Un grupo de investigación de KAIST ha diseñado cepas bacterianas capaces de producir tres carotenoides y cuatro derivados de violaceína. completando los siete colores en el 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 la alimentación, farmacéutico, y las industrias 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 petróleo, causando efectos secundarios inesperados y problemas de salud. Es más, plantean preocupaciones ambientales como la contaminación del agua por teñir telas en la industria textil. Por estas razones, ha aumentado la demanda de producción de colorantes naturales utilizando microorganismos, pero no se pudo realizar 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 Dr. Seon Young Park, y el distinguido profesor Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. El equipo informó sobre el estudio titulado "Producción de colorantes arcoíris por Escherichia coli modificada metabólicamente" en Ciencia avanzada en línea el 5 de mayo. Fue seleccionada como la portada de la revista del número del 7 de julio.

Esta investigación reporta por primera vez la producción de colorantes arcoíris 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, utilizando sistemas de ingeniería metabólica, que es una tecnología integrada para diseñar el metabolismo de un microorganismo, tres carotenoides que comprenden astaxantina (rojo), -caroteno (naranja), y zeaxantina (amarilla), y cuatro derivados de violaceína que comprenden proviolaceína (verde), prodesoxviolaceína (azul), violacein (azul marino), y se podría producir desoxiviolaceína (violeta). Por lo tanto, Se logró la producción de colorantes naturales que cubren todo el espectro del arco iris.

Cuando los colorantes hidrofóbicos se producen a partir de microorganismos, los colorantes se acumulan dentro de la celda. Como la capacidad de acumulación es limitada, los colorantes hidrófobos no pudieron producirse con concentraciones superiores al límite. A este respecto, los investigadores diseñaron 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 a 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 de ingeniería metabólica integradas desarrolladas a partir de este estudio pueden ser generalmente aplicables para la producción eficiente de otros productos naturales útiles como productos farmacéuticos o nutracéuticos". 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.