Production of Polyunsaturated Fatty Acids and Intracellular Metabolites in Aurantiochytrium sp. T66

Abstract

Akvakulturindustrien vokser, og behovet for oppdrettsfisk er anslått å ha en årlig økning på 5.6%. Fordi innholdet av marine ingredienser i fôret has sunket betraktelig siden nittitallet, på grunn av naturlige begrensninger i fangsten av villfisk, er det et behov for bærekraftige alternativer. Thraustochytrider er heterotrofe, obligat marine protister som akkumulerer store mengder ω-3 flerumettede fettsyrer ved bruk av et polyketidsyntase-lignende system. Mye forskning har blitt gjort på mediebetingelser, men kunnskapen om produksjonen av lipider er begrenset. Ved å undersøke metabolomet og lipidomet til thraustochytrider kan nye muligheter for optimalisering av lipidproduksjonen åpne seg. Tre bioreaktoreksperimenter ble gjort, der alle hadde kontinuerlig måling av pH og CO2 i utslippsgassen. Det første eksperimentet ble designet som en referanse, og de to andre eksperimentene ble designet for å undersøke hvordan mangelen på tilgjengelig O2 påvirket lipidproduksjonen. Referanseeksperimentet resulterte i en produksjon av 15.59 ± 0.78% g/L tørrvekt, med et lipidinnhold på 61.78 ± 2.85%. Triacylglycerol var den største lipidklassen (>90%), etterfulgt av fosfatidylglycerol og lysofosfatidylcholine. Innholdet av DHA var på det meste 27.1% av de totale fettsyrene, og sank til 18.6% ved slutten av eksperimentet. En økning i konsentrasjonen av et utvalg metabolitter ble observert under lipidakkumuleringsfasen. NADPH var den eneste reduksjonsagenten som økte i konsentrasjon over tid, noe som indikerte at NADPH ikke var en begrensende faktor for lipidproduksjon. En reduksjon i tilgjengeligheten av O2 etter nitrogenbegrensning resulterte i en stabil kultur, med en biomasse- og lipidproduksjon tilnærmet referansene. Disse resultatene bidrar til forståelsen av metabolismen til Aurantiochytrium sp. T66 og kan være medvirkende til å optimalisere organismens lipidproduksjon.

The aquaculture industry is blooming, and the demand for farmed fish will have an annual growth of 5.6%. As the content of marine ingredients in the feed has decreased significantly, due to the natural limitations in the supply of wild caught fish, sustainable alternatives are needed. Thraustochytrids are heterotrophic, obligate marine protists that accumulate high quantities of ω-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) using a polyketide synthase-like pathway. A lot of research has been done on media requirements, but the knowledge regarding the production of PUFAs is limited. Investigating the metabolome and lipidome of thraustochytrids could open up new possibilities for optimization of PUFA production in thraustochytrids. Three batch bioreactor experiments were performed, the first experiment was designed as a reference, and the two other experiments were designed to investigate how decreasing the availability of O2 would affect the lipid production. The reference experiment resulted in a production of 15.59 ± 0.78% g/L cell dry weight (CDW), with a lipid content of 61.78 ± 2.85%. Triacylglycerol was the most abundant lipid class (>90%), followed by phosphatidylglycerol and lysophosphatidylcholine. The content of DHA was 27.1% of total fatty acids (TFA) at the most, and decreased to 18.6% of TFA at the end of the experiment. An increase in the concentration of certain metabolites was found to occur in the lipid accumulation phase. It was found that reducing the availability of O2 hours after nitrogen limitation found place resulted in a stable culture, whose production of CDW and lipids did not deviate much from the references. These results contribute to the understanding of the metabolism of Aurantiochytrium sp. T66 and may contribute to optimizing the organism as a production organism.