แบคทีเรียสร้างเม็ดสีตามธรรมชาติจากน้ำตาลเชิงเดี่ยว

Mattheos Koffas ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวภาพแห่ง Rensselaer และสมาชิกของ Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies กล่าวว่า งานวิจัยนี้นับเป็นวิธีการสังเคราะห์ทางชีวภาพวิธีแรกที่ใช้แบคทีเรีย 4 สายพันธุ์ในการผลิตสารประกอบในขั้นตอนเดียว ผลลัพธ์ปรากฏในmBioซึ่งเป็นสิ่งพิมพ์ของ American Society for Microbiology "เป็นครั้งแรกที่เราสามารถสังเคราะห์แอนโธไซยานินในระบบชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์" คอฟฟาสกล่าว "เราป้อนกลูโคสให้กับแบคทีเรียและพวกมันจะจัดการส่วนที่เหลือ นี่แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีที่ไม่แพงสามารถผลิตสารประกอบที่มีค่าเหล่านี้ได้" ผู้ผลิตหันมาสนใจสีธรรมชาติมากขึ้น ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเอกสารการวิจัยเกี่ยวกับอันตรายต่อสุขภาพของสีสังเคราะห์สำหรับอาหารและเครื่องสำอาง เม็ดสีธรรมชาติที่พบในพืช เช่น แอนโธไซยานิน แคโรทีนอยด์ หรือไลโคปีน ทำให้เกิดสีที่ปลอดภัยอย่างปฏิเสธไม่ได้ แอนโธไซยานินมีอยู่ในสเปกตรัมที่กว้างกว่ารงควัตถุประเภทอื่นๆ โดยสร้างสีทั้งหมดยกเว้นสีเขียว และมีหน้าที่สร้างสีตามธรรมชาติที่พบในอาหาร เช่น บลูเบอร์รี่ ราสเบอร์รี่ ข้าว สี ดำ และสีของใบไม้ในฤดูใบไม้ร่วง แต่การผลิตแอนโทไซยานินสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทาย: เม็ดสีที่ได้จากพืชต้องการการประมวลผลที่มีค่าใช้จ่ายสูงและให้ผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกัน และเนื่องจากโมเลกุลของแอนโธไซยานินมีความซับซ้อน นักเคมีจึงไม่สามารถสังเคราะห์โมเลกุลเหล่านี้ได้ ห้องทดลองของคอฟฟาสได้ทำการตรวจสอบวิธีการผลิตแอนโทไซยานินที่เกี่ยวข้องกับพันธุวิศวกรรมมาตั้งแต่ปี 2548 ยีน 16 ยีนควบคุมการผลิตแอนโธไซยานินในพืช แต่การถ่ายโอนยีนเหล่านั้นและเส้นทางโมเลกุลที่กระตุ้นจากพืชไปยังแบคทีเรียนั้นไม่ใช่กระบวนการที่ตรงไปตรงมา เจ. แอนดรูว์ โจนส์ ผู้เขียนคนแรกของบทความและนักศึกษาปริญญาเอกในขณะที่ทำการวิจัยกล่าว เพื่อปรับเส้นทางโมเลกุลจากพืชไปสู่แบคทีเรีย ห้องทดลองของคอฟฟาสได้รวบรวมยีนจากแบคทีเรีย ยีสต์ และพืช 6 สายพันธุ์เข้าด้วยกัน ในการวิจัยระยะแรก ห้องทดลองของคอฟฟาสได้แนะนำเส้นทางโมเลกุลทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นแบคทีเรียอี.โคไล สายพันธุ์เดียว โจนส์ ซึ่งปัจจุบันเป็นสมาชิกของคณะที่มหาวิทยาลัยไมอามีแห่งโอไฮโอ กล่าวว่า ทางเดินนี้พิสูจน์แล้วว่ายาวเกินไปสำหรับเซลล์ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะใช้ยีนเพิ่มเติมเพื่อผลิตสารเมแทบอไลต์ของตัวเองแทนแอนโธไซยานิน การวิจัยในปัจจุบันแบ่งเส้นทางทั้งหมดระหว่างแบคทีเรีย 4 สายพันธุ์ที่แตกต่างกัน ซึ่งได้รับการดัดแปลงเพื่อสะสมสารแอนโทไซยานินเป็นขั้นๆ นักวิจัยแบ่งทางเดินออกเป็น "โมดูล" ที่ผลิตตัวกลางที่กระจายออกจากเซลล์แบคทีเรียได้ง่าย เมื่อรวมกันเป็นขวดเดียว แบคทีเรียตัวแรกจะกินน้ำตาลและผลิตสารประกอบ "ตัวกลาง" กรดฟีนิลโพรพาโนอิก ซึ่งถูกกินโดยแบคทีเรียตัวที่สอง ซึ่งสร้างตัวกลางตัวที่สอง ไปเรื่อยๆ จนกว่าสายพันธุ์ที่สี่จะสร้างแอนโทไซยานิน ในขั้นตอนต่อไปของการทำงาน นักวิจัยจะเพิ่มประสิทธิภาพในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ แต่ละสายพันธุ์จากสี่สายพันธุ์ได้รับการคัดเลือกจากความสามารถในการผลิตตัวกลางที่ได้รับมอบหมาย อย่างไรก็ตาม บางส่วนผลิตมากกว่าส่วนอื่น ๆ และผลผลิตสุดท้ายก็เจียมเนื้อเจียมตัว ผลิตแอนโทไซยานินมิลลิกรัมต่อลิตร การผลิตจะต้องเข้าใกล้หลายร้อยมิลลิกรัมต่อลิตรจึงจะเป็นแนวทางที่เป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์ "ฉันไม่สงสัยเลยว่าการผลิตแอนโธไซยานินจากโฮสต์ของจุลินทรีย์ที่เป็นรีคอมบิแนนท์เป็นวิธีการเดียวที่ใช้การได้สำหรับการผลิตสารประกอบเหล่านี้ในลักษณะที่ยั่งยืนทางเศรษฐกิจ" คอฟฟาสกล่าว