Rekayasa Escherichia coli untuk Produksi Tagatose Efisien dari Glukosa

Para peneliti di Tufts University telah mencapai kemajuan signifikan dalam bioteknologi pangan dengan merekayasa bakteri Escherichia coli untuk memproduksi tagatose, pemanis langka, secara efisien menggunakan glukosa sebagai bahan baku. Inovasi ini berpotensi mengubah produksi pemanis fungsional yang sebelumnya terhambat oleh proses konvensional yang mahal dan tidak ekonomis, yang umumnya mengandalkan galaktosa. Profesor Nikhil U. Nair dari Tufts University memimpin upaya ini untuk mengatasi keterbatasan metode lama.

Metode biosintetik yang dikembangkan ini memanfaatkan glukosa, substrat yang relatif murah, untuk sintesis tagatose, dengan tingkat konversi yang dilaporkan mencapai 95%. Angka ini merupakan peningkatan substansial dibandingkan proses kimia konvensional yang hanya mencapai hasil antara 40% hingga 77%. Tantangan utama dalam produksi biologis adalah kecenderungan sel E. coli untuk memetabolisme glukosa melalui jalur glikolisis untuk energi sebelum diubah menjadi gula target. Untuk mengatasinya, tim peneliti memblokir jalur metabolisme utama tersebut dan mengalihkan aliran karbon menuju jalur produksi gula yang diinginkan.

Kunci keberhasilan rekayasa ini adalah integrasi enzim spesifik, yaitu Gal1Pase, yang diisolasi dari jamur lendir Dictyostelium discoideum. Enzim ini berfungsi sebagai katalisator penting yang membalikkan jalur Leloir, memungkinkan bakteri melepaskan galaktosa dari glukosa tanpa hambatan internal. Simulasi komputer mendalam memastikan bahwa enzim yang dimodifikasi ini menunjukkan spesifisitas tinggi terhadap targetnya, sehingga meminimalkan reaksi samping yang tidak diinginkan. Dalam kondisi laboratorium, pendekatan ini menghasilkan titer 7,3 gram per liter (g L–1) tagatose dari 45 gram per liter (g L–1) glukosa.

Tagatose menawarkan profil nutrisi yang menarik sebagai alternatif sukrosa, karena memiliki tingkat kemanisan yang mendekati gula meja namun dengan kandungan kalori sekitar 60% lebih rendah dan dampak minimal terhadap lonjakan glukosa darah. Selain itu, tagatose memiliki kemampuan menyerupai perilaku gula meja dalam aplikasi pangan, seperti mengkristal dan mengalami reaksi pencokelatan saat dipanaskan. Dengan teratasinya hambatan komersialisasi yang disebabkan oleh biaya produksi tinggi, metode biosintetik baru ini membuka jalan bagi adopsi tagatose yang lebih luas dalam industri makanan dan minuman seiring meningkatnya kesadaran konsumen akan opsi pemanis yang lebih sehat.