“營養(yǎng)基因組學”在食品科學專業(yè)的課程設(shè)置與教學

趙 珂

（陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院陜西西安710119）

1 課程設(shè)置的目的與意義

雖然人類在基因水平上都是相似的，但每個人都存在自己獨特的遺傳背景。人體的生物學過程十分復雜，除遺傳因素外，還易受到環(huán)境等多種因素的影響[1]，從而使得人群在生理、生化和表型等多方面都存在多樣性。早在20世紀初期，科學家們就注意到營養(yǎng)素對個體的影響存在差異，并且不同個體營養(yǎng)素代謝的生物化學現(xiàn)象也不同[2]。然而，到目前為止，推薦膳食供給量和生物活性因子的功能都是建立在對整個人群的流行病學分析基礎(chǔ)之上，并不是對群體中的每個個體都最優(yōu)或者有效。因此，深入研究營養(yǎng)素如何影響基因組、基因組如何影響人體代謝，以及其最終如何對人類健康產(chǎn)生影響，并在此基礎(chǔ)上通過“個體化”膳食干預達到促進健康和預防疾病的目的已經(jīng)成為現(xiàn)代營養(yǎng)學和食品科學研究的重要內(nèi)容。

“營養(yǎng)基因組學”是一個基于多學科交叉的綜合學科，包括遺傳學、營養(yǎng)學、分子生物學、生理學、流行病學等其他相關(guān)學科[3]。隨著營養(yǎng)學和下一代測序技術(shù)的蓬勃發(fā)展，營養(yǎng)基因組學也迎來了前所未有的發(fā)展機遇，并且在人類大健康產(chǎn)業(yè)中起著越來越重要的作用。在此背景下，食品科學專業(yè)的本科生對“營養(yǎng)基因組學”的學習，不僅可加強在分子水平對食品營養(yǎng)學的理解，還能充分把握營養(yǎng)學的科研前沿、發(fā)展趨勢和最新研究技術(shù)，從而鞏固和拓展食品科學的知識框架，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2 “營養(yǎng)基因組學”課程內(nèi)容設(shè)置

介紹營養(yǎng)基因組學的形成、發(fā)展及其趨勢[4]。首先闡明“營養(yǎng)基因組學”的定義，明確食物引起遺傳信息表達發(fā)生變化和基因型差異而引起的代謝過程改變是營養(yǎng)基因組學研究的中心內(nèi)容；其次，結(jié)合基因組學和分子營養(yǎng)學的發(fā)展介紹營養(yǎng)基因組學的形成和發(fā)展過程；進而，詳細介紹營養(yǎng)基因組學在消化吸收、健康與保健、預防和治療慢性疾病中的重要作用，強調(diào)基于營養(yǎng)基因組學的個體化營養(yǎng)干預具有針對性強且副作用小的優(yōu)勢，在重視健康的現(xiàn)代社會具有十分廣闊的發(fā)展前景。此章節(jié)旨在讓學生掌握營養(yǎng)基因組學的概念并了解主要研究內(nèi)容，引起學生對本課程的學習興趣。

此章主要從以下幾個方面詳細介紹“營養(yǎng)基因組學”研究的基本思路和原則[5]：①膳食中營養(yǎng)素可直接或間接對人類基因組產(chǎn)生影響，人類基因組中存在膳食調(diào)節(jié)基因；②特定的個體或在特殊環(huán)境下，正常膳食中的營養(yǎng)素可能會引起代謝異?；蚣膊〉陌l(fā)生發(fā)展；③個體的遺傳背景不同是影響營養(yǎng)素對基因表達和結(jié)構(gòu)的重要因素；④基于營養(yǎng)需求、營養(yǎng)狀態(tài)和基因型基礎(chǔ)進行個體化的營養(yǎng)干預，從而達到促進健康、預防和減輕疾病的目的。

2.2.1 營養(yǎng)素與基因表達

首先介紹固醇調(diào)節(jié)原件結(jié)合蛋白、糖類應答元件結(jié)合蛋白和核受體及其超家族等轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)和調(diào)控通路；其次，以氨基酸、碳水化合物、脂肪酸和維生素四類主要營養(yǎng)素為例，詳細闡述不同營養(yǎng)素對基因表達的調(diào)節(jié)過程和規(guī)律；最后，通過食品中的營養(yǎng)素之間的相互作用，介紹營養(yǎng)素和營養(yǎng)素相互作用對基因表達的影響及其分子機制。

2.2.2 營養(yǎng)素與表觀遺傳

營養(yǎng)素都可對基因表達產(chǎn)生一定的影響，并可能產(chǎn)生持久的表觀遺傳學效應。通過結(jié)合母體營養(yǎng)對后代表觀遺傳的研究進展，重點講述營養(yǎng)素（主要是不同的生物活性成分，如維生素、礦物質(zhì)和多酚等）對表觀遺傳的影響，如DNA甲基化、酶活控制、氧化應激和組蛋白修飾等。

2.2.3 基因多態(tài)性與營養(yǎng)素代謝

此章節(jié)主要介紹基因多態(tài)性的定義及其對營養(yǎng)素代謝的影響，從乳糖基因多態(tài)性導致乳糖不耐受癥、VD受體基因突變影響鈣的吸收等典型案例著手，深入闡釋營養(yǎng)素易感基因的來源及其作用模式，深化營養(yǎng)基因組學的理論和應用。

新技術(shù)的應用是促進營養(yǎng)基因組學發(fā)展的重要因素，此章節(jié)主要介紹組學技術(shù)在營養(yǎng)基因組學中的應用。分別從檢測原理、實驗設(shè)計思路、實驗方法和分析方法對轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組進行簡要介紹；進而以代謝組為重點，結(jié)合多酚類化合物的生物活性作用，詳細介紹單一或多組學技術(shù)在營養(yǎng)基因組學研究中的應用及其優(yōu)勢；最后，講述生物信息學在營養(yǎng)基因組中的重要作用，并對常用的數(shù)據(jù)庫和軟件進行介紹。

以目前威脅人類健康的慢性代謝?、蛐吞悄虿『桶┌Y為例，通過分析傳統(tǒng)營養(yǎng)調(diào)控和藥物治療過程中遇到的問題和副作用，結(jié)合個性化營養(yǎng)素的干預，降低患病風險以及易感基因與營養(yǎng)素間的交互作用，闡釋營養(yǎng)基因組學的應用優(yōu)勢及其發(fā)展前景；其次，從營養(yǎng)基因組學信息的管理、提供營養(yǎng)基因組學服務的方法和營養(yǎng)基因組學產(chǎn)品3個方面，結(jié)合世界上第1個從事營養(yǎng)基因組學服務的英國Sciona公司，講授營養(yǎng)基因組學從實驗室走向社會的關(guān)鍵控制點和注意事項；最后，從生物體代謝的復雜性、個體基因的多樣性、基礎(chǔ)研究的繁復性、大數(shù)據(jù)共享和分析以及倫理問題等角度，講述目前營養(yǎng)基因組學研究和應用中遇到的問題和解決辦法。

3 課堂教學模式與方法

該課程作為食品科學專業(yè)本科生的選修課開設(shè)，18個課時，2個學分，教學以多媒體授課形式進行，課程考核為閉卷筆試。主要教學目的是介紹學科前沿發(fā)展、拓寬學生知識面和啟發(fā)學生創(chuàng)新思維。因此，課堂教學時大量采用學科前沿的研究進展，以圖片和視頻等形式展示給學生，增強學生對知識的感知和印象；教學方法以啟發(fā)式教學和互動教學為主，重視學生對知識的理解和拓展，鼓勵學生在課堂上提出問題和發(fā)表意見，組織課堂討論并及時進行課堂評價，讓學生在寬松活躍的課堂氣氛中自由地學習和思考。

4 結(jié)語

營養(yǎng)基因組學技術(shù)和理念，可闡明食物如何影響個體遺傳信息的表達，以及個體的基因是如何進行營養(yǎng)物質(zhì)、生物活性物質(zhì)的代謝并對這一代謝過程做出何種反應，為拓展食品的新功能提供了基礎(chǔ)和保障。因此，營養(yǎng)基因組學課程的開設(shè)，是新時代食品科學專業(yè)學生了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)、掌握學科前沿的重要途徑，對培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才具有推動作用。