寻找新型植物基肉类替代品的努力出现了意想不到的转折：研究人员通过工程化生菜和烟草植物，使其叶绿体能够生产猪肌肉蛋白。来自伦敦帝国理工学院（Imperial College London）、贝索斯可持续蛋白中心（Bezos Centre for Sustainable Protein）和生物技术初创公司Kyomei（均位于英国伦敦）的科学家，将猪肌红蛋白（myoglobin）基因插入植物细胞，使作物能够生产有朝一日可用于制造植物基肉制品的肌肉蛋白。这些植物正常生长、开花，甚至将新获得的肉类基因传递给下一代，突显了它们作为更可持续、可扩展的蛋白质来源的潜力，有助于减少我们对畜牧业的依赖。

为何选择肌红蛋白与叶绿体

畜牧业是资源密集型产业，需要大量土地和水，并导致温室气体排放、森林砍伐和生物多样性丧失。转向替代蛋白来源，如工程化肉类蛋白，可能提供解决方案，在提供与传统肉类相似的营养和风味的同时，减少环境和伦理问题。肌红蛋白存在于脊椎动物的心肌和骨骼肌中，赋予肉类特有的红色和金属味。此前研究已在细菌和酵母中表达肌红蛋白，但这些生物无法自己生产食物，需要昂贵且能耗高的生物反应器和原料，限制了其蛋白质生产角色。为绕过这些障碍，新研究将目光投向植物，特别是叶绿体，因为其细菌祖先和高拷贝数使其成为大量生产蛋白质的理想场所。

实验方法与表达结果

团队首先克隆了猪肌红蛋白基因，然后使用基因枪和黄金微粒递送系统将其导入模型植物烟草（Nicotiana tabacum）和栽培作物生菜（Lactuca sativa）的叶绿体中。作为对比，研究人员还在这些植物的细胞核中表达了猪肌红蛋白，并在绿藻（Chlamydomonas reinhardtii）的叶绿体中表达了牛肌红蛋白。通过Southern印迹分析和基因组测序确认了烟草和生菜的转化，并确保所有线粒体DNA拷贝一致。成功工程化的植物形态正常，能够开花并产生功能性种子。随后，通过SDS-PAGE和免疫印迹估计肌红蛋白积累，显示叶绿体工程化烟草（2.7%）和生菜（1.5%）的总可溶性蛋白远高于绿藻（<0.25%）。烟草叶绿体中的表达也优于烟草细胞核表达。

纯化与产量分析

接着，研究人员使用阴离子交换色谱和尺寸排阻色谱从烟草植物中纯化猪肌红蛋白，发现其在大小、折叠和血红素结合方面与其他哺乳动物肌红蛋白相似。最后，液相色谱-质谱分析表明，叶绿体工程化的烟草每公斤干重产生约800毫克，生菜约810毫克。尽管动物肉含量约为其十倍，但植物种植效率更高，团队认为每公顷产量仍可能媲美甚至超过畜牧业，同时有益于地球。研究作者Alexia Groff提出：“肌红蛋白可以从叶片中提取，并使用工业蛋白质纯化方法纯化。由于它与动物肌红蛋白相同，可以作为成分添加到植物基肉制品中，改善其颜色、风味和营养价值。”贝索斯可持续蛋白中心主任Rodrigo Ledesma-Amaro表示，这一最新进展标志着“对早期植物和藻类研究的重要推进”。但他警告说，“进一步研究必须确认食品功能性和安全性、田间表现、加工要求以及规模化下的明确经济和环境效益。”

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）