Ingegnerizzazione di E. coli per la Produzione Efficiente di Tagatosio da Glucosio

Un progresso significativo nel campo degli edulcoranti è stato raggiunto attraverso l'ingegnerizzazione del batterio *Escherichia coli* per la conversione efficiente del tagatosio, uno zucchero raro e funzionale. Questa innovazione, sviluppata da ricercatori della Tufts University, sfrutta il glucosio, una materia prima economica e ampiamente disponibile, come substrato iniziale per la sintesi del dolcificante. Il nuovo metodo biosintetico supera le limitazioni di commercializzazione che storicamente affliggevano la produzione di questo sostituto dello zucchero, un processo che era precedentemente laborioso e costoso, spesso basato sull'isomerizzazione del galattosio con catalisi chimica o enzimatica.

Il fulcro di questa innovazione biotecnologica risiede nella riprogrammazione del metabolismo batterico per invertire il percorso metabolico di Leloir, un processo naturale che normalmente degrada il galattosio in glucosio. La chiave di volta è stata l'identificazione e la caratterizzazione di una specifica fosfatasi, la DdGal1Pase, derivata dal mixomicete *Dictyostelium discoideum*. Questo enzima è cruciale poiché fornisce la forza motrice termodinamica necessaria per spostare l'equilibrio verso la via metabolica inversa, de-fosforilando selettivamente il galattosio-1-fosfato (Gal1P). I ceppi di *E. coli* sono stati modificati geneticamente, ad esempio eliminando il gene *pgi* per impedire l'ingresso del glucosio nella glicolisi e *galK* per bloccare la ri-fosforilazione del galattosio, ottimizzando così il flusso verso il prodotto desiderato.

L'efficienza del sistema ingegnerizzato è notevole, con rese di conversione che raggiungono fino al 95% partendo dal glucosio, un netto miglioramento rispetto alle rese del 40-77% ottenute con i processi chimici convenzionali. Il tagatosio, che possiede circa il 92% della dolcezza del saccarosio, offre un vantaggio calorico, contenendo circa il 60% in meno di calorie rispetto allo zucchero da tavola. Dal punto di vista fisiologico, questo zucchero raro ha un impatto minimo sulla glicemia e sui livelli di insulina, rendendolo un candidato ideale per la gestione del diabete e per diete a basso indice glicemico. Inoltre, a differenza di molti dolcificanti sintetici, il tagatosio mantiene proprietà fisiche simili al saccarosio, inclusa la capacità di caramellare al calore.

Sebbene la ricerca iniziale in laboratorio abbia prodotto titoli di tagatosio di circa 1-7.3 g/L da 45 g/L di glucosio, l'importanza di questa metodologia risiede nella sua potenziale scalabilità e sostenibilità economica. Storicamente, il tagatosio è presente in tracce naturali in latticini e frutta come mele e arance. L'approvazione GRAS (Generally Recognized As Safe) da parte della FDA statunitense, ottenuta nel 2001, e l'approvazione per la commercializzazione nell'Unione Europea nel 2003, hanno aperto la strada al suo utilizzo commerciale, con PepsiCo che lo ha introdotto nelle bevande Sprite nell'agosto 2006. Il basso assorbimento intestinale, con solo circa il 20% metabolizzato nel fegato, contribuisce al suo basso valore calorico stimato a 1.5 Kcal/g, rispetto alle 4 Kcal/g del saccarosio. Oltre ai benefici dietetici, il D-tagatosio è apprezzato per le sue proprietà prebiotiche e per la sua azione sulla salute orale, poiché viene convertito molto lentamente dai batteri della placca, riducendo il rischio di carie.

Questa nuova via biosintetica, che utilizza glucosio economico, promette di rendere il tagatosio un dolcificante ampiamente accessibile, con potenziali applicazioni che si estendono anche alla sintesi di altri zuccheri rari o molecole benefiche. L'impiego di questo approccio ingegneristico sui batteri *E. coli* come "fabbriche" cellulari rappresenta un modello per la produzione futura di composti complessi e salutari a costi ridotti, segnando un passo avanti verso un'industria alimentare più consapevole e sostenibile.