MIcrobially produced Raw materials for Aquafeed

Vidare vekst i akvakulturnæringa fordrar nye ressursar for EPA/DHA og protein, og EPA/DHA trengst også når vi vert fleire menneskje på jorda. Marine mikroorganismar er ei naturleg kjelde for desse essensielle feittsyrer, protein, vitaminer, mineralar og andre næringsemne. Difor er mikroorganismar ei mogeleg ny, fornybar råvarekjelde for til dømes laksefôr. MRA-prosjektet undersøkte potensialet til mikroalgar og bakteriar som kjelde for marint lipid og protein, men hovudfokuset har vore på EPA/DHA. Begge gruppene kan dyrkast på bærekraftige energi- og karbonkjelde, men har ulike utfordringar når det gjeld produksjon av EPA og DHA. Algar har ei god samansetning av feittsyrer, men løysingar for kostnadseffektive høg-tettleiks dyrking finst ikkje. Lipidlagrande bakteriar derimot inneheld ikkje EPA og DHA, men kan lett dyrkast til høg tettleik og med eit høgt feittinnhald. I dette prosjektet vart teknologisk, fysiologisk, genetisk og bioteknologisk ekspertise på både pro- og eukaryote organismar kombinerte for å sikre ei innovativ tilnærming. Moderne metodar vart nytta både i det bioteknologiske arbeidet og under berekraftsanalysen. Vi har overført gena naudsynte for DHA-syntese i ein marin bakterie til den lipid-akkumulerande bakterien Rhodococcus opacus, men den nye stammen produserte ikkje målbare mengder av DHA , og vi har enno ikkje funne grunnen til dette. Produktiviteten til mikroalgar målt som biomasse og og EPA/DHA kan aukast ved å auke effektiviteten i utnyttinga av lys. I eit forsøk selekterte vi for algar som veks godt i eit miljø med variabel lysintensitet slik dei erfarer det i ein fotobioreaktor. I tillegg har vi tilpassa den nye CRIPR-Cas teknologien til kiselalgar. Vi har produsert fleire mutantar der lyshaustingskomplekset er redusert. og vist korleis dette påverkar fenotypen. Prosjektet har vist at det er mogeleg å betre stammene gjennom både målretta evolusjon og genredigering. Kor godt egna mikrobiell biomasse er som ingrediens i fiskefôr vart vurdert i undersøkingar av fordøying og vekst med laks. I løpet av prosjektet er fleire storskala-fermenteringar og fylgjande prosessering av cellemassen utførte for å få dei 12-15 kg med cellemasse som er naudsynte for kvar testa mikroorganisme. Cellemasse frå ein thraustochytride vart nytta som samanlikningsgrunnlag. Resultata frå den første fordøyingsstudien viste at av dei testa mikroorganismane vart thraustochytridar best fordøydd, R. opacus dårlegast og mikroalgen Nannochloropsis gav eit resultat mellom desse to. Referansen (fiskemjøl og fiskeolje) gav best resultat og det tyda på at metodane for å preparere mikroorganismane, særleg celleknusing, måtte betrast. I eit vekstforsøk med små laks vart olje frå R. opacus og cellemasse frå Nannochloropsis og thraustochytriden nytta. Dette forsøket viste at det ikkje var signifikante endringar i veksten samanlikna med eit standard fòr. Miljømessig, økonomisk og sosial berekraft ved å nytte mikroorganismar som ingrediensar i fôr er undersøkte i prosjektet. Vi har utvikla ein modell som ser på energi- og karbonbruken til fôrproduksjonen ved bruk av ulike mikroorganismar. Denne modellen kan nyttast til å vurdere ulike råstoffscenario ved bruk av mikroorganismar som råstoff i fôr. Vi har også analysert den globale EPA/DHA-balansen for å identifisere kvar det er mogeleg å gjere noko for å minke avstanden mellom tilgjengeleg EPA/DHA og behovet for desse feittsyrene. Vi har arrangert ein, og der vart det drøfta både kvifor det er eit behov for for nye kjelder for DHA og EPA og i kva grad forbrukarar og oppdrettarar kan tenkjast å akseptere genmodifiserte organismar som ei slik kjelde. Partnarane i prosjektet var ei fleir-disiplinær gruppe som inkluderte Noregs teknisk-naturvitskaplege universitet NTNU med institutta Bioteknologi og Matvitskap, Biologi og Energi- og prosessteknikk-Industriell økologi, SINTEF Ocean og SINTEF Industry. Prosjektet hadde og to tyske partnerar; IGW og Universitetet i Münster. Prosjektresultata har så langt vorte formidla gjennom fire publiserte og tre innsende vitskaplege artiklar og tre masteroppgåver, medan tre populærvitskaplege artiklar og 25 foredrag på konferansar og møter har vore retta mot brukargrupper og andre interesserte.

Nye kjelder til dei marine feittsyrene EPA og DHA trengst for å møte eit auka behov ved den globale auken i akvakulturproduksjonen og auken til 11 milliardar menneske på jorda. Samanlikninga av potensialet ulike mikroorganismar har som kjelder til EPA/DHA i laksefôr utgjer eit kunnskapsgrunnlag om potensialet til kvar gruppe. Vidare såg vi i prosjektet på kva delar i heile verdikjeda som det var viktigast å forbetre for å optimalisere dei mikrobielle produksjonsprosessane. Etablering av eit globalt EPA/DHA-budsjett ga innsikt i kva straumar som dominerer og kvar tapa i budsjettet skjer. Dette er eit viktig kunnskapsgrunnlag for å kunne informere og ta avgjerder både når det gjeld konsumentar, produsentar, forskarar og politikarar. For all vidare forsking på mikroalgar var etableringa av CRISPR-Cas9 metoden i kiselalgar ein viktig milepæl. Analyser av dei første mutantane kunne allereie vise skilnadar mellom fotosystema i landplanter og kiselalgar.

Marine microorganisms are a natural source of essential fatty acids, proteins, vitamins, minerals and other nutrients. Thus cultivated microorganisms are a sustainable resource for salmon feed ingredients on both short and long term. The project will exp lore the potential of microalgae and bacteria as sources of marine lipids and protein. Both groups can be cultured based on sustainable carbon and energy sources (light/CO2 and organic waste) and have high protein contents, but the challenges are differen t. Algae have excellent composition of fatty acids, but solutions for high density cultivation do not exist, whereas lipid storing bacteria do not contain DHA and EPA, but can easily be cultivated to high densities. The metabolic pathway for EPA/DHA-synth esis will be introduced in the lipid-accumulating bacterium Rhodococcus opacus, whereas the biomass and EPA/DHA-productivities of photosynthetic microalgae will be improved by increasing the efficiency of light utilization. The microbial biomass will be e valuated in digestibility and growth tests with salmon. Evaluation of environmental, economic and social sustainability is also included. The combined efforts of technological, physiological, genetic and biotechnological expertise of both pro- and eukary otic organisms secure the innovative approaches of the project. State of the art biotechnological methods will be applied, including synthetic biology, genome editing and directed evolution. The project will establish biotechnological tools and competence that are no-existent nationally at present. State of the art methods will be used to evaluate sustainability. A full evaluation of achievements and progress will be made after 24 months The project partners are a multidisciplinary team and include The No rwegian University of Science and Technology (NTNU) with Departments of Biotechnology, Biology, and Energy and Process Engineering-Industrial Ecology, SINTEF Fisheries and Aquaculture, SINTEF Materials and Chemistry