Characterizing Oleaginous Yeasts Modified for Production of Polyesters
(2021) KETM05 20212Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- To reduce pollution and green house gas emissions associated with plastic production and waste, biobased production of the biodegradable plastic, polyhydroxybutyrate (PHB), is suggested to be a good substitute to petrochemically derived plastics used in foodstuff packaging. However, bacterial production of PHB has proven costly and production with plants occurs at the expense of arable land. Oleaginous (oily) yeasts are here proposed to be good production candidates due to their robustness and ability to grow well on cheap substrates, such as crude glycerol. These yeasts have a supposed advantage over a yeast like Saccharomyces cerevisiae, which lies in their large pool of available acetyl-coA, accessed in nutrient scarce conditions. The... (More)
- To reduce pollution and green house gas emissions associated with plastic production and waste, biobased production of the biodegradable plastic, polyhydroxybutyrate (PHB), is suggested to be a good substitute to petrochemically derived plastics used in foodstuff packaging. However, bacterial production of PHB has proven costly and production with plants occurs at the expense of arable land. Oleaginous (oily) yeasts are here proposed to be good production candidates due to their robustness and ability to grow well on cheap substrates, such as crude glycerol. These yeasts have a supposed advantage over a yeast like Saccharomyces cerevisiae, which lies in their large pool of available acetyl-coA, accessed in nutrient scarce conditions. The work presented here have been to characterize two strains of an oily yeast. A transgenic strain of Rhodosporidium toruloides had added genes coding for PHB production and the
other strain was the wild-type variant of the first. The wild-type strain had significant substrate inhibition when glycerol concentrations exceed 20 g/L, the optimal concentration was found to be 10 g/L with a growth rate of 0.064 h −1. When grown on glycerol in a fed-batch, the cells appeared to be loosing viability after 4 days of cultivation. The PHB content in the engineered strain reached, at best, 3 wt%. This was achieved in a resting cells experiment. Arguably the content could have been higher had the experiment been extended in time since it was found that fatty-acids
were in part converted into PHB. The strains performed equally well when grown on crude glycerol or technical grade glycerol compared to cultivation on analytical grade glycerol. Rhodosporidium toruloides showed potential in producing PHB, but genetic improvements will be necessary to make PHB production with Rhodosporidium toruloides industrially viable. A proposed further engineering is the knockout of the fatty-acid synthesis. The results serve as a proof of concept that microbial production of PHB with engineered Rhodosporidium toruloides is possible. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Det här arbetet handlar om en genmodifierad och plastproducerande mikroorganism och hur den kan odlas. Plast är en oumbärlig del av vårt dagliga liv. Maten vi köper är paketerad i plast och vårt dricksvatten leds i plaströr i marken. Tyvärr är stor del av den plast som produceras idag gjord av kemikalier som härstammar från fossil olja. Användning av fossil olja är något som man vill undvika för att det leder till frisläppning av växthusgaser till atmosfären. Det i sin tur bidrar till den ökande globala
uppvärmningen som utgör ett hot för många växter och djur. Ett annat problem med plast är nedbrytningen. När engångsprodukter i plast inte slängs och tas om hand på rätt sätt så riskerar de att hamna i naturen och i haven. Av den mängd... (More) - Det här arbetet handlar om en genmodifierad och plastproducerande mikroorganism och hur den kan odlas. Plast är en oumbärlig del av vårt dagliga liv. Maten vi köper är paketerad i plast och vårt dricksvatten leds i plaströr i marken. Tyvärr är stor del av den plast som produceras idag gjord av kemikalier som härstammar från fossil olja. Användning av fossil olja är något som man vill undvika för att det leder till frisläppning av växthusgaser till atmosfären. Det i sin tur bidrar till den ökande globala
uppvärmningen som utgör ett hot för många växter och djur. Ett annat problem med plast är nedbrytningen. När engångsprodukter i plast inte slängs och tas om hand på rätt sätt så riskerar de att hamna i naturen och i haven. Av den mängd plast som används idag så är det en endast en liten del som kan brytas ned i naturen, därför finns det idag stora mängder plast i haven där den rubbar ekosystemet. Istället för att sluta använda plast kan vi börja använda oss av plast som är biobaserad, det vill säga inte gjord av fossila kemikalier, och som kan brytas ned i naturen. Men för att
kunna använda oss av biobaserad och nedbrytningsbar plast måste vi börja producera mycket av den. Detta masterarbete ingår i ett projekt mellan Chalmers och Lunds Tekniska Högskola. Från en växt i botaniska trädgården i Göteborg samlade forskare på Chalmers in en typ av jäst som är ett slags mikroorganism. På Lunds Tekniska Högskola genmodifierades sedan denna jäst på ett sätt som tillåter den bygga små bitar plast. Artnamnet på jästen är Rhodosporidium toruloides och plasten den bygger brukar förkortas PHB.
Anledningen till att man valde just denna mikroorganism för projektet är att den jästen, till skillnad från många andra mikroorganismer, har stor tillgång till en viktig byggsten i plastsyntesen.
Arbetet som presenteras i denna rapport handlar om odlingsförhållanden vid odlingen av denna jäst. Genom att odla jästen på olika sätt får man ett hum om vad den tycker om och inte tycker om. På så sätt kan man hitta de bästa förhållanden där jästen både växer bra och bygger mycket plast. Resultaten visar att jästen både kan växa på billig och miljövänlig mat samt att den kan producera PHB. Dock så behöver den genmodifieras ytterligare för att producera ännu mer plast innan den kan användas på en stor industriell skala. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9067429
- author
- Vallinder, Jack LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20212
- year
- 2021
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Rhodosporidium toruloides, PHB, polyhydroxybutyrate, crude glycerol, chemical engineering
- language
- English
- id
- 9067429
- date added to LUP
- 2021-11-09 09:30:45
- date last changed
- 2021-11-09 09:30:45
@misc{9067429,
abstract = {{To reduce pollution and green house gas emissions associated with plastic production and waste, biobased production of the biodegradable plastic, polyhydroxybutyrate (PHB), is suggested to be a good substitute to petrochemically derived plastics used in foodstuff packaging. However, bacterial production of PHB has proven costly and production with plants occurs at the expense of arable land. Oleaginous (oily) yeasts are here proposed to be good production candidates due to their robustness and ability to grow well on cheap substrates, such as crude glycerol. These yeasts have a supposed advantage over a yeast like Saccharomyces cerevisiae, which lies in their large pool of available acetyl-coA, accessed in nutrient scarce conditions. The work presented here have been to characterize two strains of an oily yeast. A transgenic strain of Rhodosporidium toruloides had added genes coding for PHB production and the
other strain was the wild-type variant of the first. The wild-type strain had significant substrate inhibition when glycerol concentrations exceed 20 g/L, the optimal concentration was found to be 10 g/L with a growth rate of 0.064 h −1. When grown on glycerol in a fed-batch, the cells appeared to be loosing viability after 4 days of cultivation. The PHB content in the engineered strain reached, at best, 3 wt%. This was achieved in a resting cells experiment. Arguably the content could have been higher had the experiment been extended in time since it was found that fatty-acids
were in part converted into PHB. The strains performed equally well when grown on crude glycerol or technical grade glycerol compared to cultivation on analytical grade glycerol. Rhodosporidium toruloides showed potential in producing PHB, but genetic improvements will be necessary to make PHB production with Rhodosporidium toruloides industrially viable. A proposed further engineering is the knockout of the fatty-acid synthesis. The results serve as a proof of concept that microbial production of PHB with engineered Rhodosporidium toruloides is possible.}},
author = {{Vallinder, Jack}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Characterizing Oleaginous Yeasts Modified for Production of Polyesters}},
year = {{2021}},
}