培養(yǎng)肉（細(xì)胞培養(yǎng)肉）被視為緩解傳統(tǒng)畜牧業(yè)環(huán)境壓力與動(dòng)物倫理問(wèn)題的變革性技術(shù)。然而，目前多數(shù)培養(yǎng)肉產(chǎn)品在質(zhì)地、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味等方面仍難以媲美傳統(tǒng)肉類，根本原因在于肌肉干細(xì)胞在體外向成熟肌纖維的分化效率低下。如何調(diào)控細(xì)胞的代謝模式、構(gòu)建仿生的三維微環(huán)境，成為提升培養(yǎng)肉品質(zhì)的核心挑戰(zhàn)。

近日，江南大學(xué)食品科學(xué)與未來(lái)食品中心、工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室關(guān)欣團(tuán)隊(duì)在Trends in Biotechnology雜志發(fā)表題為“通過(guò)姜黃素驅(qū)動(dòng)的代謝重編程和高蛋白支架工程化高品質(zhì)培養(yǎng)牛肉”（Engineering high-quality cultured beef through curcumin-driven metabolic reprogramming in a high-protein scaffold）的研究論文。該研究首次揭示了肌原分化第一天是線粒體重塑與代謝轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵窗口期，并利用天然化合物姜黃素精準(zhǔn)觸發(fā)這一過(guò)程；同時(shí)開(kāi)發(fā)出可食用的酵母蛋白-明膠三維支架，兩者協(xié)同作用，成功生產(chǎn)出在營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)地和風(fēng)味上均接近傳統(tǒng)牛肉的培養(yǎng)牛肉產(chǎn)品。

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)比了成功分化與分化失敗的成肌細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)成功分化伴隨顯著的代謝重編程：細(xì)胞從依賴糖酵解快速產(chǎn)能轉(zhuǎn)向依賴氧化磷酸化（OXPHOS）高效供能。線粒體作為能量代謝中心，在分化第一天出現(xiàn)短暫的活性氧升高和膜電位下降，隨后數(shù)量與功能大幅提升，證明線粒體的“先清除、后新生”重塑是代謝轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。基于此機(jī)制，團(tuán)隊(duì)篩選出姜黃素——一種天然食品級(jí)多酚化合物。實(shí)驗(yàn)表明，分化第一天用姜黃素處理僅6小時(shí)，即可通過(guò)PINK1/Parkin通路顯著增強(qiáng)線粒體自噬，隨后促進(jìn)線粒體新生，上調(diào)PGC-1α、MFN2等蛋白表達(dá)，最終使牛骨骼肌干細(xì)胞和C2C12成肌細(xì)胞的肌管形成效率提高約2-3倍。使用線粒體自噬抑制劑則完全抵消了姜黃素的促分化效果，且抑制效果僅在第一天施加時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)第一天是決定分化成敗的“命運(yùn)窗口”。

為實(shí)現(xiàn)宏觀組織構(gòu)建，團(tuán)隊(duì)以低成本的酵母蛋白和明膠為原料，利用微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶交聯(lián)，制備了一系列可食用三維支架。通過(guò)優(yōu)化蛋白比例，發(fā)現(xiàn)酵母蛋白:明膠=1:2的支架具有適宜的孔徑（微米級(jí)層狀溝槽）、約30 kPa的楊氏模量（與天然肌肉匹配）以及優(yōu)異的保水性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。牛肌肉干細(xì)胞在該支架上能高效增殖并融合為粗長(zhǎng)、有序排列的肌管，而純明膠支架則產(chǎn)生稀疏、隨機(jī)走向的肌纖維。進(jìn)一步將姜黃素誘導(dǎo)與1:2支架結(jié)合，得到的培養(yǎng)牛肉經(jīng)烹飪后，其硬度、彈性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)參數(shù)與傳統(tǒng)牛肉無(wú)顯著差異；總蛋白含量、總氨基酸組成及必需氨基酸比例均接近傳統(tǒng)牛肉，僅蛋氨酸+半胱氨酸評(píng)分略低。風(fēng)味分析顯示，培養(yǎng)牛肉的揮發(fā)性香氣指紋圖譜與常規(guī)牛肉高度重疊，感官盲測(cè)中在汁水感方面甚至更優(yōu)，整體接受度不相上下。

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