“人们对更好、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潇说道。“我们通过调整其基因，成功使一种真菌不仅更有营养，而且更加环保。”
可持续蛋白与替代需求
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，而这两者都因气候变化和人类活动而日益紧张。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受到了关注。
在迄今为止研究的众多真菌蛋白来源中，真菌 Fusarium venenatum 已成为一个突出的选择，因为其天然风味和质地非常接近肉类。它已在包括英国、中国和美国在内的多个地区获准食用。
为什么 Fusarium venenatum 需要改良
尽管具有诸多优势，Fusarium venenatum 的细胞壁较厚，限制了人体的消化能力。其生产过程也消耗大量资源。即使生产适量的真菌蛋白也需要大量投入，且孢子必须在装满富含糖分的培养基原料以及硫酸铵等添加营养素的大型金属罐中进行培养。
刘及其同事希望探究 CRISPR 技术是否能使这种真菌更易消化、生长效率更高，同时避免向该生物体引入外源 DNA。
提高效率的关键基因编辑
为了探索这一方法，研究人员敲除了与几丁质合成酶和丙酮酸脱羧酶这两种酶相关的两个基因。敲除几丁质合成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。
分析结果显示，这种名为 FCPD 的改良菌株在产生等量蛋白质的情况下，糖分消耗量减少了 44%，且生产速度提高了 88%。
“许多人认为培养真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说道。
生命周期足迹与全球比较
随后，该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的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依赖煤炭的中国。在所有情境下，FCPD 的环境影响均低于传统 Fusarium venenatum。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对比。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%。
“此类基因编辑食品既能满足日益增长的粮食需求，又不必付出传统农业的环境代价，”刘说道。
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。