韓國高級科學(xué)技術(shù)研究所的化學(xué)和生物分子工程師Sang Yup Lee表示，消費(fèi)者愿意為天然染色劑買單。

Sang Yup Lee現(xiàn)任韓國科學(xué)技術(shù)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)特聘教授，生物過程工程研究中心主任和生物信息學(xué)研究中心，同時也是美國國家科學(xué)院和美國國家工程院外籍院士。

日前，Lee和他的團(tuán)隊(duì)對大腸桿菌進(jìn)行了基因改造，使其成為能夠產(chǎn)生七種彩虹色料的菌株。除了經(jīng)過充分研究的著色劑蝦青素（紅色）、β-胡蘿卜素（橙色）和玉米黃質(zhì)（黃色）之外，紫羅蘭素、脫氧紫羅蘭素原、紫羅蘭素和脫氧紫羅蘭素分別作為天然綠色、藍(lán)色、海軍藍(lán)和紫色著色劑生產(chǎn)。

一些染料可以從植物中自然產(chǎn)生。例如，靛藍(lán)是從Indigofera屬物種的葉子中提取的。但這個任務(wù)是由人力來完成的，致使顏色多變，難以把握。合成替代品可能涉及有毒前體和副產(chǎn)品，有時會作為污染物釋放。因此，Lee和他的同事著手設(shè)計(jì)大腸桿菌以制造七種天然染料。

天然著色劑可大致分為親水性和疏水性化合物。當(dāng)由微生物產(chǎn)生時，親水性化合物通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白擴(kuò)散或分泌到培養(yǎng)基中，而疏水性化合物則在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞膜內(nèi)積累。特別是，由于細(xì)胞積累這些化合物的先天能力及其可能的細(xì)胞毒特性有限，疏水性化合物（即類胡蘿卜素、雙吲哚色素）的高水平生產(chǎn)一直存在問題。

最近的幾項(xiàng)研究試圖通過膜工程來解決這個問題，例如增加膜面積或通過形成細(xì)胞內(nèi)脂滴作為疏水性化合物的細(xì)胞內(nèi)儲庫。雖然已經(jīng)有關(guān)于采用形態(tài)學(xué)工程和形成內(nèi)膜囊泡（IMV）或外膜囊泡（OMV）來增強(qiáng)疏水化合物的產(chǎn)生的初步報告，但這些膜工程策略的組合應(yīng)用沒有被報道。盡管有這些嘗試，天然著色劑的效價需要進(jìn)一步提高以用于工業(yè)應(yīng)用。

Lee和他的團(tuán)隊(duì)對大腸桿菌進(jìn)行了基因改造，他們沒有完全切除在某些情況下可能會殺死細(xì)菌的相關(guān)基因，而是引入了一小段RNA序列，從而“沉默”了這些不需要但必不可少的基因。他們還插入了一個人類基因，使細(xì)菌在它們的膜上形成微小的小袋，以獲得更大的表面積。使細(xì)胞變得更長，然后將一些額外的膜表面積轉(zhuǎn)化為可以包圍和排出積累的化學(xué)物質(zhì)的囊。

用于增強(qiáng)彩虹著色劑生產(chǎn)的形態(tài)學(xué)工程和IMV形成

形成OMV以增強(qiáng)彩虹著色劑的生產(chǎn)

Lee說，他的大腸桿菌生產(chǎn)方法沒有毒性，可以應(yīng)用于今天的工業(yè)一一但“有些顏色會更貴，因?yàn)椤疂舛热匀缓艿颓疑a(chǎn)起來還是很困難?！?/p>

沒有參與這項(xiàng)研究的杜克大學(xué)生物化學(xué)家Meta Kuehn說，這項(xiàng)新技術(shù)最終可以幫助改造微生物來生產(chǎn)疏水性抗生素。她說，這種能力“對于生產(chǎn)一些真正難以合成的抗生素來說是一個很好的來源?！?/p>

Lee已從事代謝工程26年，并將這些食品和服裝的彩虹色染料描述為他對工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)的最新嘗試，其中還包括制造化妝品和藥物中的化合物。他笑著補(bǔ)充說，這是他同事之間的一個笑話，他的目標(biāo)是生產(chǎn)化學(xué)家必讀的Sigma-Aldrich目錄中的每一種化合物。（摘自美《深科技》）（編輯/多洛米）