它是丰盛的、多肉的、霉菌的：破解未来智能食品的真菌基因组

随着无动物奶制品和令人信服的素食肉类替代品已经上市，很容易看出生物技术如何改变食品行业。基因工程的进步使我们能够利用微生物生产出对消费者健康、对环境更健康的无虐待产品

创新食品最有前景的来源之一是真菌——一个多样化的生物王国，自然产生大量美味营养的蛋白质、脂肪、抗氧化剂和风味分子。厨师出身的生物工程师Vayu Hill Maini是劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）生物科学区的附属机构，他正在探索通过修改真菌中已经存在的基因来制造新口味和质地的多种可能性

“我认为合成生物学的一个基本方面是，我们受益于进化成真正擅长某些事情的生物体，”Hill Maini说，他是加州大学伯克利分校生物工程专家Jay Keasling实验室的博士后研究员。“我们试图做的是研究真菌的制造过程，并试图解锁和增强它。我认为这是一个重要的角度，我们不需要引入来自不同物种的基因。我们正在研究如何将东西缝合在一起，解锁已经存在的东西。”

在他们最近发表在《自然通讯》上的论文中，Hill Maini和加州大学伯克利分校、联合生物能源研究所和诺和诺德基金会生物可持续性中心的同事研究了一种名为米曲霉的多细胞真菌，也称为曲霉菌，几个世纪以来，它在东亚一直被用来将淀粉发酵成清酒、酱油和味噌

首先，该团队使用CRISPR-Cas9开发了一种基因编辑系统，可以对曲霉菌基因组进行一致且可重复的改变。一旦他们建立了一个编辑工具包，他们就应用自己的系统进行修改，将霉菌提升为食物来源

首先，Hill Maini专注于促进霉菌产生血红素，血红素是一种铁基分子，存在于多种生命形式中，但在动物组织中含量最丰富，赋予肉类颜色和独特风味。（一种合成的植物来源的血红素也是Impossible Burger具有多肉特性的原因。）接下来，该团队开始生产麦角硫酮，这是一种只在真菌中发现的抗氧化剂，对心血管健康有益

在这些变化之后，曾经的白色真菌变红了。只需最少的准备——去除多余的水和研磨——收获的真菌就可以做成肉饼，然后油炸成诱人的汉堡

Hill Maini的下一个目标是通过调节控制霉菌质地的基因，使真菌更具吸引力。“我们认为，通过改变细胞的纤维状形态，有很大的空间来探索质地。因此，我们可能能够将大量纤维的结构编程为更长的，这将给人一种更像肉的体验。然后，我们可以考虑增加脂质成分，以改善口感和进一步营养，”加州大学伯克利分校米勒基础科学研究所研究员Hill Maini说。“我真的很高兴我们能进一步研究这种真菌，你知道，如何修补它的结构和代谢来制造食物。”

尽管这项工作只是利用真菌基因组创造新食物之旅的开始，但它展示了这些生物作为易于生长的蛋白质来源的巨大潜力，避免了目前肉类替代品的复杂成分清单，以及阻碍养殖肉类推出的成本障碍和技术困难。此外，该团队的基因编辑工具包在整个合成生物学领域是一个巨大的飞跃

目前，各种各样的生物制品都是由工程菌和酵母制成的，它们是蘑菇和霉菌的单细胞近亲。然而，尽管人类驯化真菌直接食用或制作味噌等主食的历史悠久，但多细胞真菌尚未在同样程度上被用作工程细胞工厂，因为它们的基因组要复杂得多，而且具有使基因编辑成为挑战的适应能力。本文开发的CRISPR-Cas9工具包为方便地编辑曲霉菌及其众多亲属奠定了基础

伯克利实验室高级科学家、加州大学伯克利分校教授Jay Keasling说：“这些生物已经被用于生产食物几个世纪了，它们在将碳转化为各种复杂分子方面效率极高，其中包括许多使用啤酒酵母或大肠杆菌等经典宿主几乎不可能生产的复杂分子。”

“通过开发这些工具来解锁曲霉菌，我们正在释放一个巨大的新宿主群体的潜力，我们可以用它来制造食品、有价值的化学品、能源密集型生物燃料和药物。这是一条激动人心的生物制造新途径。”

鉴于Hill Maini的烹饪背景，他热衷于确保下一代基于真菌的产品不仅美味可口，而且真正受到客户的喜爱，包括那些品味高雅的客户。在另一项研究中，他和Keasling与哥本哈根米其林二星级餐厅Alchemist的厨师合作，发挥了另一种多细胞真菌中间神经孢子菌的烹饪潜力

这种真菌在印度尼西亚传统上用于生产一种名为oncom的主食，通过发酵制作其他食物（如豆腐）时留下的废物。科学家和厨师们被这种真菌将剩菜转化为富含蛋白质的食物的能力所吸引，在炼金师的测试厨房里研究了这种真菌。他们发现中间猪笼草产生和排泄马