livsmedelsegenskaper. Innovativa produktionssystem behövs därför för att möjliggöra en hållbar syntes av livsmedelsoljor i Sverige och globalt. I detta projekt kommer vi att utveckla ett mikrobiellt produktionssystem för skräddarsydd biosyntes av livsmedelstillsatser och som uppfyller två viktiga behov: det är tillräckligt flexibelt för att producera matoljor och andra tillsatser och det har en billig och riklig insats vilket utgörs av avfall från Sveriges skogsindustri. För att uppnå detta mål använder projektet ett fotosyntetisk mikrobiellt konsortium för att effektivt fixera och konvertera klimatgasen CO2 till näring, vilken sedan tillgodogörs av jästfabriker för att producera palm- och kokosnöts- olja. Dessutom kommer projektet utveckla nyckelenzymer för andra livsmedelstillsatser. Vi föreställer oss därför att många livsmedelstillsatser som för närvarande skördas från otaliga växter runt om i världen istället kan produceras lokalt via jäsning, med hjälp av de framsteg som gjorts inom detta projekt. Detta skulle utgöra en viktig milstolpe i en självförsörjande livsmedelsproduktionskedja i Sverige.