Un groupe de recherche du KAIST a conçu des souches bactériennes capables de produire trois caroténoïdes et quatre dérivés de la violacéine, complétant les sept couleurs du spectre arc-en-ciel. L'équipe de recherche a intégré des stratégies d'ingénierie métabolique des systèmes et d'ingénierie membranaire pour la production de sept colorants arc-en-ciel naturels dans des souches d'Escherichia coli modifiées. Les stratégies seront également utiles pour la production efficace d'autres produits naturels d'importance industrielle utilisés dans l'alimentation, pharmaceutique, et les industries cosmétiques.

Les colorants sont largement utilisés dans nos vies et sont directement liés à la santé humaine lorsque nous mangeons des additifs alimentaires et portons des produits cosmétiques. Cependant, la plupart de ces colorants sont fabriqués à partir de pétrole, provoquant des effets secondaires inattendus et des problèmes de santé. Par ailleurs, ils soulèvent des problèmes environnementaux tels que la pollution de l'eau par la teinture des tissus dans l'industrie textile. Pour ces raisons, la demande de production de colorants naturels à l'aide de micro-organismes a augmenté, mais n'a pas pu être facilement réalisé en raison du coût élevé et du faible rendement des bioprocédés.

Ces défis ont inspiré les ingénieurs métaboliques du KAIST, notamment les chercheurs Dr Dongsoo Yang et Dr Seon Young Park, et le professeur distingué Sang Yup Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire. L'équipe a rapporté l'étude intitulée "Production de colorants arc-en-ciel par Escherichia coli métaboliquement modifié" dans Sciences avancées en ligne le 5 mai. Il a été choisi comme couverture de journal du numéro du 7 juillet.

Cette recherche rapporte pour la première fois la production de colorants arc-en-ciel comprenant trois caroténoïdes et quatre dérivés de violacéine à partir de glucose ou de glycérol via l'ingénierie métabolique des systèmes et l'ingénierie membranaire. Le groupe de recherche s'est concentré sur la production de colorants naturels hydrophobes utiles pour les aliments lipophiles et la teinture de vêtements. D'abord, en utilisant l'ingénierie métabolique des systèmes, qui est une technologie intégrée pour concevoir le métabolisme d'un micro-organisme, trois caroténoïdes comprenant l'astaxanthine (rouge), -carotène (orange), et la zéaxanthine (jaune), et quatre dérivés de violacéine comprenant de la proviolacéine (vert), prodésoxyviolacéine (bleu), violacéine (marine), et la désoxyviolacéine (violet) pourrait être produite. Ainsi, la production de colorants naturels couvrant le spectre complet de l'arc-en-ciel a été réalisée.

Lorsque les colorants hydrophobes sont produits à partir de micro-organismes, les colorants s'accumulent à l'intérieur de la cellule. La capacité d'accumulation étant limitée, les colorants hydrophobes n'ont pas pu être produits avec des concentrations supérieures à la limite. À cet égard, les chercheurs ont modifié la morphologie cellulaire et généré des vésicules de la membrane interne (structures membranaires sphériques) pour augmenter la capacité intracellulaire d'accumulation des colorants naturels. Pour promouvoir davantage la production, les chercheurs ont généré des vésicules de la membrane externe pour sécréter les colorants naturels, réussissant ainsi à produire efficacement les sept colorants arc-en-ciel. Il était encore plus impressionnant que la production de colorants naturels verts et bleu marine ait été réalisée pour la première fois.

« La production des sept colorants arc-en-ciel naturels qui peuvent remplacer les colorants synthétiques actuels à base de pétrole a été réalisée pour la première fois, " a déclaré le Dr Dongsoo Yang. Il a expliqué qu'un autre point important de la recherche est que les stratégies intégrées d'ingénierie métabolique développées à partir de cette étude peuvent être généralement applicables pour la production efficace d'autres produits naturels utiles comme produits pharmaceutiques ou nutraceutiques. une société vieillissante devient de plus en plus importante, nous nous attendons à ce que la technologie et les stratégies développées ici jouent un rôle central dans la production d'autres produits naturels précieux d'importance médicale ou nutritionnelle, " a expliqué le professeur distingué Sang Yup Lee.