几个世纪以来，大自然一直是人类蛋白质的主要来源。但如今，除了田野、农场和海洋之外，实验室也加入了这一行列，这一创新可能会重塑食品的未来。
通过结合传统发酵技术和现代生物技术，科学家们正在利用基因改造酵母，使其像微型工厂一样生产与牛奶中蛋白质相似的实验室来源蛋白质。越来越多的食品初创企业将这些蛋白质用于无乳冰淇淋、植物汉堡等产品中，并经常宣传它们“与乳制品蛋白质完全相同”或“一对一替代品”。
然而，内华达大学里诺分校（University of Nevada, Reno）研究人员领导的一项最新研究对它们的相似程度提出了质疑。该研究由生物化学博士生Matthew Bolino和营养学系助理教授Steven Frese共同领导，发现实验室制造的乳清蛋白与牛源乳清蛋白之间存在关键差异。
研究显示，尽管两者共享核心蛋白质成分，但合成乳清蛋白的蛋白质种类较少，其糖结构（称为N-糖苷）也有所不同，这可能影响蛋白质与肠道细菌的相互作用。
Frese表示：“从功能上来说，它们表现得像乳清，味道也像乳清。但在分子层面，它们的修饰方式不同。这些被称为翻译后修饰的结构，似乎会影响我们的肠道微生物反应。”
分析发现，两种蛋白质主要由β-乳球蛋白（cow’s milk whey中的主要蛋白）组成。但牛源乳清还包含更多种类的蛋白质，如α-乳白蛋白、白蛋白和酪蛋白。相比之下，酵母来源的乳清蛋白几乎98%都是β-乳球蛋白，蛋白质多样性非常低。在实验室“迷你肠道”模型中测试时，牛源乳清支持了更多样化的肠道菌群，而酵母来源的乳清则导致微生物多样性较低。
Frese表示：“多样性较低并不一定是坏事。但关键在于，我们现在知道这些蛋白质在与我们生物学相互作用方面并不相同。这是食品和营养行业需要讨论的问题。”
这项研究于6月26日发表在《Microbiology Spectrum》期刊上，该期刊隶属于美国微生物学会（American Society for Microbiology）。研究团队包括来自内华达大学里诺分校以及土耳其的Çanakkale Onsekiz Mart大学、Hacettepe大学和Karabük大学的科学家。
通过指导和研究，为学生准备现实世界的结果
作为研究的主要作者，营养学系博士生Matt Bolino在实验室中进行了实验，比较了实验室培育乳清蛋白和天然乳清蛋白对肠道微生物的影响。Bolino表示：“能够参与如此规模的研究，并与这样一个多学科和国际科学家团队合作，我感到非常感激。这次经历不仅提升了我的科研技能，也让我认识到多元视角的价值。”
方法论：探索蛋白质与微生物组的相互作用
为了了解乳清蛋白的结构差异如何影响人体，研究人员进行了三部分研究：分析蛋白质组成、检查蛋白质附着的糖结构，并测试微生物组的反应。
研究团队在大学的蛋白质组学中心分析了市售牛乳乳清蛋白和商业合成乳清的纯化样本。他们将蛋白质分解成小片段，并使用质谱技术进行鉴定。结果确认，尽管两者主要成分都是β-乳球蛋白，但牛源乳清含有更多样化的蛋白质组合。
接下来，研究团队与土耳其的糖化学专家合作，研究附着在蛋白质上的糖分子。使用先进的质谱技术，他们发现酵母来源的蛋白质具有更少且结构不同的糖苷，这可能影响人体对它们的处理方式。
最后，为了测试这些蛋白质对肠道微生物的影响，研究人员使用了大学开发的粪便发酵模型。这个基于实验室的系统通过将蛋白质引入代表不同肠道微生物组的粪便培养样本中，模拟了人体肠道环境。在所有样本中，牛源乳清支持了更多样化且有益的肠道菌群，而酵母来源的乳清则导致微生物多样性较低。
Frese表示：“这项研究并不是要说明哪一种蛋白质更好，而是要弄清楚它们是否真的可以互换。如果我们打算将新型蛋白质引入食品供应，就需要了解它们进入人体后的行为。”
突破背后的团队与支持
内华达大学里诺分校的其他研究成员包括来自该校内华达生物信息学中心的Juli Petereit，以及营养科学项目近期毕业生Chandler Zundel。国际合作者包括来自Çanakkale Onsekiz Mart大学分子生物学与遗传学系的Hatice Duman和Sercan Karav；Hacettepe大学化学系的Izzet Avci和Bekir Salih；以及Karabük大学生物医学工程系的Hacı Mehmet Kayili。
这项研究得到了美国农业与食品研究会（NIFA）和美国国立普通医学科学研究所（NIGMS）的资助。此外，还得到了内华达大学里诺分校营养学系、农业、生物技术和自然资源学院、实验站以及研究与创新副校长办公室的支持。
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