A luteína é classificada como um produto químico xantofila que é abundante na gema de ovo, frutas e vegetais. Protege o olho dos danos oxidativos da radiação e reduz o risco de doenças oculares, incluindo degeneração macular e catarata. Os produtos comercializados com luteína são derivados dos extratos da flor de calêndula, que é conhecida por conter quantidades abundantes de luteína. No entanto, a desvantagem da produção de luteína da natureza é que leva muito tempo para crescer e colher flores de calêndula. Além disso, requer extrações físicas e químicas adicionais com baixo rendimento, o que o torna economicamente inviável em termos de produtividade. O alto custo e baixo rendimento desses bioprocessos tem dificultado o atendimento imediato da demanda por luteína.
Esses desafios inspiraram os engenheiros metabólicos do KAIST, incluindo os pesquisadores Dr. Seon Young Park, Ph.D. O candidato Hyunmin Eun e o distinto professor Sang Yup Lee do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular. O estudo da equipe foi publicado na Nature Catalysis em 5 de agosto de 2022.

Esta pesquisa detalha a capacidade de produzir luteína a partir de E. coli com alto rendimento usando uma fonte de carbono barata, o glicerol, por meio de engenharia metabólica de sistemas. O grupo de pesquisa se concentrou em resolver os gargalos da via biossintética para a produção de luteína construída dentro de uma célula individual. Primeiro, usando engenharia metabólica de sistemas, que é uma tecnologia integrada para projetar o metabolismo de um microrganismo, a luteína foi produzida quando a via de biossíntese da luteína foi introduzida, embora em quantidades muito pequenas.

Para melhorar a produtividade da produção de luteína, as enzimas de gargalo dentro da via metabólica foram identificadas pela primeira vez. Descobriu-se que as reações metabólicas que envolvem uma enzima promíscua, uma enzima que está envolvida em duas ou mais reações metabólicas e enzimas do citocromo P450 que requerem elétrons são os principais passos de gargalo da via que inibe a biossíntese da luteína.

Para superar esses desafios, a canalização de substrato, uma estratégia para recrutar artificialmente enzimas em proximidade física dentro da célula, a fim de aumentar as concentrações locais de substratos que podem ser convertidos em produtos, foi empregada para canalizar mais fluxo metabólico em direção ao produto químico alvo, reduzindo o formação de subprodutos indesejados.

Além disso, a canalização de elétrons, uma estratégia semelhante à canalização de substrato, mas diferindo em termos de aumentar as concentrações locais de elétrons necessários para as reações de oxidorredução mediadas por P450 e seus parceiros redutase, foi aplicada para agilizar ainda mais o fluxo metabólico para a biossíntese de luteína, o que levou à mais alto título de produção de luteína alcançado em um hospedeiro bacteriano já relatado. A mesma estratégia de canalização de elétrons foi aplicada com sucesso para a produção de outros produtos naturais, incluindo nootkatone e apigenina em E. coli, mostrando a aplicabilidade geral da estratégia no campo de pesquisa.

"Espera-se que esta produção de luteína baseada em fábrica de células microbianas seja capaz de substituir o processo atual baseado em extração de plantas", disse o Dr. Seon Young Park, o primeiro autor do artigo. Ela explicou que outro ponto importante da pesquisa é que as estratégias integradas de engenharia metabólica desenvolvidas a partir deste estudo podem ser geralmente aplicáveis ​​para a produção eficiente de outros produtos naturais úteis como farmacêuticos ou nutracêuticos.

"Como manter a boa saúde em uma sociedade em envelhecimento está se tornando cada vez mais importante, esperamos que a tecnologia e as estratégias desenvolvidas aqui desempenhem papéis fundamentais na produção de outros produtos naturais valiosos de importância médica ou nutricional", explicou o distinto professor Sang Yup Lee. + Explorar mais

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