告別大豆進口依賴！我國新型微生物蛋白獲批，餐桌蛋白再添新選擇

未來食品很有可能是實驗室種出來的。近日，江南大學陳堅院士團隊劉瀟副教授課題組使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)改造了一種名為威尼斯鐮刀菌的新型絲狀真菌蛋白，成功實現(xiàn)了營養(yǎng)與環(huán)保價值提升的雙突破，能夠有效降低對于進口大豆依賴，助力國家糧食安全。

（來源：Trends in Biotechnology）

據(jù)了解，真菌蛋白口感主要取決于加工方式：假如直接利用其菌絲體形態(tài)，它能提供類似肉類的咀嚼感，并帶有食用真菌特有的、類似蘑菇的風味；假如將其加工成蛋白粉，則口感由其最終應用的食品形態(tài)決定。

圖 | 劉瀟（來源：劉瀟）

中國蛋白質(zhì)需求形勢嚴峻，需降低進口大豆依賴

劉瀟告訴 DeepTech，這項研究旨在解決我國在蛋白質(zhì)供給方面面臨的重大挑戰(zhàn)。蛋白質(zhì)是人體至關(guān)重要的營養(yǎng)元素，目前主要依賴傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖提供的動物蛋白，以及通過種植大豆、豌豆等作物獲得的植物蛋白。

當前，全球蛋白質(zhì)供給高度依賴傳統(tǒng)畜牧業(yè)與漁業(yè)，這一模式不僅引發(fā)嚴峻的環(huán)境問題，還面臨資源約束的瓶頸，難以滿足人口持續(xù)增長和生活水平不斷提升對蛋白質(zhì)供應的巨大需求。

面對食物系統(tǒng)的發(fā)展困境，要從傳統(tǒng)農(nóng)作物和畜禽資源向更豐富的生物資源拓展，發(fā)展生物科技、生物產(chǎn)業(yè)，向植物動物微生物要熱量、要蛋白。

劉瀟選擇以“威尼斯鐮刀菌”這種絲狀真菌為研究對象，是因為它是全球首個被批準食品化應用的菌絲蛋白。

近年來，我國在微生物蛋白的審批上進展迅速。繼 2023 年批準首個微生物源蛋白（由安琪酵母公司牽頭申報，使用釀酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 菌株生產(chǎn)）后，2025 年初威尼斯鐮刀菌蛋白獲得我國衛(wèi)健委新食品原料申請受理，并在近日已正式通過新食品原料認證批文已下達，標志著威尼斯鐮刀菌蛋白已獲準成為我國的新食品原料，可以真正走上百姓的餐桌。

此次研究聚焦于利用 CRISPR 基因編輯技術(shù)改良這種菌株。核心目標有兩個：一是追求更高的生產(chǎn)效率，二是提升其營養(yǎng)價值。

目前獲批的野生型威尼斯鐮刀菌菌株，在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中存在合成效率不足、轉(zhuǎn)化率低的問題，同時其蛋白質(zhì)的氨基酸組成，尤其是必需氨基酸的含量和消化速率，與傳統(tǒng)的動植物蛋白相比仍有差距。

因此，劉瀟致力于兩個方向的突破：實現(xiàn)底物（如葡萄糖）到蛋白質(zhì)的高效低成本轉(zhuǎn)化，推動大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化落地，同時顯著增強其營養(yǎng)價值。為此，他和團隊在威尼斯鐮刀菌基因組中無痕敲除了幾丁質(zhì)合酶和丙酮酸脫羧酶基因，并通過多項評估驗證了改造可行性。

可持續(xù)性，是蛋白質(zhì)生產(chǎn)必須回答的問題。目前，生產(chǎn)微生物蛋白的主要原料是葡萄糖，而葡萄糖來源于農(nóng)作物種植。因此，如何更高效、更快速地利用葡萄糖生產(chǎn)蛋白，將直接關(guān)聯(lián)到土地節(jié)約、水資源消耗和溫室氣體減排。

劉瀟全面評估了在葡萄糖轉(zhuǎn)化效率提升后對于環(huán)境的具體貢獻程度。在評估中，他和團隊選取了多個代表性國家進行對比，包括美國、英國、荷蘭，這是因為這些國家在威尼斯鐮刀菌的應用歷史和商業(yè)化生產(chǎn)方面走在世界前列。

同時，也納入了波蘭等能源結(jié)構(gòu)不同的國家，以及中國本土（例如本次研究中試基地所在的景德鎮(zhèn)），并考慮了國內(nèi)不同地區(qū)的能源成本差異，甚至模擬了國內(nèi)在未來使用更為低碳的能源結(jié)構(gòu)時的生產(chǎn)情景。

通過精確的生命周期評估模型核算，劉瀟得出了在不同場景下的真菌蛋白生產(chǎn)的具體環(huán)境效益數(shù)據(jù)。

需要說明的是，目前國內(nèi)批準的是野生型威尼斯鐮刀菌菌株。此次研究采用的基因編輯策略，屬于無外源基因引入的“無痕敲除”，而非傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)。因此，這類工程菌株在未來的食品法規(guī)申報中預計路徑會相對更為清晰和可行。

（來源：Trends in Biotechnology）

什么是真菌蛋白？它為什么重要？該如何改造？

你可能沒聽說過真菌蛋白，但大概率吃過蘑菇。一種在國外已經(jīng)很常見的真菌蛋白產(chǎn)品就是從一種名為 Fusarium venenatum 的真菌中提取出來的蛋白質(zhì)。

它看起來、吃起來都十分像肉。這種真菌蛋白已經(jīng)在很多國家和地區(qū)被批準作為食物，比如美國、英國。它的最大特點便是環(huán)保，比起養(yǎng)牛和養(yǎng)雞，生產(chǎn)真菌蛋白所使用的土地要少很多，排放的溫室氣體也少得多，大約能減少 80% 的碳排放。

但是，劉瀟思考的是能否讓這種蛋白不僅更有營養(yǎng)而且更節(jié)省資源？于是，他才決定使用 CRISPR 精準基因編輯的技術(shù)。

研究中，他選中了兩個目標基因：第一個是幾丁質(zhì)合成酶，負責制造真菌細胞壁的主要成分；第二個是丙酮酸脫羧酶，能夠影響真菌對于底物和能量的利用。他和團隊將這兩個基因進行無痕敲除，并將這個被改造過的真菌叫做 FCPD。

由于細胞壁變薄，因此胞內(nèi)蛋白質(zhì)更容易被釋放和被人體吸收。此外，F(xiàn)CPD 蛋白的必需氨基酸指數(shù)提高了 32.9%，這意味著它更加符合人體健康需要。

它生產(chǎn)單位質(zhì)量的真菌蛋白，所使用的葡萄糖減少了 44%。它能把葡萄糖轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)的效率提高 2.24 倍，生產(chǎn)速度提高 88.4%。這意味著使用同樣的原料，它能更快生產(chǎn)出更多、更好的蛋白。

（來源：Trends in Biotechnology）

旨在高效生產(chǎn)蛋白質(zhì)本身，而非局限于產(chǎn)肉

由于生產(chǎn)真菌蛋白需要用電、用水、用葡萄糖，如果可以使用更少的原料來生產(chǎn)出更多的蛋白，那么就可以使用更少的土地來種植葡萄糖原料，使用更少的能源來用于發(fā)酵，達成更少的廢水廢氣排放。

劉瀟使用生命周期評估的方法，來計算生產(chǎn) 1 公斤真菌蛋白對于環(huán)境的影響。他和團隊比較了普通真菌蛋白和改造后的 FCPD 真菌蛋白，還比較了其他食物比如豌豆蛋白、細胞培養(yǎng)肉和雞肉等。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：FCPD 真菌蛋白比普通真菌蛋白可以減少 4%–61.3% 的溫室氣體排放，它也比細胞培養(yǎng)肉和雞肉更加環(huán)保，在應對地球變暖、土地使用和水資源消耗方面有著更大優(yōu)勢。

（來源：Trends in Biotechnology）

劉瀟表示，威尼斯鐮刀菌作為一種天然的絲狀真菌，其菌絲體本身的結(jié)構(gòu)就類似于動物肉的纖維組織。因此，國際上普遍將其作為人造肉或替代蛋白肉的基礎(chǔ)原料。

而鐮刀菌的菌絲體作為一種食物來源和蛋白質(zhì)原料，其形態(tài)雖像肉，但目標遠不止于制造“肉”，更值得關(guān)注的是將其作為基礎(chǔ)的蛋白原料進行開發(fā)。

在應用端，將其加工成“素肉”僅是其中一個方向。劉瀟同樣致力于從菌絲體中提取其富含的胞內(nèi)蛋白來制成蛋白粉。這類蛋白粉在乳化性等功能特性上表現(xiàn)優(yōu)異，可像乳清蛋白或大豆蛋白一樣，被用于飲料等多種食物。

我們?nèi)粘Ｍㄟ^喝豆?jié){、牛奶，吃肉、雞蛋、豆腐來獲取蛋白質(zhì)，蛋白食物的形態(tài)本身也是多樣的。因此，本次研究主要著眼于更根本的“蛋白質(zhì)供給”問題，而不僅僅是創(chuàng)造一個肉類替代品。所以，本次研究的根本目的是高效生產(chǎn)蛋白質(zhì)本身，而非局限于產(chǎn)肉。

因此，劉瀟和團隊之所以著力探索微生物蛋白，首先是響應國家對于蛋白來源多元化的戰(zhàn)略需求；其次，它是對現(xiàn)有蛋白質(zhì)供給的“補充”，而非簡單的“替代”。其目標不是教育消費者放棄肉蛋奶，而是致力于挖掘真菌蛋白自身不可替代的獨特價值。

目前，他和團隊正在尋找能夠建立微生物蛋白不可替代性的優(yōu)勢應用場景。當然，這項技術(shù)最大的社會價值在于保障國家的糧食安全。此外，在飼料端替代部分豆粕的話，能夠降低對進口大豆的高度依賴，有力保障傳統(tǒng)動物蛋白的供應鏈安全。

那么，基因編輯食物安全嗎？答案是肯定的，CRISPR 并沒有往生物體里引入外源基因，只是像微調(diào)一樣修改了原有的基因。美國等國家的監(jiān)管機構(gòu)認為這類食物是安全的，不需要特別標注。

真菌蛋白的質(zhì)地和口感都很像肉，目前已經(jīng)有很多品牌用它來做素雞塊和素漢堡等。眼下，人們還在利用 CRISPR 來改造玉米、大豆和番茄，以讓它們更營養(yǎng)和更耐儲存。在全球范圍內(nèi)，類似應用 CRISPR 來進行作物和畜禽性狀改良的例子還有很多。

劉瀟表示：“對真菌蛋白這種新型蛋白質(zhì)的探索過程本身充滿了創(chuàng)新性。與已被研究幾十年的傳統(tǒng)動植物蛋白不同，這是一個相對前沿的領(lǐng)域。在研究過程中，我們不斷揭示出它許多獨特的性質(zhì)，這些特性讓我們相信，它在許多高附加值的細分賽道上擁有巨大的應用潛力。”

當然，全球范圍內(nèi)對該領(lǐng)域的探索都處于方興未艾的狀態(tài)。但正因如此，通過基因編輯等各種技術(shù)手段持續(xù)挖掘其潛力、提升其生產(chǎn)效率，并將基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)與終端應用的需求緊密結(jié)合，才能最終推動這類新型蛋白實現(xiàn)其真正的市場價值。

一個非常利好的消息是，威尼斯鐮刀菌蛋白已成為中國批準的第二個微生物蛋白來源的三新食品原料。“我們堅信，隨著關(guān)注者和使用場景的增多，未來幾年這個產(chǎn)業(yè)必將快速發(fā)展，會有更多的加工及營養(yǎng)功能被挖掘，我對它的前景充滿信心。”劉瀟最后說道。

參考資料：

相關(guān)論文 https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0167-7799%2825%2900404-4

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