奇怪？也许吧。但细菌是高效的化学工厂，可以生产各种各样的产品。
许多童年的早晨都是从一大碗酥脆的麦片和牛奶开始的。从家门口的玻璃瓶到杂货店里加仑装的罐装牛奶，牛奶因其浓郁的口感和丰富的营养价值而成为世界各地的主食。
酪蛋白是牛奶吸引力的重要因素。它还被用作运动补剂，广泛用于药品，并且是奶酪的关键成分。 2025年，全球酪蛋白市场价值为30亿美元，预计到2035年将增长近一倍。
然而，随着需求的增长，奶牛养殖业也加剧了温室气体排放，不可持续的养殖方式可能会破坏草原、湿地和森林。大规模挤奶作业也引发了人们对动物福祉的伦理担忧。
荷兰和丹麦科学家的一项新研究提出了一种替代方案。研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其能够合成功能齐全的酪蛋白。与天然酪蛋白一样，这些酪蛋白能够动态卷曲成能够抓住钙的形状——这表明人工牛奶蛋白可以提高体内的钙含量。
研究团队写道：“传统奶牛养殖面临着减少环境足迹的压力，尤其是在甲烷排放、用水量和土地消耗方面。” 而生产酪蛋白的工程菌“提供了一种很有前景的替代方案”。
微生物工厂
食用微生物生产的牛奶蛋白听起来可能有些不可思议，但细菌是高效的“化工厂”，能够生产各种各样的产品。从胰岛素到人类生长激素，再到免疫调节分子，细菌一直是生物技术的基石。CRISPR 等基因编辑工具进一步拓展了它们制造药物的能力。科学家可以插入基因，生产出抗癌药物和阿司匹林等化学物质。他们还重新设计了其他微生物，使其能够生产食物酶和抗疟疾药物。
乳蛋白也已成功改造，其中主要两种是乳清蛋白和酪蛋白。这些蛋白可能听起来很熟悉，因为它们经常作为蛋白质补充剂出售。作者写道，得益于基因工程微生物，现在可以通过“精准发酵”生产乳清蛋白，这些蛋白现在以高价销售。
但酪蛋白在细菌或酵母中更难合成。这些蛋白质会自组装成胶束——悬浮在牛奶中的大型蛋白质簇。每个胶束的表面都点缀着磷酸基团，就像微型抓手一样，可以抓住钙离子。
这些化学热点对于钙在体内的输送至关重要。喝一杯酪蛋白奶昔，它会将钙释放到肠道，在那里矿物质可以被吸收。负担得起的酪蛋白可以帮助乳糖不耐症患者获得其对骨骼健康的益处，并成为那些难以从饮食中获取足够蛋白质的人的蛋白质来源。
分子密码
酪蛋白需要进行一些修饰才能携带钙离子。想象一下，这种蛋白质就像一串扭动的狂欢节珠子。为了使这种蛋白质发挥作用，一些珠子必须携带磷酸盐“标签”。
添加标签需要一种与大肠杆菌不同的宿主蛋白。酵母细胞与人类细胞更相似，理论上应该更擅长这项任务。但这种相似性是一把双刃剑：它们也可能添加酪蛋白中没有的其他化学标签，从而可能破坏蛋白质。一些酵母酶也会破坏工程蛋白——这对像酪蛋白这样易变形的蛋白质来说尤其不利。
这项新研究小心翼翼地避开了这些“地雷”。首先，研究团队添加了来自不同微生物的三种酶的基因，以创建更擅长捕获酪蛋白的磷酸盐标签。虽然尝试了各种方法，但最终，新系统奏效了。他们还修改了酪蛋白本身，以模拟其天然对应物携带钙的能力。
当然，工程酪蛋白必须像往常一样被消化。他们在一系列模拟消化液中进行了测试，从唾液到胃肠道消化液。工程蛋白被完全消化，表明它们相对安全。
无乳制品的世界？
需要明确的是，这项研究并未测试细菌产生的酪蛋白是否与人体相符。但其制造过程与大肠杆菌中胰岛素和其他蛋白质的产生过程类似。该团队写道，改造生产酪蛋白的微生物“提供了一种有希望的替代方案，既能减少对牲畜的依赖，又能保持乳制品应用所需的功能特性”。
这些结果仍处于概念验证阶段。为了实现商业可行性，该方法必须扩大规模。但该团队写道，研究已经表明，转基因大肠杆菌能够以商业化可行的数量生产定制蛋白质。其他微生物可以进一步提高产量。作为奶酪制作的主要成分，细菌制造的酪蛋白或许有朝一日会成为一种不含乳制品的奶酪替代品，带来诱人的口感和风味。
目前，该方法为其他试图利用酪蛋白生产微生物来生产食品以及可持续粘合剂、油漆和防火涂料的研究开辟了道路。
这篇文章“设计细菌有一天可以制作不含牛奶的奶酪”最先出现在SingularityHub上。
原文： https://singularityhub.com/2025/07/17/designer-bacteria-could-one-day-make-cheese-without-milk/