美国内华达州里诺市（RENO, Nev.）——几个世纪以来，自然一直是人类蛋白质的主要来源。但如今，除了田地、农场和海洋之外，实验室正加入这一行列，这项创新可能会重塑食品的未来。
通过结合传统发酵与现代生物技术，科学家们正在使用转基因酵母作为微型工厂，生产类似牛奶中发现的实验室来源蛋白质。越来越多的食品初创公司现在将这些蛋白质用于无乳冰淇淋和植物汉堡等产品中，这些产品通常被宣传为"与乳制品完全相同"或"一对一替代"。
然而，内华达大学里诺分校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。由生物化学博士候选人Matthew Bolino和该校农业、生物技术与自然资源学院营养系副教授Steven Frese共同领导的研究发现，实验室生产的乳清蛋白与牛源乳清存在关键差异。
研究显示，虽然两种版本都含有核心蛋白成分，但合成版本的蛋白质种类更少且糖结构（称为N-聚糖）不同，这可能影响蛋白质与肠道细菌的相互作用。分析发现两种蛋白质主要都是β-乳球蛋白（β-lactoglobulin），但牛源版本还包含α-乳白蛋白、清蛋白和酪蛋白等多种蛋白质。相比之下，酵母来源的乳清中β-乳球蛋白占比近98%，蛋白质多样性极低。在实验室"迷你肠道"测试中，牛乳清支持更丰富的肠道菌群，而酵母来源版本导致微生物多样性降低。
这项研究成果于6月26日发表在《美国微生物学会》旗下期刊《微生物谱》（Microbiology Spectrum）上。研究团队包括来自内华达大学里诺分校，以及土耳其的恰纳卡莱十八大学、哈西德佩大学和卡拉比克大学的科学家。
通过导师制和科研培养应对现实结果的学生
作为研究第一作者的Bolino，在其博士研究基础上开展了比较两种蛋白质对肠道微生物影响的实验，重点探索食品分子细微差异如何影响肠道菌群。
方法论：探索蛋白质-微生物组相互作用
为理解乳清蛋白结构差异可能如何影响人体，研究团队进行了三部分研究：分析蛋白质组成、检测蛋白质附着的糖结构、测试微生物组响应。
团队在该校蛋白质组学中心分析了市售牛乳清蛋白和商业合成乳清的纯化样本。通过将蛋白质分解为小片段并使用质谱鉴定，确认两种样本虽主要为β-乳球蛋白，但牛源乳清包含更多样化的蛋白质。
随后，团队与土耳其的糖化学专家合作，使用高级质谱技术（通过分析分子量和结构识别蛋白质细微化学变化）检测蛋白质的翻译后修饰，发现酵母来源蛋白质的糖基化修饰更少且结构不同，这可能影响人体对蛋白质的代谢过程。
最后为测试蛋白质对肠道微生物的影响，研究团队使用该校开发的粪便发酵模型。该实验室系统通过将蛋白质引入代表不同肠道菌群的培养粪便样本，模拟人体肠道环境。所有样本中，牛乳清支持更丰富有益的菌群生长，而酵母来源版本导致微生物多样性下降。
突破背后的国际团队与支持
内华达大学里诺分校其他研究成员包括该校生物信息学中心的Juli Petereit，以及营养科学项目近期毕业生Chandler Zundel。国际合作者包括恰纳卡莱十八大学分子生物学与遗传学系的Hatice Duman和Sercan Karav；哈西德佩大学化学系的Izzet Avci和Bekir Salih；以及卡拉比克大学生物医学工程系的Hacı Mehmet Kayili。
这项研究获得美国国家食品与农业研究所（NIFA）和国家普通医学科学研究所（NIGMS）资助。其他支持来自该校营养系、农业生物技术与自然资源学院、试验站，以及研究与创新副校长办公室。
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