Biosynthetische Route Maakt Efficiënte Productie Tagatose uit Glucose Mogelijk

Onderzoekers hebben een significante stap gezet in de voedingsindustrie door een methode te ontwikkelen voor de efficiënte productie van tagatose, een zeldzame suikervervanger, met behulp van genetisch gemanipuleerde Escherichia coli bacteriën. Deze innovatie maakt gebruik van goedkope glucose als substraat, wat een cruciaal economisch voordeel biedt ten opzichte van eerdere methoden die afhankelijk waren van het duurdere galactose. De conversieopbrengsten die met deze nieuwe biosynthetische route behaald worden, reiken tot wel 95%, wat een aanzienlijke verbetering is ten opzichte van conventionele chemische processen die doorgaans slechts 20% tot 77% rendement opleveren.

Deze doorbraak behelst de introductie van een nieuw gekarakteriseerd enzym uit slijmschimmel dat een natuurlijk metabool pad omkeert. Tagatose, een isomeer van fructose, wordt gewaardeerd om zijn eigenschappen die het aantrekkelijk maken voor zowel de algemene consument als voor mensen met diabetes. Het biedt een zoetheid die bijna gelijk is aan die van sucrose, maar bevat ongeveer 60% minder calorieën en heeft een minimale impact op de bloedglucosewaarden en de insulinerespons. Met een zeer lage glycemische index, die in sommige studies zelfs op 3 wordt geschat tegenover 65 voor sucrose, wordt tagatose beschouwd als een veilige optie voor diabetesmanagement.

De technologische kern van deze ontwikkeling ligt in de identificatie en karakterisering van een galactose-1-fosfaat-specifieke fosfatase (Gal1Pase) afkomstig van de slijmschimmel Dictyostelium discoideum. Dit enzym is essentieel gebleken voor het omkeren van het Leloir-pad in de bacteriële cellen, dat normaal gesproken galactose omzet in glucose. Nik Nair, universitair hoofddocent chemische en biologische techniek aan Tufts University, benadrukte dat het modificeren van E. coli tot 'kleine fabrieken' met de juiste enzymen voor de omzetting van overvloedige glucose naar tagatose, economisch veel haalbaarder is dan de eerdere aanpak met schaars en duur galactose. De gemodificeerde E. coli stammen hebben genetische aanpassingen ondergaan, zoals de deletie van pgi en galK, om de koolstofstroom te sturen naar de gewenste tagatoseproductie.

De traditionele productie van D-tagatose was vaak beperkt door inefficiënte en kostbare methoden, zoals de isomerisatie van D-galactose met metaalhydroxiden onder basische omstandigheden, wat nadelen zoals hoge temperatuur en druk met zich meebracht. Eerdere pogingen met E. coli om tagatose uit galactose te produceren, behaalden bijvoorbeeld opbrengsten van slechts 9,0% tot 11,0%. De huidige prestatie van 95% conversie vanuit glucose positioneert deze methode, ook wel de 'whole-cell catalytic method' genoemd, als een veelbelovende benadering voor industriële schaalvergroting. Deze vooruitgang vermindert de afhankelijkheid van melksuiker (lactose) als bron, wat de economische haalbaarheid van deze gezonde vervanger voor de massamarkt aanzienlijk verhoogt. De FDA erkende D-tagatose al in 2001 als 'generally recognized as safe' (GRAS) en de Europese Unie heeft het sindsdien als een 'nieuw voedselingrediënt' goedgekeurd.