Учёные создали микробную платформу для эффективного производства лютеина

Демонстрация порошковой формы лютеина. Автор: Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00826-3

Исследовательская группа из Корейского института передовых технологий (KAIST) разработала штамм микроорганизмов, способный производить лютеин в промышленных масштабах. Команда под руководством профессора Сан Юп Ли с кафедры химической и биомолекулярной инженерии использовала методы системной метаболической инженерии для создания нового штамма C. glutamicum, преодолев ограничения предыдущих попыток микробного синтеза лютеина.

Это открытие может ускорить производство других ценных природных соединений, используемых в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Исследование опубликовано в журнале Nature Synthesis.

Лютеин — это каротиноид, содержащийся в яичном желтке, фруктах и овощах. Он известен своей способностью защищать глаза от окислительного стресса и снижать риск дегенерации жёлтого пятна и катаракты. В настоящее время коммерческий лютеин в основном добывают из цветков календулы, но этот метод имеет существенные недостатки: длительное время выращивания, высокие трудозатраты и низкую эффективность экстракции, что делает его экономически невыгодным для крупномасштабного производства.

Чтобы решить эту проблему, учёные KAIST, включая аспиранта Хёнмин Ына, доктора Синди Присилию Сурью Прабово и профессора Сан Юп Ли, модифицировали штамм C. glutamicum — микроорганизм, признанный безопасным (GRAS) и широко используемый в промышленных ферментациях. В отличие от кишечной палочки (Escherichia coli), которую ранее пытались использовать для производства лютеина, C. glutamicum не содержит эндотоксинов, что делает его более безопасным для пищевых и фармацевтических применений.

Исследователи добились высокого выхода лютеина, используя глюкозу в качестве возобновляемого источника углерода. Команда устранила метаболические «узкие места», ограничивавшие синтез лютеина в микроорганизмах. Применение стратегии электронного канализирования на ферментных каркасах позволило увеличить метаболический поток в сторону биосинтеза лютеина, минимизировав образование побочных продуктов.

Ключевым ограничивающим фактором оказались цитохромы P450, требующие электронов для работы. Для решения этой проблемы учёные организовали пространственную структуру модифицированных цитохромов P450 и их партнёров-редуктаз на синтетических каркасах, что значительно повысило эффективность переноса электронов и увеличило производство лютеина.

После оптимизации в условиях периодической ферментации модифицированный штамм C. glutamicum достиг рекордного показателя — 1,78 г/л лютеина за 54 часа, с содержанием 19,51 мг/г сухой биомассы и продуктивностью 32,88 мг/л/ч. Это наивысший результат среди всех известных систем производства лютеина.

«Мы ожидаем, что эта микробная технология сможет заменить существующий процесс экстракции из растений», — отметил Хёнмин Ын.

Профессор Сан Юп Ли добавил, что разработанные методы могут быть применены для производства других ценных природных соединений, востребованных в медицине и нутрицевтике.

Дополнительная информация: Hyunmin Eun et al, Gram-per-litre-scale production of lutein by engineered Corynebacterium, Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00826-3