Vitamina K₂ de una forma innovadora: cómo un microbio del "queso" enseñó a los científicos a fabricar vitaminas más económicas y ecológicas.

Un equipo de la Universidad Rice ha descubierto por qué la bacteria Lactococcus lactis (la misma "batalla" segura de los quesos y el kéfir) se niega obstinadamente a producir demasiada cantidad del precursor de la vitamina K₂, y cómo eliminar cuidadosamente los factores limitantes. Resultó que las células equilibran los beneficios (las quinonas son necesarias para obtener energía) y la toxicidad (su exceso desencadena estrés oxidativo). Los científicos han ensamblado un biosensor supersensible, han conectado las vías de síntesis y han creado un modelo matemático. Conclusión: dos "cortinas" interfieren a la vez: la regulación intrínseca de la vía y la falta del sustrato inicial; además, incluso el orden de los genes en el ADN es importante. Si se ajustan tres controles a la vez (sustrato → enzimas → orden de los genes), se puede aumentar el límite de producción. El trabajo se publicó en mBio el 11 de agosto de 2025.

Antecedentes del estudio

• ¿Por qué todos necesitamos vitamina K₂? Las menaquinonas (vitamina K₂) son importantes para la coagulación sanguínea, la salud ósea y, probablemente, los vasos sanguíneos. La demanda de suplementos está creciendo, y la síntesis química clásica es costosa y no la más ecológica. La solución lógica es producir K₂ mediante fermentación en bacterias alimentarias seguras.
• ¿Por qué Lactococcus lactis? Es el caballo de batalla de la industria láctea, con estatus GRAS. Es fácil de cultivar, seguro y ya se utiliza en alimentos: la base perfecta para convertir el microbio en una biofábrica de vitaminas.
• ¿Dónde está el verdadero callejón sin salida? La vía de biosíntesis de K₂ pasa por intermediarios quinonónicos reactivos. Por un lado, la célula los necesita (energía, transferencia de electrones), pero por otro, en exceso se vuelven tóxicos (estrés oxidativo). Por lo tanto, incluso si se modifican las enzimas, la propia célula limita el flujo.
• Lo que faltaba antes.
  • Mediciones precisas de metabolitos intermedios inestables: son difíciles de "detectar" con los métodos estándar.
  • Entender si el bajo rendimiento se debe a la regulación de la vía, a la falta de sustrato inicial o… a la arquitectura a menudo pasada por alto del operón (el orden de los genes en el ADN).
• ¿Por qué este trabajo? Los autores necesitaban:
  1. crear un biosensor sensible para medir finalmente los intermediarios “resbaladizos”;
  2. Montar una maqueta de toda la cascada y descubrir dónde están los verdaderos “cuellos de botella”;
  3. para probar cómo tres botones a la vez afectan la liberación (el suministro de sustrato, los niveles de enzimas clave y el orden de los genes) y si es posible romper el techo natural girándolos en conjunto.
• Sentido práctico. Si se comprende exactamente dónde el microbio se ralentiza, se pueden diseñar cepas que produzcan más vitaminas con los mismos recursos, lo que abarata la producción y la hace más respetuosa con el medio ambiente. Esto también es útil para otras vías donde las quinonas útiles están al borde de la toxicidad, desde vitaminas hasta precursores de fármacos.

¿Qué hicieron exactamente?

• Se detectó un producto intermedio invisible. El precursor a partir del cual se ensamblan todas las formas de vitamina K₂ (menaquinona) es muy inestable. Para detectarlo, se fabricó un biosensor personalizado en otra bacteria; la sensibilidad se multiplicó por miles, y un equipo de laboratorio sencillo fue suficiente para las mediciones.
• Modificaron la genética y la compararon con el modelo. Los investigadores modificaron los niveles de enzimas clave de la vía y compararon la liberación real del precursor con las predicciones del modelo. Si bien el modelo consideró que el sustrato era "infinito", todo divergió. Valió la pena considerar el agotamiento del inicio, y las predicciones se cumplieron: nos encontramos no solo con enzimas, sino también con la materia prima para la vía.
• Se descubrió el papel de la arquitectura del ADN. Incluso el orden de los genes de la cascada enzimática afecta el nivel del producto intermedio inestable. La reorganización produjo cambios notables, lo que significa que la evolución también utiliza la geometría del genoma como regulador.

Hallazgos clave en términos sencillos

• L. lactis mantiene la cantidad justa de precursor para sobrevivir y crecer sin entrar en toxicidad. Añadir enzimas simplemente no sirve de nada si no hay suficiente sustrato: es como poner más bandejas para hornear sin añadir harina.
• El límite de producción se establece mediante dos factores: la regulación interna de la vía y la disponibilidad de la fuente. Además, está el orden de los genes en el operón. Ajustar tres niveles simultáneamente permite superar el límite natural.

¿Por qué es esto necesario?

• La vitamina K₂ es importante para la coagulación sanguínea, los huesos y, probablemente, la salud vascular. Actualmente, se obtiene mediante síntesis química o extracción de materias primas, lo cual resulta costoso y poco ecológico. La ingeniería de bacterias alimentarias seguras permite producir K₂ mediante fermentación, lo cual es más económico y ecológico.
• Entender dónde están los “frenos” en la vía de síntesis es un mapa para los productores: es posible crear cepas que produzcan más vitamina con la misma cantidad de alimento y superficie, y en el futuro, incluso probióticos que sinteticen K₂ directamente en el producto o en los intestinos (estrictamente bajo regulación, por supuesto).

Citas

• "Los microbios productores de vitaminas tienen el potencial de transformar la nutrición y la medicina, pero primero debemos descifrar sus 'llaves de paso de emergencia' internas", dice la coautora Caroline Aho-Franklin (Universidad Rice).
• “Cuando tomamos en cuenta el agotamiento del sustrato, el modelo finalmente coincidió con el experimento: las células alcanzan un techo natural cuando la fuente se agota”, agrega Oleg Igoshin.

Lo que esto significa para la industria, punto por punto

• Herramientas: Ahora se cuenta con un biosensor para un control preciso y un modelo que calcula correctamente los cuellos de botella. Esto agiliza el ciclo de diseño → verificación.
• Estrategia de escalado: No busques una sola "superenzima". Ajusta tres parámetros: alimentación del sustrato → niveles de enzimas → orden de los genes. De esta manera, tendrás más probabilidades de superar el límite natural.
• Tolerabilidad: Los principios de equilibrio beneficio/toxicidad de las quinonas también se aplican a otros microbios y vías, desde las vitaminas hasta los antibióticos: demasiados intermediarios reactivos y el crecimiento disminuye.

¿Dónde está la precaución?

Este es un trabajo fundamental sobre bacterias alimentarias seguras y en condiciones de laboratorio. Aún quedan preguntas por resolver en el taller: estabilidad de las cepas, regulación para productos "funcionales" y escalabilidad económica. Pero la hoja de ruta —dónde recurrir y qué medir— ya existe.

Resumen

Para producir más vitaminas a partir de un microbio, no basta con simplemente "darle gas" a una enzima; también es importante suministrarle combustible y ensamblar el cableado adecuado. El estudio de mBio muestra cómo ajustar el sustrato, los genes y la regulación para convertir a Lactococcus lactis en una fábrica ecológica de K₂ y producir vitaminas más económicas y limpias.

Fuente: Li S. et al. Los beneficios para el crecimiento y la toxicidad de la biosíntesis de quinona se equilibran mediante un mecanismo regulador dual y limitaciones del sustrato, mBio, 11 de agosto de 2025. doi.org/10.1128/mbio.00887-25.