Un gruppo di ricerca del KAIST ha ingegnerizzato ceppi batterici in grado di produrre tre carotenoidi e quattro derivati ​​della violaceina, completando i sette colori nello spettro dell'arcobaleno. Il team di ricerca ha integrato sistemi di ingegneria metabolica e strategie di ingegneria delle membrane per la produzione di sette coloranti arcobaleno naturali in ceppi di Escherichia coli ingegnerizzati. Le strategie saranno utili anche per la produzione efficiente di altri prodotti naturali industrialmente importanti utilizzati nell'alimentazione, farmaceutico, e industrie cosmetiche.

I coloranti sono ampiamente utilizzati nelle nostre vite e sono direttamente correlati alla salute umana quando mangiamo additivi alimentari e indossiamo cosmetici. Però, la maggior parte di questi coloranti sono costituiti da petrolio, causando effetti collaterali imprevisti e problemi di salute. Per di più, sollevano preoccupazioni ambientali come l'inquinamento dell'acqua dovuto alla tintura dei tessuti nell'industria tessile. Per queste ragioni, è aumentata la domanda per la produzione di coloranti naturali mediante l'utilizzo di microrganismi, ma non poteva essere facilmente realizzato a causa dell'alto costo e della bassa resa dei bioprocessi.

Queste sfide hanno ispirato gli ingegneri metabolici del KAIST, inclusi i ricercatori Dr. Dongsoo Yang e Dr. Seon Young Park, e il distinto professor Sang Yup Lee del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare. Il team ha riportato lo studio intitolato "Produzione di coloranti arcobaleno da parte di Escherichia coli ingegnerizzato metabolicamente" in Scienze avanzate online il 5 maggio. È stato selezionato come copertina della rivista del numero del 7 luglio.

Questa ricerca riporta per la prima volta la produzione di coloranti arcobaleno comprendenti tre carotenoidi e quattro derivati ​​della violaceina da glucosio o glicerolo tramite sistemi di ingegneria metabolica e ingegneria delle membrane. Il gruppo di ricerca si è concentrato sulla produzione di coloranti naturali idrofobici utili per alimenti lipofili e per la tintura di capi. Primo, utilizzando sistemi di ingegneria metabolica, che è una tecnologia integrata per ingegnerizzare il metabolismo di un microrganismo, tre carotenoidi comprendenti astaxantina (rossa), -carotene (arancione), e zeaxantina (gialla), e quattro derivati ​​della violaceina comprendenti la proviolaceina (verde), prodesossiviolaceina (blu), violaceina (marina), e deossiviolaceina (viola) potrebbe essere prodotta. Così, è stata ottenuta la produzione di coloranti naturali che coprono l'intero spettro dell'arcobaleno.

Quando i coloranti idrofobici sono prodotti da microrganismi, i coloranti si accumulano all'interno della cellula. Poiché la capacità di accumulo è limitata, i coloranti idrofobici non potevano essere prodotti con concentrazioni superiori al limite. A questo proposito, i ricercatori hanno ingegnerizzato la morfologia cellulare e generato vescicole della membrana interna (strutture membranose sferiche) per aumentare la capacità intracellulare di accumulare i coloranti naturali. Per promuovere ulteriormente la produzione, i ricercatori hanno generato vescicole della membrana esterna per secernere i coloranti naturali, riuscendo così a produrre in modo efficiente tutti e sette i coloranti arcobaleno. È stato ancora più impressionante che la produzione di coloranti naturali verde e blu marino sia stata raggiunta per la prima volta.

"La produzione dei sette coloranti arcobaleno naturali che possono sostituire gli attuali coloranti sintetici a base di petrolio è stata raggiunta per la prima volta, " ha affermato il dott. Dongsoo Yang. Ha spiegato che un altro punto importante della ricerca è che le strategie di ingegneria metabolica integrate sviluppate da questo studio possono essere generalmente applicabili per la produzione efficiente di altri prodotti naturali utili come prodotti farmaceutici o nutraceutici. "Come mantenere una buona salute in una società che invecchia sta diventando sempre più importante, ci aspettiamo che la tecnologia e le strategie sviluppate qui giocheranno un ruolo fondamentale nella produzione di altri preziosi prodotti naturali di importanza medica o nutrizionale, " ha spiegato il distinto professor Sang Yup Lee.