組學技術簡介與其在食品工業(yè)中的創(chuàng)新應用

1.組學技術簡介

組學技術屬于系統(tǒng)生物學的概念，主要包括基因組學、轉錄組學、蛋白組學、代謝組學與離子組學等。我們可以結合中心法則這么進行理解（如下圖所示）：
基因組學的研究對象是DNA，通過解讀遺傳信息預測生物體可能發(fā)生什么；轉錄組學的研究對象是RNA，其中mRNA作為遺傳信息的“信使”，預測生物體將要發(fā)生什么；蛋白質是生命活動的執(zhí)行者，故蛋白質組學研究的是生命活動如何進行；而代謝組學研究的則是已經發(fā)生了什么，通過對生物體內所有小分子代謝物進行定性定量分析（一般分子量1500以內），尋找代謝物與機體生理變化的關聯(lián)性。類似地，離子組學研究機體內的元素組成、分布以及與生命活動的關聯(lián)性，反映機體在某個特定狀態(tài)下的生理特征。
隨著科學研究的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)單從某一層面（基因組、轉錄組、蛋白質組等）進行研究得到的信息有一定的局限性，因此可結合多組學進行關聯(lián)，從整體的角度研究生物體生理功能和代謝活動的來龍去脈，為生命活動機理研究提供更有利的數據支持。
組學技術在食品工業(yè)中的創(chuàng)新應用
 

隨著人口老齡化的加劇，環(huán)境污染問題惡化與居民對健康意識的提升，健康中國已上升為國家戰(zhàn)略。而健康食品作為大健康產業(yè)的重要組成部分，在推動全民健康和控制慢性病方面具有重要作用。那么，如何結合組學技術進行食品工業(yè)創(chuàng)新呢？以下進行示例討論：

 

1. 組學技術助力益生菌產業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展

 

近年來，人體微生物、腸道菌群與功能性益生菌已成為研究熱點。眾所周知人體70%以上的免疫作用在腸道內進行，故腸道菌群的功效與人體免疫息息相關，而益生菌是目前發(fā)現(xiàn)調節(jié)腸道菌群、促進腸道功能修復、緩解慢性疾病的有效途徑之一。因此，結合組學技術進行益生菌的功效機理研究對于健康食品的發(fā)展具有重要意義。

 

結合組學技術進行益生菌功效的研究策略如下圖所示：

腸道菌群研究策略示意圖
 

先通過宏基因組、16s測序與代謝組進行篩選組合生物標志物，然后進行代謝通路分析與功能驗證，進而從整體角度深入對特定益生菌進行功效評價與機理研究。

 

2. 組學技術在乳制品行業(yè)中的創(chuàng)新應用

 

功能性乳制品是營養(yǎng)與健康食品產業(yè)的重要研究方向，實行精準營養(yǎng)，精準干預，開發(fā)多元化功能性乳制品：如針對老年人、女性、免疫力低下、高血脂人群等特定人群開發(fā)對應的乳制品。

 

一方面，乳品是益生菌的絕jia載體，結合組學技術對益生菌的代謝機理研究，挖掘特定人群所需的特定菌群資源，進而開發(fā)特定人群的功能性乳制品。

 

另一方面，利用組學技術研究臨床數據，實現(xiàn)與驗證精準營養(yǎng)、精準干預的效果。

 

案例分析：尋找生物標志物

通過檢測奶牛的四種生物體液的代謝產物去研究飼料質量對牛奶品質的影響，進而闡明牛奶生產的代謝機制。結果發(fā)現(xiàn)顯著性的差異代謝物涉及甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸代謝、酪氨酸代謝和苯丙氨酸代謝。進一步整合關鍵的代謝途徑以尋找可以作為更高的牛奶產量和更好的牛奶質量的生物標志物。