色彩科技入廚房：用基因編輯改變乳酪（cheese）的面貌

 

藍紋起司。圖片來源：維基百科

聽說藍紋起司（blue cheese）有「起司之王」的稱號，它「香」氣撲鼻，當然，對東亞人來說，可能比較像「臭」吧？

主要產生藍紋起司的菌種是洛克福耳青黴（Penicillium roqueforti）。這種黴菌會產生藍色的色素，讓起司出現藍色的紋路。

最近的一個研究發現：可以透過去改變負責產生色素的任一基因，讓它產生不同顏色的色素。這麼一來，就會有多彩繽紛的起司了。

這是怎麼做的呢？研究團隊利用同屬於曲菌科（Aspergillaceae）的煙麴黴（Aspergillus fumigatus）來找尋洛克福耳青黴的產色素基因。煙麴黴是一種重要的病原菌，能引起人與動物的麴黴病。由於煙麴黴的基因已經被詳細的研究過了，所以研究團隊將煙麴黴的DHN-黑色素生物合成途徑的基因用來搜尋洛克福耳青黴FM164。

結果發現，洛克福耳青黴的DHN-黑色素生物合成途徑也包含六個基因：alb1、ayg1、arp2、arp1、abr1和abr2。其中五個基因在基因組上是相鄰的，形成了一個基因群。而第六個基因（abr2）是個不合群的傢伙，不與其他基因在一起。

研究團隊針對DHN-黑色素生物合成途徑的六個基因進行特定的基因刪除發現，刪除alb1基因產生了白色（白化）菌落，刪除ayg1基因產生了黃綠色菌落，刪除arp2和arp1基因分別導致了紅粉色-棕色菌落，而刪除abr1和最終的laccase基因abr2則導致菌落呈現棕色。

這些改變雖然可以讓起司變得多彩多姿，但是會不會讓黴菌產生毒素呢？為了確認，進行基因刪除實驗後，研究團隊評估了對黴菌毒素量和風味揮發性物質生產的影響。對於黴菌毒素，他們特別關注了兩種關鍵的次生代謝物：麥考酚酸（MPA，Mycophenolic Acid）和羅克福爾汀C（Rocquefortine C），因為這兩種物質對食品安全至關重要。他們發現，在進行基因刪除的菌株中，麥考酚酸的產量與父代菌株之間沒有顯著差異。然而，有趣的是，許多基因刪除菌株，特別是Δayg1菌株，觀察到羅克福爾汀C產量大約增加了三倍。

儘管羅克福爾汀C的產量在某些基因刪除菌株中有所增加，但是在藍紋乳酪成熟過程中，這些黴菌毒素的產量是相對較低或可以忽略不計的，因此這種增加的水平不預期會影響乳酪生產。這意味著，雖然基因刪除對某些次生代謝物的產量有影響，但在實際的食品加工應用中，這些變化未必會對產品安全或品質造成顯著的影響。

所以，這篇論文主要研究藍紋乳酪中使用的黴菌洛克福耳青黴如何產生色素，以及如何透過基因操作來改變黴菌產生的色素類型。研究團隊透過生物資訊學分析、基因刪除和異源基因表達等方法，確認了洛克福耳青黴中存在一條DHN-黑色素生物合成途徑。通過系統地刪除這條途徑中的基因，能夠改變孢子的顏色，從而產生白色、黃綠色到紅粉色-棕色的表型，展示了產生新顏色菌株的潛力。這些改變的菌株在乳酪生產中的應用證明了能夠產生預期的新顏色而不增加黴菌毒素的水平，為未來乳酪製造提供了新的可能性。

參考文獻：

Cleere, M.M., Novodvorska, M., Geib, E. et al. New colours for old in the blue-cheese fungus Penicillium roqueforti. npj Sci Food 8, 3 (2024). https://doi.org/10.1038/s41538-023-00244-9