Microbiologie in hapklare porties
Microbiële wonderen: De aarde redden, één kleurstof per keer
Als je iets eet, welke dingen vallen je dan op? De geur en het uiterlijk van het voedsel, inclusief de kleur. In dit artikel zullen we begrijpen hoe microben kunnen worden gebruikt om voedselkleurstoffen te produceren, een cruciaal aspect van elk voedingsmiddel of drank omdat het ons informeert over de kwaliteit, versheid en smaak. Studies hebben aangetoond dat synthetische voedselkleurstoffen allergische reacties kunnen veroorzaken. Rode kleurstof is een veelgebruikte kleurstof in veel voedingsmiddelen en dranken, waaronder Rice Krispies of Mountain Dew Code Red. Daarom is er een grote vraag naar natuurlijke voedselkleurstoffen.
Betanine is een rode kleurstof die kan worden gewonnen uit rode bieten. Het extraheren van een pigment uit zijn natuurlijke bron kan een verspillend en inefficiënt proces zijn, gezien het kleine beetje pigment dat wordt verkregen in vergelijking met de middelen die in het verbouwen van het gewas worden gestoken. De auteurs van dit onderzoek bieden een duurzamere bron van betanine. Ze ontwikkelden Yarrowia lipolytica, een gist die geschikt is voor industriële fermentatie. (Lees meer over het gebruik van gist om menselijke voedsel en dranken te verbeteren)
De auteurs bestudeerden de biosyntheseweg van betanine en zochten naar katalytisch gunstige enzymvarianten in gisten om de best presterende enzymgenen te selecteren (die de efficiëntie van het uit het substraat gegenereerde gewenste product maximaliseren) en deze genen in een doelorganisme te introduceren. Zie het zo: de biosyntheseweg is een gebouw met meerdere verdiepingen, waarbij elke verdieping is gemaakt van ander materiaal (analoog aan verschillende enzymen). Elke keer voordat je de vloer maakt, zou je verschillende opties voor materialen willen testen voordat je de beste optie voor die vloer kiest.
Dat is precies wat de wetenschappers deden. Hun engineering werkte! De gistcultuur was oranje van kleur. Het bleek dat ze het onstabiele neefje van betanine, betanidine, hadden gemaakt. Om betanidine om te zetten in betanine, voegden ze een ander enzym toe na opnieuw te hebben gescreend. Interessant genoeg leidde dit ertoe dat de gist betanine (60%) en zijn identieke tweelingbroer isobetanine uitscheidde. Eeneiige tweelingen zien er, zoals de naam al zegt, hetzelfde uit. Ook hier was dat het geval, dus besloten de auteurs isobetanine als hetzelfde te behandelen voor hun doeleinden als voedingskleurstof (ze controleerden zelfs bieten en zagen dat bieten ook 45% isobetanine bevatten).
Laten we, voordat we verder gaan met wat de auteurs vervolgens deden, een situatie bekijken. Je zit in een warme kamer. Wat doe je? Je zet de ventilator aan en voelt je koeler. Wat doe je dan? Je zet de ventilator uit. Dit is een feedbacklus en kan ook in onze cellen worden gevonden. Deze feedbacklussen zijn er om de cel te informeren wanneer hij moet stoppen met het produceren van iets in overmaat. In dit geval hebben we echter een teveel aan pigment nodig. Dus ontwikkelden de auteurs een feedback-ongevoelig gen om de productie van de rode kleurstof te verbeteren.
Terug naar ons gebouw met meerdere verdiepingen: na de bouw wordt er gezandstraald en geschilderd om het project te verfraaien. De auteurs ondernamen soortgelijke stappen om de vorming van nevenproducten te verwijderen en zo de productie van betanine te verbeteren.
Vervolgens testten ze de gemanipuleerde gist in een kleine bioreactor om de commerciële haalbaarheid en ecologische duurzaamheid van de productie van betanine te beoordelen. Ze waren in staat om 1197 mg van de rode kleurstof te produceren in 48 uur. Terwijl 100 g bieten, gekweekt gedurende 50 dagen, slechts 200 mg rode kleurstof produceren. Er is geen ingewikkelde wiskundige analyse nodig om hun verbazingwekkende succes te zien! De auteurs bieden echter uitgebreide berekeningen over hoe hun methode veel beter is voor het milieu op meerdere schalen en ook een economisch haalbare strategie is. Elk voedingsproduct moet immers zowel economisch als ecologisch levensvatbaar zijn voor een succesvolle commercialisering van het product in de huidige tijd.
Link to the original post: Thomsen, P.T., Meramo, S., Ninivaggi, L. et al. Beet red food colourant can be produced more sustainably with engineered Yarrowia lipolytica. Nat Microbiol 8, 2290–2303 (2023). https://doi.org/10.1038/s41564-023-01517-5
Featured image: Photo by Geraud pfeiffer from Pexels: https://www.pexels.com/photo/beetroot-puree-on-plates-on-table-6607319/
Other Microbites Articles on Uses of Yeast:
https://micro-bites.org/2021/11/10/improving-wine-with-a-cocktail-of-micro-organisms/
https://micro-bites.org/2021/03/22/sourdough-bread/
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 