2025-05-26
Highlights
1、本文匯總了食品安全與質量控制熱(re)點研究方向及組學(xue)研究思路。
2、在食品安全與質量控制領域，多組(zu)學技(ji)術(shu)通過整(zheng)合(he)微生物組學(xue)、基(ji)因組學(xue)、轉錄組學(xue)、蛋白(bai)質組學(xue)和(he)代謝組學(xue)等(deng)多(duo)層次數據(ju)，提供(gong)了更全面(mian)、精(jing)準(zhun)的分析(xi)手段。
3、派森諾提供多組學檢測服務，包括微生物(wu)組(zu)、基(ji)因(yin)組(zu)、轉錄組(zu)、蛋(dan)白組(zu)、代謝組(zu)及表觀調(diao)控等，結合多組學聯合分析技術，助力(li)食品安全與質量(liang)控制科學高(gao)效突破，案例成果多多。
食品(pin)安(an)全與質(zhi)量(liang)控制是食品(pin)工業的(de)基石。隨著全球化貿易的(de)加(jia)速和(he)消費者對(dui)透明化生(sheng)產的(de)需求升(sheng)級，傳統(tong)檢測手段（如微(wei)生(sheng)物培養、化學(xue)試劑法(fa)）已難以應對(dui)復雜污染源、隱蔽性危(wei)害及個性化質(zhi)量(liang)追溯的(de)挑戰。多組(zu)(zu)學(xue)技術（微(wei)生(sheng)物組(zu)(zu)學(xue)、基因組(zu)(zu)學(xue)、轉錄組(zu)(zu)組(zu)(zu)學(xue)、代謝(xie)組(zu)(zu)學(xue)、蛋白組(zu)(zu)學(xue)等）通過(guo)整合多維分子數據，為食品(pin)安(an)全風(feng)險識別(bie)、質(zhi)量(liang)評價和(he)全程(cheng)溯源提供了革(ge)命性工具。本文將解析(xi)多組(zu)(zu)學(xue)在食品(pin)安(an)全領域的(de)核(he)心應用場景及熱點研究(jiu)方向(xiang)。
多(duo)組學(xue)如何重構食(shi)品安全(quan)防線？
多組學技術以“分子(zi)指紋”為(wei)核心，突破傳統檢(jian)測的局限性：
精準識別(bie)：從基因到(dao)代謝(xie)物層面解析污染(ran)物來源(yuan)（如(ru)致病菌(jun)分型、農(nong)藥殘留代謝(xie)路徑(jing)）；
動態預警：實時監控食品加(jia)工鏈中的潛在風(feng)險（如(ru)微生物異常增殖、有毒代謝物積累）；
智能評價：建(jian)立基于分(fen)(fen)子標志物的品質分(fen)(fen)級標準（如(ru)新鮮度、營養功能成分(fen)(fen)）。
以下是當前(qian)該領域的熱點方向及典型研究思路：
方向1：致病微生物的精準溯源與快檢(jian)技術
科學(xue)問題：如(ru)何快速區分食品中致病菌（如(ru)沙門氏菌、李斯(si)特菌）的亞型及(ji)其(qi)毒力基因？
實驗設計：
采(cai)集污染(ran)樣本，宏基因(yin)組(zu)(zu)測(ce)序(xu)獲取微生物群(qun)落組(zu)(zu)成；
靶向(xiang)擴增(zeng)致病菌毒力基因（如invA、hlyA）并進行(xing)三代測序；
代謝組(zu)學分析菌株特異(yi)性代謝物（如群體(ti)感(gan)應信號分子(zi)）。
分(fen)析方案：
構建“菌株-毒力基因-代謝物(wu)”數據庫，開(kai)發(fa)CRISPR-Cas12a快速檢測探(tan)針。
方向2：化學污(wu)染(ran)物的(de)跨組學篩查與毒性評估
科學問題(ti)：如何系統(tong)性評估食(shi)品中新型污染物（如微塑料、全氟化合物）的毒性機制？
實驗設計：
暴露(lu)實驗：構(gou)建污染(ran)物梯度濃度處理的細(xi)胞/動物模型；
代謝組(zu)學檢測氧化應激標志(zhi)物（如MDA、GSH）；
蛋白組學(xue)分析炎癥通(tong)路關(guan)鍵蛋白（如NF-KB、COX-2）。
分析方案(an)：
通(tong)過KEGG通(tong)路富(fu)集和分子對接模(mo)擬，鎖定污染物與生物大分子的相互作用靶點。
方向3：食(shi)品摻(chan)假與(yu)產(chan)地(di)溯(su)源(yuan)的(de)分子標簽挖掘
科(ke)學問題：如何鑒別高價值食(shi)品（如蜂蜜、橄(gan)欖(lan)油）的(de)摻假成分(fen)及原產地？
實驗設(she)計(ji)：
收(shou)集不(bu)同產地/品種的原料樣本；
非靶向代(dai)(dai)謝組學篩選特征代(dai)(dai)謝物（如酚類、萜烯(xi)類化合物）；
基因組學分析物種(zhong)特異性SNP位點。
分析方案：
機(ji)器學習（如隨機(ji)森(sen)林、SVM）構建產(chan)地鑒(jian)別(bie)模型(xing)，篩選標志性分子組合。
方向4：過敏原與致(zhi)敏性成分的全鏈條(tiao)控制(zhi)
科學問(wen)題：如(ru)何(he)精準評估加工過程中過敏原（如(ru)麩質、花生蛋白）的結構變(bian)化(hua)與致敏性？
實驗(yan)設計：
模擬不同(tong)加工條件（如熱處理(li)、酶解）處理(li)過(guo)敏原蛋白(bai)；
蛋白(bai)組學解析(xi)表位結(jie)構修(xiu)飾；
免疫組(zu)學(xue)檢測(ce)IgE結(jie)合活性變化。
分析方案：
構建“加工參數-表位修飾(shi)-致敏性(xing)”定量關(guan)系(xi)模型，指導低(di)敏食品工藝優化。
技(ji)術路線
案例(li)分享
蠟樣芽(ya)孢桿菌(jun)GW-01代(dai)謝(xie)β-氯氰菊酯(zhi)的機制
Mechanism of β-cypermethrin metabolism by Bacillus cereus GW-01
發表(biao)期刊：Chemical Engineering Journal
影響因子：13.273
通訊單(dan)位：四川師范大學
組學技術：細菌完(wan)成圖+轉錄組+蛋(dan)白組
研究背景
農(nong)(nong)(nong)(nong)藥在(zai)保(bao)(bao)(bao)障糧食(shi)安(an)(an)全(quan)方(fang)面發揮(hui)著重要作(zuo)用(yong)，但(dan)對食(shi)品安(an)(an)全(quan)、生(sheng)態保(bao)(bao)(bao)護和(he)(he)人(ren)類(lei)健康構成潛在(zai)威(wei)脅。通(tong)過微生(sheng)物活(huo)性(xing)降解(jie)農(nong)(nong)(nong)(nong)藥，作(zuo)為一種安(an)(an)全(quan)、環(huan)境(jing)友好、實用(yong)的(de)消除(chu)農(nong)(nong)(nong)(nong)藥殘留的(de)方(fang)法，越來越受到(dao)人(ren)們的(de)關注。雖然已經從環(huan)境(jing)中分離出許(xu)多擬(ni)(ni)除(chu)蟲菊酯(zhi)(zhi)（一種農(nong)(nong)(nong)(nong)藥）降解(jie)微生(sheng)物，并提出了(le)幾種降解(jie)途徑，但(dan)總體而言，編碼擬(ni)(ni)除(chu)蟲菊酯(zhi)(zhi)及其代(dai)謝產物降解(jie)酶的(de)基因(yin)仍有(you)待(dai)研究(jiu)。擬(ni)(ni)除(chu)蟲菊酯(zhi)(zhi)通(tong)常被認為是比毒(du)性(xing)更(geng)強的(de)有(you)機氯(lv)和(he)(he)有(you)機磷農(nong)(nong)(nong)(nong)藥更(geng)環(huan)保(bao)(bao)(bao)的(de)替(ti)代(dai)品，其中β-氯(lv)氰菊酯(zhi)(zhi)（β-CY）占全(quan)國擬(ni)(ni)除(chu)蟲菊酯(zhi)(zhi)市場的(de)50%以上(shang)。由于過量噴(pen)灑，β-CY殘留在(zai)水果(guo)和(he)(he)蔬菜(cai)、河流和(he)(he)土壤中均被檢(jian)測(ce)到(dao)，這可能對人(ren)類(lei)和(he)(he)環(huan)境(jing)建庫產生(sheng)長期影響。本研究(jiu)旨在(zai)研究(jiu)從綿羊瘤胃(wei)食(shi)糜中分離的(de)一種細(xi)菌GW-01（蠟樣(yang)芽孢桿菌）降解(jie)β-CY的(de)相關酶基因(yin)以及代(dai)謝途徑。
研究方法
1.實驗思路(lu)：
2.實驗材料：
從甘肅武(wu)威市的5歲健康雌性小尾寒(han)羊的瘤胃(wei)糜樣品中，通過共代謝分離得(de)到β-CY降解菌(jun)株——蠟樣芽(ya)孢(bao)桿菌(jun)GW-01菌(jun)株。
3.測序平(ping)臺：
Illumina Miseq+Pacbio 、 Illumina HiSeq X Ten。
4.分析內容：
菌株形態(tai)和生理生化鑒定、細菌完成圖測(ce)(ce)序、轉錄(lu)組(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)序、蛋白組(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)序、代謝組(zu)(zu)(zu)產物檢測(ce)(ce)、基(ji)因克隆(long)、載體構建及(ji)酶形態(tai)學分析等等。
圖1：菌株(zhu)GW-01革蘭氏染色反應
圖2 基于16S rRNA構建(jian)的蠟樣芽孢(bao)桿菌GW-01與其(qi)相關菌株的系統發育樹(shu)和GW-01全基因組(zu)圈圖
圖3：菌株GW-01對β - CY的降解及(ji)LB培養基中β - CY暴(bao)露后的氧(yang)化應激(ji)反(fan)應
圖4：β-CY在GW-01培養物(wu)中生物(wu)降(jiang)解的代謝物(wu)
圖(tu)5-1：轉錄(lu)組分析(xi)
圖5-2 蛋白(bai)組分析
圖6：基(ji)于多組(zu)學的(de)降解基(ji)因聯合(he)分析
研(yan)究結論
1. 菌(jun)(jun)株GW-01從健康母羊瘤胃中分離(li)得(de)到(dao)，其個體形態和(he)菌(jun)(jun)落形態、生(sheng)理和(he)生(sheng)理功能均具有顯(xian)著性差異；
2. 基于16S rRNA基因序(xu)列進行系統發育分析，全基因組比較表明該菌(jun)(jun)株為蠟(la)樣芽(ya)孢(bao)桿菌(jun)(jun)；
3.不同時間(jian)段(duan)SOD、CAT、GST活性(xing)及T-AOC的(de)(de)變化，表(biao)明β-CY誘導小鼠產(chan)生氧(yang)化應(ying)激反應(ying)。β-CY的(de)(de)降解似乎是(shi)由于最初(chu)的(de)(de)酯酶反應(ying)，產(chan)生3-PBA，被代謝(xie)為(wei)苯酚和苯甲酸，而(er)在菌株(zhu)GW-01進(jin)一步降解為(wei)檸檬酸循環中間(jian)體(ti)。進(jin)一步的(de)(de)這(zhe)4個(ge)基因(yin)的(de)(de)表(biao)達和活性(xing)分析，表(biao)明這(zhe)些基因(yin)預測編碼的(de)(de)酶負責β-CY及其代謝(xie)產(chan)物的(de)(de)降解。
