La prodigiosina, una alternativa natural y ecológica a los colorantes rojos sintéticos
13 marzo 2026.-Los pigmentos sintéticos tienen una amplia gama de aplicaciones, principalmente asociados a las industrias textil, alimenticia y cosmética. El uso de los pigmentos sintéticos se extendió rápidamente a partir de la segunda mitad del siglo XIX, tras el desarrollo de colorantes derivados del alquitrán. Desde entonces los colorantes sintéticos han desplazado a los pigmentos naturales, ya que presentan propiedades de coloración, alta estabilidad y bajo costo de producción.
Hoy en día, los colorantes sintéticos dominan el mercado global de pigmentos; sin embargo, presentan peligros ambientales derivados de su acumulación, debido a que no son compuestos degradables.
Los principales pigmentos con tonalidades rojo vibrante, catalogados como riesgosos para la salud humana y con posibles efectos carcinogénicos, son los colorantes sintéticos azoderivados: Rojo Allura (Rojo 40 ó E129), Ponceau 4R (Rojo 7 ó E124), así como el colorante xanténico Eritrosina (Rojo 3 ó E127). Estos colorantes tienen restricciones para su incorporación en alimentos y bebidas en Estados Unidos y en países de la Unión Europea, como Noruega y Austria [1]. A pesar de las advertencias emitidas por distintos organismos, el uso de estos colorantes en la industria alimenticia continúa ampliamente extendido en países de Latinoamérica, incluido México. Debido a los riesgos para la salud asociados con la posible toxicidad de los colorantes sintéticos, se ha promovido una amplia investigación en busca de alternativas ecológicas y seguras, como es el caso de la prodigiosina.
La prodigiosina, un pigmento rojo producido por bacterias
Los pigmentos de origen biológico han ganado atención debido a sus propiedades biodegradables y baja toxicidad. En particular, las estrategias que involucran microorganismos como las bacterias, ofrecen ventajas respecto a otras especies productoras de pigmentos como plantas o insectos, tales como tasas de crecimiento rápidas y la capacidad de sintetizar pigmentos a partir de diversos sustratos y de bajo costo, que incluyen desechos y subproductos agroindustriales como cáscara de fruta, semillas, salvado y melaza, entre otros.
Además de ser respetuosos del medio ambiente, algunos pigmentos producidos por bacterias tienen diversas propiedades farmacológicas, como actividades antioxidantes, antiinflamatorias y antineoplásicas, lo que incrementa su valor biotecnológico potencial [2]. La prodigiosina es un pigmento rojo de origen bacteriano que destaca por reunir todos estos atributos, incluyendo propiedades antifúngicas y anticancerígenas [3]. Estudios pioneros también señalan su baja toxicidad en células no cancerosas [3]. Gracias a este conjunto de características, la prodigiosina se considera actualmente uno de los pigmentos biológicos más atractivos; y diversos estudios se han centrado en entender su biosíntesis y purificación.
Estructuralmente la prodigiosina es un compuesto cíclico que consta de un esqueleto de tres anillos de pirrol (Figura 1), perteneciente al grupo de las prodigininas [4]. Este pigmento es sintetizado principalmente por la bacteria Serratia marcescens, y la mayor parte del conocimiento relacionado con la prodigiosina proviene del estudio de esta bacteria. No obstante, también se ha descrito la producción de prodigiosina en algunas especies pertenecientes a los géneros Streptomyces, Vibrio, Pseudoalteromonas y Hahella.
La biosíntesis de prodigiosina está coordinada por un conjunto de 14 proteínas codificadas en una región genética llamada operón pig que abarca poco más de 20 kb [5]. La expresión de estos genes depende de un único promotor, localizado antes del primer gen del clúster pig. La producción del pigmento se realiza a partir de una vía bifurcada: tres enzimas participan en la síntesis del primer anillo pirrol (2-metil-3-n-amilo-pirrol), denominado MAP. Otras diez proteínas se encargan de la formación del segundo anillo bipirrol (4-metoxi-2,2ʹ-bipirrol-5-carbaldehído), denominado MBC. En el paso final de la biosíntesis, la enzima PigC realiza la condensación terminal de las moléculas MAP y MBC, dando lugar al tripirrolico prodigiosina (Figura 1) [5].
La biosíntesis de la prodigiosina implica una gran complejidad metabólica y elevado costo energético, lo que exige una rigurosa regulación genética. A la fecha se han descrito más de diez proteínas que actúan como reguladoras de la trascripción de los genes pig [6]; la mayoría de ellos, con función represora, controlan de manera precisa la expresión de los genes del operón pig.
Al igual que otros metabolitos secundarios, la biosíntesis de la prodigiosina ocurre al final de la fase exponencial del cultivo bacteriano, por lo que la expresión de los genes pig también se ha asociado con la señal de quorum [7]. Esta señal es un mecanismo de regulación genética que se activa cuando se alcanza una alta densidad de células bacterianas. Adicionalmente, en S. marcescens se han identificado varios factores ambientales importantes que influyen en la producción de pigmento, como una temperatura de incubación menor a 30°C, pH entre 6-9, y la disponibilidad de fosfato y sulfato inorgánico en el medio. En contraste, la presencia de compuestos inorgánicos de amonio disminuye su producción [8].
Escalamiento en la producción de prodigiosina
La producción sostenible a gran escala de cualquier pigmento natural debe representar altos rendimientos con costos de producción bajos. Para el caso de la prodigiosina, la fermentación en estado líquido (LSF, por sus siglas en inglés), es la estrategia más estudiada para su producción. Varios estudios han explorado diferentes sustratos y cepas de S. marcescens reportando rendimientos variados [9]. Por ejemplo, el uso de glicerol crudo (un subproducto de desecho de la industria de biodiesel), reportó un rendimiento de prodigiosina superior a los 300 mg L-1 h-1. Mientras que un medio formulado con desechos líquidos de yuca permitió recuperar cerca de 800 mg L-1 h-1 de pigmento.
Otros estudios sugieren que la fermentación en estado sólido (SSF por sus siglas en inglés), podría ser más ventajosa que la fermentación en estado líquido [10], ya que la productividad de prodigiosina en SSF reporta rendimientos de entre 1 y 3 g L-1 h-1. Empero, los parámetros y procesos de fermentación son más difíciles de controlar en este tipo de fermentadores, lo que limita su implementación a gran escala.
Por otra parte, debido a que la prodigiosina se encuentra principalmente de forma intracelular, una vez concluido el proceso de fermentación, las bacterias deben separarse del sustrato para someterlas a lisis y posteriormente purificar el pigmento. Este proceso no solo implica la destrucción de las bacterias e impide el reciclaje de las células productoras, sino que también produce residuos bacterianos no deseados.
Además, debido a su naturaleza hidrofóbica, la purificación de la prodigiosina requiere el uso de solventes orgánicos potencialmente tóxicos, como cloroformo, hexano o metanol [11]. Una vez que el pigmento se ha disuelto en el solvente orgánico, se seca al vacío y se purifica a alta pureza mediante una última separación por cromatografía líquida. A pesar de los avances logrados en la producción de prodigiosina en el laboratorio, aún se requiere de maduración tecnológica que permita escalar la producción a niveles superiores.
Retos y perspectivas para la producción de la prodigiosina
A pesar de los avances, existen varias limitaciones que aún representan obstáculos importantes para el escalado en la producción y comercialización de pigmentos naturales. En el caso de la prodigiosina las investigaciones realizadas a pequeña escala han demostrado que los tiempos de fermentación son prolongados para obtener los máximos rendimientos. En cambio, la implementación de biorreactores de alta capacidad puede reducir el proceso de fermentación a menos de 12 h, lo que se considera una ventaja significativa para su producción.
Asimismo, es necesario realizar nuevos estudios que evalúen diversos productos de desecho, como bagazo de azúcar de caña o restos de crustáceos, como sustratos potenciales para los procesos de fermentación, así como su posible combinación con aditivos, como ácidos grasos provenientes de cacahuates o semillas de girasol, pues algunos estudios apuntan a que estas estrategias, además de generar mayores rendimientos, también facilitan la recuperación de la prodigiosina.
Otro punto importante por resolver corresponde directamente a la extracción del pigmento, paso que requiere el uso de solventes orgánicos. Procesos como la ultrasonicación o la utilización de partículas magnéticas modificadas, se sugieren como alternativas que permitirían reducir en gran medida la cantidad de solvente orgánico requerido.
Diversos mecanismos que podrían incrementar los rendimientos incluyen la manipulación de rutas metabólicas o la implementación de cepas de S. marcescens mutantes en genes represores del operón pig. Alternativamente, la movilización completa del clúster genético (pigA-N), a otros microorganismos comúnmente utilizados en procesos biotecnológicos, puede representar una opción atractiva.
Esperamos que con el tiempo, la investigación científica relacionada con la producción de pigmentos naturales logre alcanzar rendimientos y costos de producción que hagan posible su comercialización a gran escala y una eventual reducción en el uso de pigmentos sintéticos, los cuales son contaminantes y potencialmente dañinos para la salud.
Bibliografía
[1] Food and Drug Administration, (2025). 21 CFR Part 74 – Listing of Color Additives Subject to Certification.
[2] Rana B., Bhattacharyya M., et al., (2021). The Realm of Microbial Pigments in the Food Color Market. Front. Sustain. Food Syst., 5, p. 603892. DOI: 10.3389/fsufs.2021.603892.
[3] Islan G.A., Rodenak-Kladniew B., et al., (2022) Prodigiosin: a promising biomolecule with many potential biomedical applications. Bioengineered, 13(6) 14227–14258. DOI: 10.1080/21655979.2022.2084498.
[4] Bennett J.W., and Bentley R., (2000) Seeing red: The story of prodigiosin. Advances in Applied Microbiology, 47, 1–32. DOI: 10.1016/S0065-2164(00)47000-0.
[5] Williamson, N.R., et al., (2005) Biosynthesis of the red antibiotic, prodigiosin, in Serratia : identification of a novel 2‐methyl‐3‐n‐amyl‐pyrrole (MAP) assembly pathway, definition of the terminal condensing enzyme, and implications for undecylprodigiosin biosynthesis in Streptomyces. Molecular Microbiology, 56(4), 971–989. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2005.04602.x.
[6] Ul Huda, N., Hassan, N., Ali, H., Kang, Y., (2025) Regulation and molecular biology of prodigiosin by Serratia marcescens. Critical Reviews in Biotechnology, 45(8), 1680–1699. DOI: 10.1080/07388551.2025.2529588.
[7] Thomson, N.R., Crow, M.A., et al., (2000) Biosynthesis of carbapenem antibiotic and prodigiosin pigment in Serratia is under quorum sensing control. Molecular Microbiology, 36(3) 539–556. DOI: 10.1046/j.1365-2958.2000.01872.x.
[8] Yip, C.H., Yarkoni, et al., (2019) Recent advancements in high-level synthesis of the promising clinical drug, prodigiosin. Appl Microbiol Biotechnol, 103(4), 1667–1680. DOI: 10.1007/s00253-018-09611-z.
[9] Han, R., Xiang, R., et al., (2021) High‐level production of microbial prodigiosin: A review. J Basic Microbiol, 61(6), 506–523. DOI: 10.1002/jobm.202100101.
[10] Nguyen, T.H., Wang, S.L., Nguyen, V.B., (2022) Recent Advances in Eco-Friendly and Scaling-Up Bioproduction of Prodigiosin and Its Potential Applications in Agriculture. Agronomy, 12(12), 3099. DOI: 10.3390/agronomy12123099.
[11] Song, M.J., et al., (2006) Purification and characterization of prodigiosin produced by integrated bioreactor from Serratia sp. KH-95. Journal of Bioscience and Bioengineering, 101(2), 157–161. DOI: 10.1263/jbb.101.157.