科学家利用CRISPR技术提高了一种已知具有类肉特性的真菌的效率和消化率。该改良菌株生产蛋白质的速度大幅提升，糖分消耗显著降低，同时产生的排放也大幅减少。在土地利用和水资源影响方面，它也优于肉鸡养殖。
“人们对更优质、更可持续的食物蛋白有着广泛需求，”中国无锡江南大学的通讯作者刘晓表示。“我们通过微调基因，成功使一种真菌不仅更具营养价值，而且更加环境友好。”
可持续蛋白与替代品的需求
畜牧业约占全球温室气体排放量的14%。它还需要大量的土地和淡水，而这两者正日益因气候变化和人类活动而承受压力。由于这些挑战，酵母和真菌中的微生物蛋白作为极具前景的肉类替代品而备受关注。
在迄今为止研究的众多菌蛋白来源中，镰刀菌（Fusarium venenatum）已成为一种突出的选择，因为其天然风味和质地与肉类非常接近。它已在包括英国、中国和美国在内的多个地区获准食用。
为何镰刀菌需要改良
尽管具有诸多优势，镰刀菌的细胞壁较厚，限制了人体的消化吸收能力。其生产过程也消耗大量资源。即便是生产适量的菌蛋白，也需要大量的投入，且孢子必须在装有富含糖分的原料及硫酸铵等添加营养素的大型金属罐中进行培养。
刘晓及其同事希望探究CRISPR技术是否能使这种真菌更易消化、生长效率更高，同时避免向生物体中引入外源DNA。
提升效率的关键基因编辑
为了探索这一方法，研究人员去除了与几丁质合酶和丙酮酸脱羧酶这两种酶相关的两个基因。去除几丁质合酶基因导致细胞壁变薄，从而使内部蛋白更易被消化。删除丙酮酸脱羧酶基因则微调了真菌的代谢过程，减少了蛋白质生产所需的营养物质用量。
分析显示，这种名为FCPD的改良菌株在产生与原始菌株等量蛋白质的情况下，糖分消耗减少了44%，且生产速度提高了88%。
“许多人认为培养菌蛋白更具可持续性，但并未真正考虑过如何降低整个生产过程的环境影响，尤其是与其他替代蛋白产品相比时，”江南大学的第一作者吴晓辉表示。
生命周期足迹与全球比较
随后，研究团队在工业规模上评估了FCPD从实验室孢子到灭活类肉产品整个生命周期的环境足迹。他们模拟了六个拥有不同能源结构国家的生产情况，包括主要依赖可再生能源的芬兰和更多依赖煤炭的中国。在所有情境下，FCPD的环境影响均低于传统镰刀菌。在整个生命周期中，FCPD的生产减少了高达60%的温室气体排放。
FCPD与动物蛋白的比较
研究人员还将FCPD生产的影响与饲养食用动物的影响进行了比较。与中国的鸡肉生产相比，FCPD所需的土地减少了70%，淡水污染潜力降低了78%。
“此类基因编辑食品可以满足日益增长的粮食需求，且无需承担传统农业的环境代价，”刘晓说道。
这项工作得到了国家重点研发计划、江苏省合成生物学基础研究中心、江苏省自然科学基金以及江苏省研究生科研与实践创新计划的支持。