Imagine un azúcar que tiene solo el 38 por ciento de las calorías del azúcar de mesa tradicional, es seguro para los diabéticos, y no causará caries. Ahora agregue que este edulcorante de ensueño no es un sustituto artificial sino un azúcar real que se encuentra en la naturaleza y sabe a, bien, azúcar. Probablemente quieras usar eso en tu próxima taza de café, ¿Derecha?

Este azúcar se llama tagatosa. La FDA lo ha aprobado como aditivo alimentario, y hasta la fecha no ha habido informes de los problemas que tienen muchos sustitutos del azúcar, como un sabor metálico, o peor, vínculos con el cáncer, según los investigadores y la FAO / OMS, que certificó el azúcar como "generalmente considerado seguro".

Entonces, ¿por qué no está en todos tus postres favoritos? La respuesta está en el costo de producirlo. Si bien se deriva de frutas y productos lácteos, la tagatosa no es abundante y es difícil de extraer de esas fuentes. El proceso de fabricación implica una conversión de galactosa que se obtiene más fácilmente en tagatosa y es altamente ineficiente. con rendimientos que pueden llegar a solo el 30 por ciento.

Pero los investigadores de la Universidad de Tufts han desarrollado un proceso que puede desbloquear el potencial comercial de este bajo contenido calórico, Azúcar de bajo índice glucémico. En una publicación reciente en Comunicaciones de la naturaleza , El profesor asistente Nikhil Nair y el becario postdoctoral Josef Bober, ambos de la Facultad de Ingeniería, ideó una forma innovadora de producir azúcar utilizando bacterias como pequeños biorreactores que encapsulan las enzimas y los reactivos.

Usando este enfoque, lograron rendimientos de hasta el 85 por ciento. Aunque hay muchos pasos desde el laboratorio hasta la producción comercial, rendimientos tan altos podrían llevar a la fabricación a gran escala y a la tagatosa en todos los estantes de los supermercados.

La enzima elegida para producir tagatosa a partir de galactosa se llama L-arabinosa isomerasa (LAI). Sin embargo, la galactosa no es el objetivo principal de la enzima, por lo que las velocidades y los rendimientos de la reacción con galactosa son menos que óptimos.

En una solución la enzima en sí no es muy estable, y la reacción solo puede avanzar hasta que aproximadamente el 39 por ciento del azúcar se convierte en tagatosa a 37 grados Celsius (aproximadamente 99 grados Fahrenheit), y solo hasta el 16 por ciento a 50 grados Celsius (aproximadamente 122 grados Fahrenheit), antes de que la enzima se degrade.

Nair y Bober buscaron superar cada uno de esos obstáculos a través de la biofabricación, utilizando Lactobacillus plantarum, una bacteria segura para los alimentos, para producir grandes cantidades de la enzima LAI y mantenerla segura y estable dentro de los límites de la pared celular bacteriana.

Encontraron que cuando se expresa en L. plantarum, la enzima siguió convirtiendo la galactosa en tagatosa y llevó el rendimiento al 47 por ciento a 37 grados centígrados. Pero ahora que la enzima LAI se estabilizó dentro de la célula, podría aumentar el rendimiento al 83 por ciento a la temperatura más alta de 50 grados Celsius sin degradarse significativamente, y estaba produciendo tagatosa a un ritmo mucho más rápido.

Para determinar si podrían impulsar la reacción aún más rápido, Nair y Bober examinaron qué podría estar todavía limitando. Encontraron evidencia de que el transporte del material de partida, galactosa en la celda era un factor limitante. Para resolver ese problema, trataron las bacterias con concentraciones muy bajas de detergentes, lo suficiente para hacer que sus paredes celulares se filtraran, según los investigadores. La galactosa pudo entrar y la tagatosa se liberó de las células, permitiendo que la enzima convierta la galactosa en tagatosa a un ritmo más rápido, reduciendo un par de horas el tiempo necesario para llegar al 85 por ciento de rendimiento a 50 grados Celsius.

"No se puede vencer a la termodinámica. Pero si bien eso es cierto, puede sortear sus limitaciones mediante soluciones de ingeniería, "dijo Nair, quien es el autor correspondiente del estudio. "Esto es como el hecho de que el agua no fluirá naturalmente de una elevación más baja a una elevación más alta porque la termodinámica no lo permite. Sin embargo, puedes vencer al sistema por, por ejemplo, usando un sifón, que saca el agua primero antes de dejarla salir por el otro extremo ".

Encapsulando la enzima para estabilidad, ejecutar la reacción a una temperatura más alta, y alimentarlo con más material de partida a través de membranas celulares con fugas son todos "sifones" que se utilizan para impulsar la reacción.

Aunque se necesita más trabajo para determinar si el proceso puede ampliarse a aplicaciones comerciales, la biofabricación tiene el potencial de mejorar los rendimientos y tener un impacto en el mercado de sustitutos de edulcorantes, que se estimó en $ 7.2 mil millones en 2018, según la firma de investigación de mercado Knowledge Sourcing Intelligence.

Nair y Bober también señalan que hay muchas otras enzimas que pueden beneficiarse del uso de bacterias como pequeños reactores químicos que aumentan la estabilidad de las enzimas para reacciones a alta temperatura y mejoran las tasas y rendimientos de conversión y síntesis. Mientras miran hacia el futuro para explorar otras aplicaciones, desde la fabricación de ingredientes alimentarios hasta plásticos, habrá mucho en su plato.