生物技术的进步正在改变食品生产，真菌发挥着关键作用。 由Vayu Hill-Maini领导的研究利用基因工程来增强真菌的天然特性，创造营养丰富且可持续的肉类替代品。 这种方法不仅为食品科学开辟了新的途径，而且还集成了复杂的烹饪应用。 Vayu Hill-Maini研究的基因编辑真菌培养物，在餐盘上看到。 图片来源：Marilyn Sargent/伯克利实验室
破解真菌基因组，打造未来的智能食品。
随着市场上无动物乳制品和令人信服的素食肉类替代品的出现，不难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对消费者健康和环境更健康的零残忍产品。
真菌是创新食品最有前途的来源之一，真菌是一个多样化的生物王国，自然产生大量美味和营养的蛋白质、脂肪、抗氧化剂和风味分子。 劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）生物科学领域的附属机构、厨师出身的生物工程师Vayu Hill-Maini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。
左边的培养皿含有天然的酒曲霉菌，而右边的培养皿经过精心设计，含有更高水平的麦角硫因营养素和更多的血红素——一种在许多生物体中发现的铁基分子，但在动物组织中特别丰富，这使肉类具有独特的风味。 图片来源：Marilyn Sargent/伯克利实验室
「我认为这是合成生物学的一个基本方面，我们从已经进化到非常擅长某些事情的生物体中受益，」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。 「我们试图做的是看看真菌是什么，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截然不同 的物种 的基因。 我们正在研究如何将事物拼接在一起并解锁已经存在的东西。
真菌的遗传增强
在他们最近发表在 【自然通讯 】杂志上的论文中，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Hill-Maini及其同事研究了一种名为 米曲霉 的多细胞真菌，也称为曲霉菌，几个世纪以来一直在东亚用于将淀粉发酵成清酒、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，该系统可以对曲霉基因组进行一致且可重复的更改。 一旦他们建立了一个编辑工具包，他们就会应用他们的系统进行修改，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，存在于许多生命形式中，但在动物组织中最为丰富，使有颜色和独特的风味。 （合成生产的植物来源血红素也赋予了 Impossible Burger 以肉类复制的特性。 接下来，该团队增加了麦角硫因的生产，麦角硫因是一种仅在真菌中发现的抗氧化剂，与心血管健康益处有关。
第一作者Vayu Hill-Maini在加利福尼亚州埃默里维尔联合生物能源研究所的实验室中。 图片来源：Marilyn Sargent/伯克利实验室
在这些变化之后，曾经白色的真菌变红了。 只需最少的准备工作——去除多余的水分并研磨——收获的真菌就可以被塑造成肉饼，然后油炸成一个看起来很诱人的汉堡。
Hill-Maini的下一个目标是通过调整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来探索纹理的空间很大。 因此，我们也许能够将批次纤维的结构编程为更长，从而提供更像肉的体验。 然后我们可以考虑提高口感和进一步营养的脂质成分，「Hill-Maini说，他是加州大学伯克利分校米勒科学基础研究所的研究员。 「我真的很兴奋，我们如何才能进一步研究这种真菌，并修补它的结构和食物代谢。
虽然这项工作只是利用真菌基因组创造新食物的旅程的开始，但它展示了这些生物体作为易于生长的蛋白质来源的巨大潜力，避免了当前肉类替代品的复杂成分清单以及阻碍培养肉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是整个合成生物学领域的巨大飞跃。
目前，各种各样的生物制品是由工程细菌和酵母制成的，它们是蘑菇和霉菌的单细胞表亲。 然而，尽管人类在驯化真菌以直接食用或制作味噌等主食方面有着悠久的历史，但多细胞真菌尚未被利用为工程细胞工厂，因为它们的基因组要复杂得多，并且具有使基因编辑成为挑战的适应性。 本文开发的CRISPR-Cas9工具包为轻松编辑曲霉及其许多亲戚奠定了基础。
油炸后的小曲霉馅饼。 图片来源：Vayu Hill-Maini
「几个世纪以来，这些生物一直被用来生产食物，它们在将碳转化为各种复杂分子方面非常有效，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分子，」伯克利实验室高级科学家、加州大学伯克利分校教授杰伊·基斯林说。 「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，我们可以利用这些宿主来制造食物、有价值的化学品、能量密集的生物燃料和药物。 这是一条激动人心的生物制造新途径。
连接实验室和厨房
鉴于他的烹饪背景，Hill-Maini热衷于确保下一代基于真菌的产品不仅可口，而且真正受到客户的需求，包括那些口味复杂的客户。 在另一项研究中，他和Keasling与哥本哈根米其林二星餐厅Alchemist的厨师合作，发挥了另一种多细胞真菌 Neurospora intermedia 的烹饪潜力。 这种真菌在印度尼西亚传统上用于生产一种称为 oncom 的主食，方法是发酵制作其他食物（如豆腐）时留下的废物。 科学家和厨师对它能够将剩菜转化为富含蛋白质的食物的能力很感兴趣，他们在炼金术士测试厨房中研究了这种真菌。
他们发现 中间奈瑟菌 在生长过程中产生和排泄许多酶。 当生长在淀粉质大米上时，真菌会产生一种酶，使大米液化并使其变得非常甜。 「我们开发了一种仅用三种成分（大米、水和真菌）的工艺，可以制作出一种美丽、醒目的橙色粥，」Hill-Maini 说。 「这成为品尝菜单上的一道新菜，在甜点中利用真菌化学和颜色。 我认为它真正表明的是，有机会在实验室和厨房之间架起桥梁。
