Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

222

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

BCAS

Vol.29 No.4 2015

By SONG Jianlan (Staff Reporter)

For a Healthier and Wealthier 

Developing World

Offering lectures both on science frontier and practical skills, a training course 

on  food  biotechnology  specially  tailored  for  developing  countries  showed 

how biotechnology can upgrade ancient approaches to food production, like 

fermentation.

Fermentation, an ancient method of food production, is able to improve 

foods and beverages with respect to flavor, texture and nutritional 

value. Showed are bubbles forming in the process of beer brewing. 

(Photo: Wikipedia)

223

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

South-South Cooperation

Vol.29 No.4 2015

Dr. Wilbert Sybesma tells the story of “Yoba”. (Photo by SONG J.)

“

A small sachet of the seed starter can produce over 

one hundred of meals,” Dr. Wilbert Sybesma waved a 

small package when introducing “Yoba”, a yoghurt-

like beverage based on local-sourced probiotic bacteria 

strains to the participants at a food biotechnology training 

course occurring in Beijing: “It is very very affordable,” he 

asserted. When asked about the shelf life of the sachet, his 

answer stirred a wave of excitement: “At least three years 

under ambient environment.”

Dr.  Sybesma  was  teaching  at  the  2015  Food 

Biotechnology Training Course for Developing Countries 

occurring from November 26 to December 2, 2015 in 

Beijing, organized by the CAS-TWAS Centre of Excellence 

for Biotechnology (CoEBio, http://www.cas-twas-coebio.

org/), which is based in the CAS Institute of Microbiology 

(IMCAS, http://www.im.cas.cn). Through dissemination 

of biotechnology, the organizers hoped to help promote 

science excellence in developing countries, targeting the 

needs of the local social and economic developments. The 

training course covered fundamentals of fermentation, 

including the dynamics and products of the metabolic 

process in microorganisms, the potential of fermentation 

to improve food quality and increase nutritional value, 

modern techniques of strain selection and optimization, and 

practical skills needed in lab experiments, grant application, 

academic publication and team building. On top of these, 

a practical workshop embedded in the training offered an 

exciting opportunity for the participants to turn their dreams 

true: they were encouraged to propose their ideas to develop 

new fermented foods for their local people, aiming at 

solving some local issues. The outstanding proposals would 

win financial and technical aids from the organizers. 

Dr. Sybesma, currently working for Nestlé Research 

Center, co-founded the Yoba for Life Foundation, a non-

profit  organization  active  in  East Africa  that  aims  to 

improve health and wealth in developing countries through 

the development, production and distribution of Yoba. 

An important idea of this project involves establishing 

indigenous ability to produce this healthy, affordable 

beverage. For this sake Dr. Sybesma not only shared his 

team’s experience of Yoba, but also the science involved 

in  developing  the  starter  yeasts,  particularly  modern 

biotechnology for strain selection and optimization. 

Magic Powder

“The secret of its long shelf life is,” answered Dr. 

Sybesma to the inquiry of a trainee: “We made it very dry 

— the drier the better, and stored it together with some dry 

starch, which supplies the strains with maintenance energy 

Trainees in class. (Photo by SONG J.)

to survive at low metabolic rates.”

This  handy  sachet  starter  consists  of  optimized 

strain combinations of probiotic bacteria identified and 

selected from the local environment of Uganda. Using 

local species and strains makes it easier for the microbial 

community to survive; also it promises better robustness 

in presence of adversity. “Another reason is the costs,” Dr. 

Sybesma added: “Otherwise the end products could be too 

expensive for the local people, which would not be what 

we expected.”

This magic powder interested the audience immediately. 

“Maybe we can find some local probiotic strains and make 

our own brand of ‘Yoba’,” said Furqana Khalid Chaghtai, 

224

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

BCAS

Vol.29 No.4 2015

a trainee from University of Karachi, Pakistan. “It’s better 

than importing the microbes from Uganda, at least for a 

better survival of the probiotics,” she laughed. According 

to Afolake Atinuke Olanbiwoninu, trainee from University 

of Ibadan, Nigeria, they have in their country a fermented 

beverage similar to yoghurt. “Therefore Yoba is not exotic 

for us,” she commented, agreeing it is easy to transplant the 

idea to her homeland, though geographically Nigeria is not 

so close to Uganda, where the “Yoba for Life” concept has 

thrived for years.

More  important  secrets  of  the  starter  for Yoba, 

however,  lie  in  the  science  profoundly  seated  in  the 

construction  of  the  microbial  community,  which  has 

demonstrated excellent quality, stability and robustness. 

To deliver the involved knowledge, Dr. Sybesma prepared 

three lectures, with the first focusing on the probiotic 

bacteria themselves, including the concept of such special 

species, the characters distinguishing themselves from 

other bacteria, health benefits of them for humans, how 

they survive the digestion process and the acid environment 

of human intestinal tracts to work alive at the depth of 

the guts, and methods of identifying the strains from their 

environment.

Valued Seeds

“What should you rescue if you could choose only 

one thing from your bakery when it caught fire? The dear 

piece of old sourdough.” — An experienced baker

The value of a good leavening agent for a bakery could 

never be over-stated, but only very few people know the 

secret of the microbiota involved. 

The microbial community in a starter culture for 

fermentation could be extremely complicated, as the result 

from a long evolution process of an ecosystem comprised 

of yeasts, lactic acid bacteria (LAB), and probably molds 

— which could be annals of wars among species and 

strains. This  means  the  compositions,  and  the  subtle 

equilibrium or the robust symbiosis among different actors 

in the community could be impossible to replicate. The 

same uniqueness constitutes the value of the seed starter of 

Yoba. How did they make it? Dr. Sybesma unraveled the 

secrets in the yeasts in his second lecture.

Particularly,  Dr.  Sybesma  introduced  techniques 

for strain construction and selection, illustrating how to 

meet different goals with aid from modern biotechnology, 

for example how to make the colons more acid tolerant 

(which is important for their survival in human guts), more 

stable at high temperatures, and more productive; and 

how to improve the nutrients in the end product through 

manipulating compositions of strains in the starter. For 

this sake Dr. Sybesma introduced multiple techniques, 

both genome modification (GM) and non-GM techniques 

involved in screening and selection of desired strains, 

including random mutagenesis (spontaneous or induced) 

and site directed mutagenesis, dominant selection schemes, 

and single-strained DNA recombineering. This arrangement 

provided  alternative  options  for  consumers  who  are 

concerned about genetically modified foods.

In his third lecture Dr. Sybesma introduced the concept 

of and the latest research on bacteriophages, which are seen 

as a possible therapy against multi-drug-resistant strains 

of many bacteria, as a potential way to combat bacterial 

infections in developing countries. 

Dr. Herwig Bachmann from NIZO Food Research, Vrije 

Universiteit Amsterdam of the Netherlands also dealt with 

the choice of organisms and their improvement/selection for 

desired metabolic activities in food fermentation. He touched 

Dr. Wilbert Sybesma explains to the audience how to isolate 

probiotic bacteria from the environment. (Photo by SONG J.)

A trainee-lecturer discussion.  (Photo by SONG J.)

225

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

South-South Cooperation

Vol.29 No.4 2015

on more technical details, including how to characterize 

different organisms based on sequence information and 

high throughput phenotyping. With attention cast to the 

biodiversity of the ecosystem and interactions between 

strains,  his  introduction  of  quantitative  methods  like 

metabolic modeling and cases of growth strategies made his 

illustration of experimental evolution of industrially relevant 

traits more inspiring.

Sustainable Production

As  showed  in  the  case  of Yoba,  to  reconstitute  a 

microbial community for expected fermentation to produce 

foods of desired quality is difficult, but not impossible. With 

aid from modern biotechnology, scientists nowadays are 

able to determine the compositions and even manipulate the 

evolution of the ecosystem of the reconstituted microbial 

community, at least to some extent, to meet certain goals, 

say to assure good taste and texture, or even better, with 

enhanced healthy nutrients like folic acid, amino acids, 

low-calorie sugars, anti-microbial peptides like nisin etc., 

in the end products. Such developments have offered better 

opportunities for underdeveloped countries and regions 

to solve malnutrition problems and mitigate poverty with 

fermented foods; also they provide new opportunities for 

sustainable production of nutritional components and hence 

contribute to the sustainable development.

Prof.  Jeroen  Hugenholtz,  Senior  Scientist  of 

Bioconversion at Food & Biobased Research at Wageningen 

UR of the Netherlands, an internationally acclaimed expert 

in food fermentation, has been working with the CoEBio 

for years to disseminate fermentation-related biotechnology. 

After introduction of fundamentals of fermentation, he 

shared various fermentative approaches to improving foods 

and beverages with respect to flavor, texture and nutritional 

value. Particularly he introduced a number of different 

fermentative microorganisms and their metabolic pathways 

to flavor compounds, exopolysaccharides or vitamins, 

suggesting solutions to increasing the flux through the 

mentioned pathways. 

With  emphasis  on  sustainable  production  of 

ingredients, Prof. Hugenholtz gave more details about how 

to produce essential ingredients like low-calorie sugars, 

natural colors, antifungals and even biobased/renewable 

plastics via fermentation, as alternatives for the food and 

beverage industry.

Echoing the idea to use fermentation as a substitute 

for  industrial  production,  Dr.  DU  Guocheng  from 

the  School  of  Biotechnology  of  Jiangnan  University, 

China shared with the audience his research on acid-

tolerant  mechanism  and  metabolic  regulation  of 

Propionibacterium acidipropionici, a family of bacteria 

able to synthesize propionic acid (PA). Given that the 

latter’s calcium, sodium and potassium salts are widely 

used as preservatives in animal feeds and human foods 

due to their antimicrobial properties, and PA itself is an 

important chemical widely used in agriculture, food and 

pharmaceutical industries, more and more scientists are 

getting interested in R&D aimed at biosynthesis of PA, 

to solve the pollution and energy problems caused by the 

chemical synthesis process. Dr. DU is among them. His 

study aims at solving a paradox in the PA biosynthesis 

in  the  cell  factory  of  these  bacteria:  the  increase  in 

concentration of PA produced in the cells inhibits the cell 

growth and PA synthesis itself. Inspired by the idea that 

rational regulation of metabolic pathways through genetic 

modifications might provide a solution, they performed 

a systematic analysis and investigation to understand the 

acid-tolerant mechanism of strains. Through comparing 

the  wild-type  Propionibacterium  acidipropionici  and 

its acid-tolerant mutants obtained by genome shuffling, 

they  investigated  the  acid-tolerant  mechanism  of 

Propionibacterium acidipropionici at different sub-cellular 

levels, using metabolomics, proteomics, genomics and 

other modern methods. Based on this they succeeded in 

designing and constructing a gene expression system, to 

control and optimize the distribution of metabolic flux. As 

a result they successfully increased the production of PA 

with Propionibacterium acidipropionici.

Healthier World

Another expert, Prof. Dr Ing. Christophe Lacroix, 

Professor for Food Biotechnology of the Department of 

Prof. Jeroen Hugenholtz shares various fermentative approaches 

to improve foods and beverages with respect to flavor, texture 

and nutritional value. (Photo by courtesy of CoEBio)

226

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

BCAS

Vol.29 No.4 2015

Health Science and Technology, ETH-Zurich, brought a 

lecture on biopreservation and antifungal cultures as natural 

solutions to food spoilage or even diseases in humans. 

He shared knowledge on species that suppress fungi, for 

example antifungal LAB, propionic acid bacteria and 

combinations of them, highlighting recent achievements 

made by academia in antifungal metabolites and further 

inhibitory mechanisms. In his lecture he illustrated the role 

of combined high-throughput screening and comparative 

genomics in identifying the genes and functions that are 

responsible for antimicrobial activity.

In  his  second  lecture,  Prof.  Lacroix  turned  to  an 

interesting topic, the ironic effect of nutritional components 

on gut microbiota and human health. The complicated 

ecosystem of the innumerable different bacteria inhabited in 

human guts — which harbor over 3 million genes, as many 

as 100 times the coding capacity of human genome — is still 

poorly understood by scientists. The microbiota composition 

and metabolic activities of this largely unknown system are 

impacted by the diet, and in turn the host metabolism and 

metabolites also interact with the gut microbiota and diet, 

hence shaping a complex interaction network, which plays a 

previously neglected role in gut health and diseases including 

diabetes, malnutrition and obesity. In his lecture Prof. Lacroix 

shared his study in the absorption of iron (Fe), an important 

nutrient and its interaction with the gut microbiota. Previous 

research found that Fe is poorly absorbed and moreover, 

90~95% of ingested Fe is “burnt out” in its interaction with 

the gut microbiota, and Fe supplementation or fortification 

could ironically increase the occurrence of infectious 

diseases, including diarrhea and dysentery. Prof. Lacroix 

introduced how his team developed integrated multi-scale 

strategies to understand the complex effects and mechanisms 

of dietary iron on infants’ gut microbiota and inflammation 

of humans living in different environments, combining 

advanced in vivo and in vitro studies. They discovered that 

Fe supplementation is safe in the environment with low 

infectious disease, and iron can increase the activity of the 

gut microbiota and energy extraction from the diet. On 

the contrary, when Fe supplementation is administrated to 

infected and malnourished infants in Africa, enteropathogens 

could be promoted while beneficial bacteria repressed, 

causing imbalance of the microbiota and worsened gut 

inflammation. He also introduced safer iron supplementation 

strategies for infants in developing countries designed by his 

team.

Practical Skills

In response to feedback from participants to the past 

trainings, organizers designed classes on practical skills, 

including those needed in grant application, scientific 

publishing and leadership building. The most attractive to 

the trainees among them are the sessions of workshop and 

lab experiment.

To offer trainees opportunities to exercise practical 

experiment techniques needed in modern research through 

real operation in the lab, the course gave the trainees 

assignment to PCR and sequence the LAB DNAs isolated 

from yogurt and pickled vegetables, and identify the strains 

via comparing the characterized DNA sequences with those 

in the “GenBank”, an online database.  

“We  are  gonna  do  it  in  a  ‘dirty’  way,”  joked  Dr. 

Sybesma when giving the participants induction to the lab 

experiment. They would need to isolate the DNAs directly 

from the fermented foods, rather than prepared, cleaned 

samples. Therefore the trainees were required to learn how 

to prepare the samples, including extracting the genomic 

DNA  through  centrifugal  pumping  and  microwaving. 

Afterwards in the following lab modules occurring in two 

days during intermissions of the lectures, they practised 

designing the primers to be used in the PCR, performing 

PCR, running gel electrophoresis, sequencing the PCR 

products, and making blast analysis to finally identify the 

gene sequences of the LAB DNAs from the GenBank. 

Apparently the trainees loved the experiment. “Great! 

We really enjoy it!” A trainee could not help expressing his 

excitement to the staff at the secretariat after the first session 

of the Lab Experiment.

Some of the trainees had never been exposed to such 

lab biological techniques, but they received help from more 

experienced teammates when working in groups. Due to the 

Prof. Dr Ing. Christophe Lacroix’s lectures focus on two topics: 

biopreservation and antifungal cultures, and effect of nutritional 

components on gut microbiota and human health. (Photo by 

SONG J.)

227

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

South-South Cooperation

Vol.29 No.4 2015

complexity of the microbiota in the fermented foods used 

for the practice, the experiment itself involved some extent 

of uncertainty — not all succeeded in identifying the strains, 

and frustrations at various steps were visible, but eventually 

everyone triumphed in their learning. Particularly for those 

who achieved their first successful DNA sequencing at the 

training, this marked a big day — that might offer a step-

stone for their later career in the field of biotechnology. 

Who knows what will grow from this tiny seed?

Taking Off with Dreams

The workshop has been a well-anticipated event for 

the participants since its launch in 2013 when the first food 

biotech training organized by CoEBio was held, and it is 

gaining more and more attention due to its competitive 

nature and the opportunity promised for the winners to 

develop real products in accordance with their own designs.

This  year  the  workshop  recruited  as  many  as  22 

proposals, targeting at local problems including spoilage of 

agricultural products, malnutrition situation of local people 

or instable quality of some local fermented foods like fish 

sauce. At the first stage of the workshop, initiators of the 

proposals were required to present their research designs to 

the whole class based on analysis of the potential advantages/

strengths, disadvantages/weaknesses, prospects on the 

market, technical/intellectual support needed, and possible 

problems to solve. On the first day of the training course 

all the proposals were presented, and from them only five 

finalists were chosen after a vote attended by all the trainees 

as well as the lecturers. The five shortlisted proposals were 

then followed up by five teams formed by the trainees, with 

the initiator of the idea as the leader for each team. They 

would have a chance on November 29 to report their progress 

in a second presentation, and after careful reviewing, a panel 

Trainees learning how to extract the LAB strains from yogurt 

and pickled vegetables to prepare for PCR samples. (Photo by 

courtesy of CoEBio)

Acclaiming the triumph: Wanna Malaphan from Thailand wins the second prize with her proposal to improve the production of Thai fish 

sauce. (Photo by SONG J.)

228

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

BCAS

Vol.29 No.4 2015

of experts would determine the fate/fortune of their ideas — 

to be or not to be real R&D projects for a new product, based 

on evaluation of the urgency of the problem to solve, the 

application of biotechnology, level of innovation, its impact 

on the society, and feasibility of the project.

By the time the five teams had quite limited time 

between lectures, lab experiments and tours to industrial 

sites to develop their ideas, to formulate feasible strategies 

with detailed step-wise working plans to solve the chosen 

problems with aid from biotechnology. Taking advantage 

of the diversity of the participants, they would have the 

confluence of intellectual support from teammates of 

different disciplinary background and geographical regions. 

The exciting moment eventually came. After the five 

presentations, Dr. Wilbert Sybesma, mentor of the workshop 

expressed his appreciation for the great work done by 

the teams and asked for a “long break” to allow the panel 

enough time for a thorough discussion. 

“You’ve made it extremely difficult for us, because 

you made five very very good presentations, well-thought 

research plans which have their application stepping very 

nearby,” commented Dr. Sybesma when eventually the jury 

arrived at agreement on the winners. 

The winner of the First Prize turned out to be Afolake 

Atinuke Olanbiwoninu from Nigeria. Her dream was to 

solve the problem of riboflavin (vitamin B

2

) deficiency 

and malnutrition in local people by developing “Iru”, 

a fermentation product based on African locust beans 

cotyledon and a most popular food flavoring condiment 

among rural dwellers of West Africa, into a riboflavin 

bioenriched  food  and  meanwhile  a  source  of  protein 

First Prize Winner of the workshop competition, Afolake Atinuke Olanbiwoninu from 

Nigeria presents her team’s work on development of a starter culture for riboflavin 

bioenriched Iru, a fermented product of African locust beans cotyledon popular in 

rural West Africa as flavoring condiment. (Photo by SONG J.)

supplement  for  poor  families.  If 

succeeded,  she  hoped  to  replace  the 

traditional starter of Iru with a riboflavin-

producing equivalent.

To help her with the involved R&D, 

the organizers offered a financial aid to 

support her future stay at ETH-Zurich and 

coaching from Prof. Dr. Ing Christophe 

Lacroix for necessary research. On top 

of this, all trainees with her team would 

receive a special one-year free license 

offered by the Biotechnology Journal 

for access to its online resources. The 

winner of the second prize would get an 

opportunity to work at the Nestlé Research 

Center in Singapore, and the winner of 

the third prize would be coached by Prof. 

Hugenholtz in the Netherlands for the 

future pursuit of his dream. 

Continuous Effort

The workshop closed in a brief celebration spontaneously 

joined by the winners and their fellow trainees. People 

acclaimed for what they had learnt during the past days, and 

celebrated new friendship established.

The training did not close yet.

The next morning, three more lectures integrated for 

the topic “Choice of organisms and their improvement/

selection  for  desired  metabolic  activities  in  food 

fermentations” given by Dr. Herwig Bachman concluded 

the first part of the training. However this topic naturally 

directed the participants to the next part, a top-notched 

conference in the field of biotechnology co-organized by 

CoEBio, the Metabolic Engineering Summit held from 

November 30 to December 2. As the Summit invited almost 

all the leading researchers in the area to give lectures, the 

organizers made special efforts to combine the two events 

together, believing this would offer a great opportunity for 

the trainees to get informed with the latest developments in 

metabolic engineering.

“It is important for the Chinese Academy of Sciences 

to  support  the  development  of  science  in  developing 

countries,”  said  Prof.  LI Yin,  head  of  CoEBio  when 

addressing the opening ceremony of the Summit. “Over the 

last few days we just organized the third training course 

on food biotechnology for developing countries. We had 

more than 50 trainees from developing countries. I just 

want to remind that although science has been advancing 

very rapidly in developed countries, there are still many 

229

Bulletin of the Chinese Academy of Sciences

South-South Cooperation

Vol.29 No.4 2015

After announcement of the workshop winners, some trainees cannot help joining the lecturers for a group photo. (Photo by SONG J.)

science-lagging countries in the world. Many 

trainees from there had never sequenced any 

PCR product, nor had they seen a PCR band on 

the gel,” he continued explaining his intention: 

“That’s  why  we  connected  the  two  events 

together, hoping to provide the trainees with 

more opportunities to learn advanced techniques 

and emerging theories. Science can help us to 

better understand nature, science can also help us 

to create innovations for better life. By working 

together, I hope CoEBio can help people in 

developing countries to achieve a better future.” 

Prof. LI Yin, head of CoEBio addresses the opening of the Metabolic 

Engineering Summit. (Photo by SONG J.)