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Un nuevo estudio revela cómo el ácido láctico ácido láctico (ácido láctico L. lactobacillus) es una bacteria alimenticios común que regula la producción de precursores clave para la biosíntesis de vitamina K₂ (menaquinona). Las bacterias producen suficientes precursores para apoyar su crecimiento mientras evitan la acumulación tóxica.
Los microorganismos de ingeniería La sobreproducción de vitaminas puede ser una síntesis química o una alternativa más verde y más rentable de los animales y las plantas. Sin embargo, las células bacterianas generalmente limitan su producción a niveles autosuficientes. Al diseccionar el sistema de control de los precursores de vitamina K₂, los investigadores han determinado cómo se aplican la disponibilidad del sustrato y las estructuras genéticas para producir techos y cómo se pueden mejorar estas limitaciones.
«Los microorganismos productores de vitaminas pueden cambiar la nutrición y la medicina, pero primero tenemos que decodificar sus controles y saldos inherentes», dijo la autora co-acorrente Caroline Ajo-Franklin, Ralph y Bioney Biosciences, Profesor Bioneys, Directora del Rice Synthetic Biology y el Instituto de Texas para la Prevención e Investigaciones del Cáncer (CRITS of Crits). «Nuestro trabajo muestra cómo Lactica Milk puede hacer ajustes sutiles a su suministro interno del precursor K₂, lo que nos permite volver a conectarla con precisión».
El estudio, publicado el 11 de agosto en la revista MBIO, destaca los compuestos intermedios inestables que guían todas las formas de vitamina K₂.
Diseño de investigación y metodología
Los investigadores adoptaron un enfoque triple: biosensiones, ingeniería genética y modelado matemático. Debido a que los precursores son difíciles de detectar, el equipo construyó biosensores personalizados en diferentes bacterias. El sensor es más sensible que los métodos tradicionales y requiere un equipo de laboratorio mínimo.
A continuación, los investigadores utilizaron herramientas genéticas para cambiar los niveles de enzimas en la vía biosintética. Al medir la salida precursora en diferentes condiciones, alimentan los resultados al modelo matemático de la vía. Inicialmente, el modelo asumió un suministro infinito de precursores, pero las predicciones no coincidían con los resultados del laboratorio.
«Una vez que permitimos agotar el sustrato inicial, la salida del modelo coincide con nuestros datos experimentales», dijo Oleg Igoshin, profesor de bioingeniería y ciencias biológicas. «Es obvio que cuando el sustrato es más bajo, las células alcanzan el techo de producción natural».
Descubrimiento y significado
Los datos y el modelado muestran que Lactobacillus lactobacillus mantiene el equilibrio óptimo de los niveles precursores, suficiente para satisfacer sus propias necesidades, pero lo suficientemente bajas como para evitar la toxicidad. Simplemente sobreexpresar la enzima de la vía no aumenta la salida más allá del umbral, ya que el material precursor se limita, como tratar de hornear más galletas con una bandeja de hornear adicional, pero no suficiente harina.
El orden de los genes codificados en enzimas en el ADN también afecta los niveles precursores: reorganizar estos genes altera los intermedios en las células producidas. Esto sugiere que las capas adicionales de regulación evolutiva no se han entendido completamente.
«Al ajustar simultáneamente el suministro de sustrato, la expresión enzimática y el orden de genes, podemos superar los rendimientos por encima del techo natural», dijo el primer autor del estudio, ahora investigador postdoctoral en Rice.
Esta idea abre la puerta a Lactobacillus lactobacillus u otras bacterias de grado alimenticio para producir más vitamina K₂ durante el proceso de fermentación e incluso en la fórmula probiótica.
«Los rendimientos mejorados pueden reducir la demanda de materias primas y espacio en el laboratorio, reduciendo los costos y acercar los alimentos y suplementos fortificados más cerca de la realidad», dijo Jianguo Zhang, co-primero autor y estudiante graduado de Rice.
Este estudio fue apoyado por CPRIT y la National Science Foundation y promovido por el Instituto de Biología Sintética de Rice.
referirse a: Li S, Zhang J, Ajo-Franklin CM, Igoshin OA. Los beneficios de crecimiento y la toxicidad de la biosíntesis de quinol se equilibran a través de mecanismos reguladores duales y limitados por sustrato. correr. 2025. Doi: 10.1128/raza.00887-25
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