A través de una estrategia que integra ingeniería metabólica de sistemas e ingeniería de membranas se logró la producción de «colorantes arcoíris», que comprenden siete colorantes naturales producidos por primera vez en bacterias. Esta estrategia ayuda a una producción más eficiente y sostenible de colorantes utilizados en industria alimentaria, farmacéutica y cosmética.
Se empleó ingeniería metabólica de sistemas para construir y optimizar las vías metabólicas y se empleó ingeniería de membranas para aumentar la producción de los colorantes objetivo, produciendo con éxito los siete colorantes naturales que cubren el espectro completo del arco iris.
KAIST / 2021.- Un grupo de investigación de KAIST ha diseñado cepas bacterianas capaces de producir tres carotenoides y cuatro derivados de la violaceína, completando los siete colores del espectro del arco iris. El equipo de investigación integró la ingeniería metabólica de sistemas y las estrategias de ingeniería de membranas para la producción de siete colorantes arcoíris naturales en cepas de Escherichia coli modificadas genéticamente. Las estrategias también serán útiles para la producción eficiente de otros productos naturales de importancia industrial utilizados en las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética.
Los colorantes se utilizan mucho en nuestras vidas y están directamente relacionados con la salud humana cuando comemos aditivos alimentarios y usamos cosméticos. Sin embargo, la mayoría de estos colorantes están hechos de derivados del petróleo, lo que provoca efectos secundarios inesperados y problemas de salud. Además, plantean preocupaciones ambientales como la contaminación del agua por teñir telas en la industria textil. Por estas razones, la demanda para la producción de colorantes naturales usando microorganismos ha aumentado, pero no puede masificarse fácilmente debido al alto costo y bajo rendimiento de los bioprocesos.
Estos desafíos inspiraron a los ingenieros metabólicos de KAIST, incluidos los investigadores Dr. Dongsoo Yang y el Dr. Seon Young Park, y el distinguido profesor Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. El equipo publicó el estudio en Advanced Science el pasado 5 de mayo. Fue seleccionado como la portada de la revista del número del 7 de julio.
Esta investigación informa por primera vez la producción de colorantes arco iris que comprenden tres carotenoides y cuatro derivados de violaceína a partir de glucosa o glicerol a través de ingeniería metabólica de sistemas e ingeniería de membranas. El grupo de investigación se centró en la producción de colorantes naturales hidrofóbicos útiles para alimentos lipofílicos y teñido de prendas. Primero, usando la ingeniería metabólica de sistemas, que es una tecnología integrada para diseñar el metabolismo de un microorganismo, tres carotenoides que comprenden astaxantina (rojo), beta-caroteno (naranja) y zeaxantina (amarillo), y cuatro derivados de violaceína que comprenden proviolaceína (verde). , se podrían producir prodesoxviolaceína (azul), violaceína (azul marino) y desoxiviolaceína (púrpura). De esta forma, se logró la producción de colorantes naturales que cubren todo el espectro del arco iris.
Cuando se producen colorantes hidrófobos a partir de microorganismos, los colorantes se acumulan dentro de la célula. Como la capacidad de acumulación es limitada, los colorantes hidrófobos no se podrían producir con concentraciones superiores al límite. En este sentido, los investigadores modificaron la morfología celular y generaron vesículas de la membrana interna (estructuras esféricas membranosas) para aumentar la capacidad intracelular de acumular los colorantes naturales. Para promover aún más la producción, los investigadores generaron vesículas de la membrana externa para secretar los colorantes naturales, logrando así producir de manera eficiente los siete colorantes del arco iris. Fue aún más impresionante que la producción de colorantes naturales verdes y azul marino se lograra por primera vez.
“La producción de los siete colorantes arcoíris naturales que pueden reemplazar los colorantes sintéticos actuales a base de petróleo se logró por primera vez”, dijo el Dr. Dongsoo Yang. Explicó que otro punto importante de la investigación es que las estrategias integradas de ingeniería metabólica desarrolladas a partir de este estudio pueden ser de aplicación general para la producción eficiente de otros productos naturales útiles como productos farmacéuticos o nutracéuticos. “Dado que mantener una buena salud en una sociedad que envejece es cada vez más importante, esperamos que la tecnología y las estrategias desarrolladas aquí desempeñen un papel fundamental en la producción de otros productos naturales valiosos de importancia médica o nutricional”, explicó el distinguido profesor Sang Yup Lee.
Este trabajo fue apoyado por el «Programa de Investigación Cooperativa para el Desarrollo de la Ciencia y Tecnología Agrícolas (Proyecto No. PJ01550602)» de la Administración de Desarrollo Rural de la República de Corea (Corea del Sur).
- Fuente: https://engineering.kaist.ac.kr/board/view?bbs_id=news&bbs_sn=3424&page=1&skey=subject&svalue=&menu=9
- Estudio:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202100743
