Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Microbios prodigiosos: salvando la Tierra tinte a
tinte.
Cuando comes algo, ¿qué cosas notas? Olor y apariencia, incluyendo el color, del alimento. En este artículo, profundizaremos para entender cómo se pueden utilizar microorganismos para producir colorantes alimentarios. Los colores de los alimentos, ya sean comida o bebidas, tienen un aspecto crucial, ya que nos informa sobre su calidad, frescura y sabor. Sin embargo, hay estudios que demuestran que los colorantes alimentarios sintéticos pueden provocar reacciones alérgicas. El colorante rojo es un colorante muy llamativo, ampliamente utilizado en muchos productos alimenticios y bebidas, como los Rice Krispies o Mountain Dew Code Red. Por lo tanto, existe una gran demanda de colorantes alimentarios naturales.
La betanina es un colorante rojo que se puede extraer de la remolacha roja. Extraer un pigmento de su fuente natural puede ser un proceso despilfarrador e ineficiente, dado lo poco que se obtiene del compuesto colorante puro, en comparación con los recursos invertidos en la producción de la fuente natural. Los autores de este estudio ofrecen una fuente más sostenible de betanina, mediante el diseño genético de Yarrowia lipolytica, una levadura que se puede someter a fermentación industrial. (Aquí puede leer más sobre los usos de las levaduras para la mejora de los alimentos y bebidas para humanos).
Los autores estudiaron la vía de biosíntesis de la betanina, buscando variantes enzimáticas catalíticamente favorables en levaduras para seleccionar aquellos (genes de las enzimas) con mejor rendimiento (que maximizan la eficacia del producto deseado generado a partir del sustrato), que posteriormente introducirían en un organismo diana. Piénselo de este modo: la vía de biosíntesis es un edificio de varios pisos en el que cada piso está hecho de un material diferente (análogo a las diferentes enzimas). Así pues, antes de construir cada piso, habría que probar las diferentes opciones de materiales disponibles antes de elegir la mejor opción para ese piso.
Eso es exactamente lo que hicieron los investigadores. ¡Su diseño de ingeniería funcionó! Pero, la levadura cultivada era de color naranja, no roja. Resulta que habían fabricado la betanidina, el (compuesto) primo inestable de la buscada betanina. Para convertir la betanidina en betanina, realizaron un nuevo cribado de genes y añadieron otra enzima. Curiosamente, esto hizo que la levadura secretase betanina (60%) y su gemela idéntica, la isobetanina (Cuadro 1). Los gemelos idénticos, como su nombre indica, tienen el mismo aspecto. En este caso también era así, por lo que los autores decidieron tratar la isobetanina como la misma para sus fines de colorante alimentario (incluso comprobaron qué pasaba en las remolachas, y vieron que la remolacha también producía un 45% de isobetanina).
Antes de pasar a lo que los autores hicieron a continuación, consideremos esta situación. Te encuentras sentado en una habitación caldeada/sobrecalentada. ¿Qué haces? Enciendes el ventilador y te sientes más fresco. ¿Qué haces cuando ya te has refrescado? Apagas el ventilador. Se trata de un circuito de retroalimentación, que también existe en nuestras células. Estos bucles de retroalimentación informan a la célula sobre los niveles de producción, parando el mismo cuando hay un exceso. Sin embargo, en este caso, necesitamos producir el pigmento en exceso para que sea rentable. Así pues, los autores del trabajo diseñaron un gen insensible al proceso de retroalimentación, para mejorar la producción del colorante rojo en sus bioreactores.
Volviendo a nuestro símil de construcción de edificios, tras terminar el edificio queda por empapelar y pintar cada piso para dejarlos bonitos. Los autores siguieron los mismos pasos para embellecer su proyecto, pulieron la ruta biosintética eliminando productos secundarios para mejorar la producción de betanina.
A continuación, los autores evaluaron la levadura modificada en un bioreactor pequeño para evaluar la viabilidad comercial y la sostenibilidad medioambiental de la producción de betanina. Fueron capaces de producir 1197 miligramos de pigmento rojo en 48 horas. Mientras que para obtener 200 mg de pigmento rojo a partir de las remolachas, se necesitan 100 gramos de remolacha cultivada durante 50 días. No hace falta realizar un complicado análisis matemático para darse cuenta del asombroso éxito del proceso. Sin embargo, los autores del trabajo incluyeron todos estos cálculos, para demostrar que su método es mucho mejor para el medio ambiente, además de ser una estrategia económicamente viable.
Al fin y al cabo, cualquier producto alimentario debe de ser viable económica y medioambientalmente para que su comercialización tenga éxito en estos tiempos.
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/
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Traducido al español por: Beatriz Sabater-Munoz
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