《Applied Microbiology and Biotechnology》：Mycotoxin-free Aspergillus oryzae strain lineage for alternative and novel protein production at industrial scale
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为解决传统农业蛋白供应不足、替代蛋白生产面临挑战以及米曲霉（Aspergillus oryzae）产毒影响食品安全等问题，研究人员开展了米曲霉菌株系去除产毒能力及用于生产重组蛋白的研究。结果获得无霉菌毒素且无青霉素产生能力的米曲霉菌株系，其生产的蛋白已获相关认证，有助于推动新型食品蛋白产业发展。
在全球追求可持续发展的当下，食品领域正面临着重大挑战。传统的动物源蛋白生产方式，像肉类和乳制品行业，对环境造成了巨大压力。据统计，美国 40% 的土地都用于饲养牲畜，这种模式不仅占用大量土地资源，其可持续性也备受质疑。与此同时，植物基的肉类和乳制品替代品虽然发展相对成熟，但在营养质量、感官特性和食品功能性等方面存在不足。而发酵技术，如精准发酵（PF），虽前景广阔，却在监管审批等环节遭遇阻碍。
在精准发酵生产新型食品蛋白的过程中，米曲霉作为常用的生产宿主，却存在潜在风险。野生型米曲霉可能产生霉菌毒素，如黄曲霉毒素（AFL）、环匹阿尼酸（CPA）和 3 - 硝基丙酸（3-NPA） ，这些毒素对人体健康危害极大。其中，3-NPA 是一种强效神经毒素，能不可逆地抑制琥珀酸脱氢酶，误食被其污染的食物，如霉变甘蔗、椰子水等，可能导致人类出现脑病、昏迷甚至死亡，在动物中也会引发中毒现象。此外，米曲霉与致病的黄曲霉在分类学上关系密切，这使得监管部门对其安全性存在担忧，进而影响了相关产品的审批和商业化进程。
为了解决这些问题，来自丹麦 21st.BIO 的 Jan Lehmbeck、Birgitte Andersen、Javier Sáez-Sáez，以及丹麦技术大学的 Jens Christian Frisvad、José Arnau 等研究人员，对米曲霉菌株系进行了深入研究。他们的研究成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology 》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过基因组分析技术，确定了米曲霉中与霉菌毒素合成相关基因的位置和功能。例如，发现 3-NPA 生物合成相关基因 npaA 和 npaB，以及 CPA 和 AFL 基因簇的位置。其次，利用诱变技术，筛选出特定基因缺失的菌株，如通过诱变获得了含有大片段染色体缺失的菌株 BECh1，该菌株缺失了 AFL 和 CPA 基因簇。此外，对特定基因进行删除操作，如删除 penG 基因簇，使菌株失去产生青霉素的能力。
研究结果如下：
3-NPA 相关基因研究 ：研究发现 npaA 和 npaB 基因分别编码胺氧化酶和脱羧酶，且功能完整的 npaA 基因足以使米曲霉具备产生 3-NPA 的潜力。在对米曲霉菌株 JaL815 进行基因组分析时，发现其在染色体 6 上存在一个 390kb 的大片段缺失，该缺失区域包含 npaA 和 npaB 基因，使得 JaL815 及其衍生菌株无法产生 3-NPA。CPA 和 AFL 基因簇研究 ：通过诱变筛选，研究人员得到菌株 BECh1，该菌株表现出白色表型，经证实其缺乏 CPA 形成能力。进一步基因组分析表明，CPA 和 AFL 基因簇在米曲霉中相邻，BECh1 及其衍生菌株发生的大片段缺失导致这两个基因簇同时丢失，从而使这些菌株无法产生 CPA 和 AFL。penG 基因簇研究 ：米曲霉基因组中的 penG 基因簇负责青霉素 G 的生物合成，研究人员删除了该基因簇的部分区域，包括部分 aatA、acvA 和完整的 ipnA 编码区域，使得所得菌株及其衍生菌株均无法产生青霉素。
研究结论和讨论部分指出，该米曲霉菌株系经过一系列基因改造，去除了产生已知霉菌毒素和青霉素的能力，成为首个无霉菌毒素的工业米曲霉菌株系。这一成果意义重大，一方面，使用该菌株系生产的食品酶和新型蛋白安全性得到极大提升，例如使用该菌株系生产的牛 β- 乳球蛋白（BLG）已获得美国 GRAS（Generally Recognized as Safe）认证，可在美国商业化用于食品生产。另一方面，从监管角度来看，这种无毒素产生能力的菌株应降低监管要求，有望推动更多精准发酵生产的食品蛋白进入市场。然而，目前欧洲的 QPS（Qualified Presumption of Safety）概念仅适用于细菌和少数酵母物种，丝状真菌未被纳入。研究人员认为应更新 QPS 概念，使其针对菌株而非物种，将该米曲霉菌株系认定为 QPS 或类似 QPS 地位 ，以加速相关产品的审批和商业化进程，为可持续的食品蛋白生产提供有力支持，满足全球日益增长的蛋白质需求。
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