Un grupo de investigación de KAIST ha diseñado una bacteria capaz de producir un colorante rojo natural, ácido carmínico, que es ampliamente utilizado para alimentos y cosméticos. El equipo de investigación informó sobre la biosíntesis completa de ácido carmínico a partir de glucosa en Escherichia coli modificada. Las estrategias serán útiles para el diseño y construcción de rutas biosintéticas que involucren enzimas desconocidas y, en consecuencia, la producción de diversos productos naturales de importancia industrial para la alimentación. farmacéutico, y las industrias cosmética.

El ácido carmínico es un colorante rojo natural que se usa ampliamente para productos como la leche de fresa y el lápiz labial. Sin embargo, El ácido carmínico ha sido producido por el cultivo de cochinillas, un insecto escama que solo crece en la región alrededor de Perú y las Islas Canarias, seguido de un complicado proceso de purificación de varios pasos. Es más, El ácido carmínico a menudo contiene proteínas contaminantes que causan alergias. muchas personas no están dispuestas a consumir productos hechos con colorantes impulsados ​​por insectos. En esa cuenta, Los fabricantes de todo el mundo están utilizando colorantes rojos alternativos a pesar de que el ácido carmínico es uno de los colorantes rojos naturales más estables.

Estos desafíos inspiraron al grupo de investigación de ingeniería metabólica de KAIST a abordar este problema. Entre sus miembros se encuentran los investigadores postdoctorales Dongsoo Yang y Woo Dae Jang, y el distinguido profesor Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. Este estudio titulado "Producción de ácido carmínico por Escherichia coli modificada metabólicamente" se publicó en línea en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense ( JACS ) el 2 de abril.

Esta investigación informa por primera vez del desarrollo de una cepa bacteriana capaz de producir ácido carmínico a partir de glucosa mediante ingeniería metabólica e ingeniería enzimática asistida por simulación por computadora. El grupo de investigación optimizó la maquinaria de policétido sintasa tipo II para producir de manera eficiente el precursor del ácido carmínico, ácido flavokermesico.

Dado que las enzimas responsables de las dos reacciones restantes no fueron descubiertas ni funcionales, Se realizó un análisis de reacción bioquímica para identificar las enzimas que pueden convertir el ácido flavokermésico en ácido carmínico. Luego, Se realizaron modelos de homología y simulaciones de acoplamiento para mejorar las actividades de las dos enzimas identificadas. El equipo pudo confirmar que la cepa diseñada final podría producir ácido carmínico directamente a partir de la glucosa. Se descubrió que la C-glucosiltransferasa desarrollada en este estudio es de aplicación general para otros productos naturales, como lo demuestra la producción exitosa de un producto adicional. aloesina, que se encuentra en las hojas de aloe.

"La parte más importante de esta investigación es que se identificaron y mejoraron enzimas desconocidas para la producción de productos naturales objetivo mediante análisis de reacciones bioquímicas e ingeniería enzimática asistida por simulación por computadora, ", dice el Dr. Dongsoo Yang. Explicó que el desarrollo de una C-glucosiltransferasa de aplicación general también es útil, ya que la C-glucosilación es una reacción relativamente inexplorada en bacterias como Escherichia coli. Utilizando la C-glucosiltransferasa desarrollada en este estudio, tanto el ácido carmínico como la aloesina se produjeron con éxito a partir de glucosa.

"En este estudio se logró por primera vez un método sostenible y libre de insectos para producir ácido carmínico. Las enzimas desconocidas o ineficientes siempre han sido un problema importante en la biosíntesis de productos naturales, y aquí sugerimos una solución eficaz para resolver este problema. 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. "dijo el distinguido profesor Sang Yup Lee.