Equilibrio tra beneficio e rischio
I chinoni, come la vitamina K2 e il suo precursore 1,4-diidrossi-2-naftoico (Dhna), sono molecole vitali per la salute umana, supportando il trasporto di elettroni nella respirazione cellulare, regolando lo stress redox e contribuendo alla salute cardiovascolare e ossea. Molti microbi, inclusi quelli presenti negli alimenti fermentati come formaggio e natto, producono quantità significative di chinoni. L'ottimizzazione della loro produzione microbica è un obiettivo di grande interesse per migliorare il valore nutrizionale degli alimenti. Tuttavia, gli sforzi precedenti di ingegneria metabolica per aumentare la produzione di Dhna e vitamina K2 hanno spesso prodotto risultati contraddittori e modesti. Il problema risiede in una comprensione limitata dei meccanismi regolatori che governano la biosintesi di queste molecole. A livelli elevati, i chinoni possono innescare stress ossidativo e inibire la crescita cellulare, rendendo cruciale per i microbi una regolazione stretta della loro produzione.
Un meccanismo regolatorio a più livelli
La ricerca si è concentrata su Lactococcus lactis, un importante produttore di chinoni, svelando un meccanismo di regolazione a più livelli per la biosintesi di Dhna. Questo meccanismo combinato include regolazione genetica, enzimatica e metabolica. Innanzitutto, lo studio ha identificato due enzimi chiave, MenF e MenD, che contribuiscono alla regolazione del Dhna. La ricerca, poi, ha anche scoperto che l'eccessiva produzione di Dhna è limitata dalla disponibilità del substrato, il corismato. Questo assicura che il livello di Dhna sia sufficiente per la crescita cellulare ma non eccessivo, mitigando la citotossicità. Questo limite naturale alla produzione si verifica quando il substrato iniziale si esaurisce. Infine, è emerso un ruolo dell'organizzazione spaziale dei geni: l'ordine in cui i geni che codificano per gli enzimi MenF e MenD sono disposti sul Dna influenza i livelli di Dhna prodotti, suggerendo un ulteriore livello di regolazione evolutiva finora poco compreso.
“Queste scoperte aprono la strada a strategie più efficaci per l'ingegneria metabolica”, commentano gli Autori. “Comprendendo come manipolare l'apporto di substrato, l'espressione degli enzimi e l'ordine dei geni, gli scienziati possono riprogrammare batteri come L. lactis per produrre più vitamina K2 in modo economico e rispettoso dell'ambiente, riducendo i costi e rendendo più accessibili alimenti fortificati e integratori”. (n-m.)