代謝組學(xué)在乳酸菌研究中的應(yīng)用

楊 慧，步雨珊，易華西

中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266000

代謝組學(xué)(metabolomics)是 “組學(xué)”科學(xué)中的一個(gè)新興領(lǐng)域，也稱(chēng)為代謝物組分析或代謝譜分析[1]，涉及到某一生物或細(xì)胞在特定時(shí)期里的所有低分子量代謝物(<1 500 Da)的定性定量分析[2]，這些代謝物包括內(nèi)源性和外源性小分子化合物，例如肽、氨基酸、核酸、碳水化合物、有機(jī)酸、維生素、多酚，生物堿和礦物質(zhì)等。代謝組學(xué)最初應(yīng)用于植物科學(xué)和毒理學(xué)領(lǐng)域[3]，近年來(lái)也逐漸成為現(xiàn)代食品科學(xué)研究的重要工具[4]，特別是解決與食品安全、質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的問(wèn)題[4-7]。隨著代謝組學(xué)在食品科學(xué)中應(yīng)用的逐漸深入，在乳酸菌發(fā)酵過(guò)程和功能研究中應(yīng)用代謝組學(xué)也成為一個(gè)引人關(guān)注的課題[8]。乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是一種工業(yè)價(jià)值極高的兼性厭氧菌，在食品工業(yè)中廣泛用于發(fā)酵乳、肉制品、果蔬加工等，某些物種的乳酸菌可以產(chǎn)生抗微生物劑以用于食品的保藏[9]，另外還可用于治療腸道疾病、作為疫苗抗原的傳送載體等[10]。代謝組學(xué)可能成為乳酸菌相關(guān)研究的一個(gè)有效工具，目前已經(jīng)在乳酸菌發(fā)酵代謝產(chǎn)物、代謝通路與調(diào)控以及乳酸菌對(duì)人和動(dòng)物腸道作用的評(píng)估等研究方向有了新的進(jìn)展。本文綜述了代謝組學(xué)的研究技術(shù)及其在乳酸菌領(lǐng)域的應(yīng)用，并探討了目前存在的問(wèn)題及發(fā)展前景。

1 代謝組學(xué)分析技術(shù)

代謝組學(xué)分析通常被分類(lèi)為靶向(特異性)或非靶向性(非選擇性或整體性)分析。靶向分析更專(zhuān)注于一組特定代謝物的鑒定和定量，對(duì)于評(píng)估某些條件下樣品中特定化合物組的作用非常重要，通常需要更高水平的代謝物提取和純化。相比之下，非靶向分析專(zhuān)注于檢測(cè)盡可能多的代謝物組，以獲得模式或指紋，而無(wú)需識(shí)別或量化特定的化合物[4]。代謝組學(xué)旨在將通過(guò)一系列最新技術(shù)發(fā)現(xiàn)收集的信息整合到代謝物分離，檢測(cè)，鑒定和定量中，其關(guān)鍵步驟是代謝物的分離和檢測(cè)[1]。

1.1 代謝組學(xué)分離技術(shù)

代謝組學(xué)最常用的分離技術(shù)是液相色譜(LC)及其高性能(HPLC)或超高性能(UPLC)形式，氣相色譜(GC)和毛細(xì)管電泳(CE)[11]。高效液相色譜(HPLC)具有高效、高速和高靈敏度的特點(diǎn)，在食品藥品安全檢測(cè)和質(zhì)量評(píng)價(jià)中應(yīng)用廣泛[12]。超高效液相色譜(UPLC)的引入實(shí)現(xiàn)了液相色譜的最新技術(shù)進(jìn)步，與HPLC相比，UPLC技術(shù)提供更高的峰容量，更高的分辨率，更高的靈敏度和更高的速度，這種方法可以獲得與HPLC相似的結(jié)果，但運(yùn)行時(shí)間要短得多，可以減少10倍[13]。UPLC的主要研究領(lǐng)域是藥物分析和生物分析，也可應(yīng)用于食品分析中，如測(cè)定食品成分，食品添加劑和有害化合物等[14,15]。氣相色譜(GC)更側(cè)重于揮發(fā)性代謝物的檢測(cè)，分離速度快，所需樣品量較少[16]。毛細(xì)管電泳(CE)以毛細(xì)管為分離通道，可以分離和分析納升數(shù)量級(jí)的樣品，雖然其制備能力差、分離重現(xiàn)性差等劣勢(shì)，但是它最吸引人的特點(diǎn)是所需有機(jī)溶劑和試劑非常少(幾納升)，特別適用于體積受限的樣品[17]。CE可以分離各種分析物，從小的無(wú)機(jī)離子到大的蛋白質(zhì)甚至是完整的細(xì)菌均可分離[18]。

1.2 代謝組學(xué)檢測(cè)技術(shù)

在檢測(cè)技術(shù)中，最常用的是核磁共振(NMR)，質(zhì)譜(MS)和近紅外光譜(NIR)。NMR是代謝物指紋識(shí)別和分析研究中最常用的分析工具之一，其樣品前處理簡(jiǎn)單且不會(huì)破壞組分，成本低，然而，它的主要缺點(diǎn)是靈敏度差和樣品需求量大。相反，MS具有高靈敏度和選擇性， 最大的優(yōu)點(diǎn)是它可以對(duì)各種分子進(jìn)行綜合評(píng)估。MS分析系統(tǒng)最常見(jiàn)的是直接輸注質(zhì)譜(DIMS)，基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜(MALDI-MS)和解吸電噴霧電離(DESI)[19]。最近，選擇性離子流管質(zhì)譜(SIFT-MS)已被引入食品分析[20]。在20世紀(jì)90年代早期，紅外光譜(IR)被引入作為表征和鑒定微生物的工具[21]。傅里葉變換在紅外光譜中的應(yīng)用促進(jìn)了傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)被迅速引入代謝組學(xué)程序組。后來(lái)，F(xiàn)TIR被作為用于快速和非破壞性地分析大量不同產(chǎn)品的質(zhì)量和成分的代謝組學(xué)指紋工具[22]。

1.3 代謝組學(xué)聯(lián)用技術(shù)

目前，代謝組學(xué)中使用的主要分析技術(shù)是聯(lián)用技術(shù)，例如GC，HPLC和CE與MS偶聯(lián)(分別為GC-MS，HPLC-MS和CE-MS)。GC-MS提供高分辨率和可重復(fù)性，通過(guò)GC-MS制備代謝指紋的創(chuàng)新技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)[23]。HPLC-MS是代謝組分析中最常用的聯(lián)用方法，與GC-MS和CE-MS相比具有更高靈敏度，是非靶向代謝組分析的有用工具[24]。NMR，F(xiàn)TIR和DIMS因其高性能和最少的樣品制備，已經(jīng)用于代謝指紋識(shí)別，這歸功于它們的高性能和最少的樣品制備。然而，NMR和FTIR的檢測(cè)限高于基于MS的技術(shù)，其應(yīng)用范圍僅限于那些以高濃度存在的代謝物[25]。

總之，沒(méi)有一種單獨(dú)的方法能夠檢測(cè)樣品的所有代謝物，因此需要不同技術(shù)的組合以確保獲得的結(jié)果是全面的。因此，在代謝組學(xué)中通常優(yōu)選聯(lián)用技術(shù)，使鑒定盡可能多的代謝物令其結(jié)果接近整個(gè)代謝組成為可能。

2 代謝組學(xué)在乳酸菌領(lǐng)域的應(yīng)用

近幾年，代謝組學(xué)在乳酸菌研究領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展和突破，比如乳酸菌的區(qū)分和鑒定，發(fā)酵工程以及腸道健康等方面。

2.1 通過(guò)代謝指紋區(qū)分和鑒定乳酸菌

由于生產(chǎn)實(shí)踐的需要，人們要求鑒別及了解乳酸菌的特性，另外有些乳酸菌可能是人類(lèi)或其他動(dòng)物的致病菌，在生產(chǎn)利用中，可能會(huì)出現(xiàn)“敵我不分、認(rèn)敵為友”的情況，因此這類(lèi)乳酸菌的鑒定也至關(guān)重要。傳統(tǒng)的乳酸菌分類(lèi)鑒定方法多采用形態(tài)學(xué)觀(guān)察和生化實(shí)驗(yàn)的表型分類(lèi)法，但是傳統(tǒng)方法很容易受到生長(zhǎng)條件的影響，結(jié)果模糊或難以解釋?zhuān)樗峋倪z傳本質(zhì)很難反映[26]。隨著遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，全基因組測(cè)序、DNA 雜交、16SrRNA 基因測(cè)序以及聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)等方法在乳酸菌分類(lèi)上得到了廣泛的應(yīng)用，然而并不是所有菌株的基因型與表型都一致，分類(lèi)結(jié)果可能會(huì)不同，并且技術(shù)價(jià)格相對(duì)昂貴，耗時(shí)費(fèi)力，不適合常規(guī)鑒定[27]。

尋找一種快速、有效的乳酸菌鑒別方法成為人們研究的熱點(diǎn)，因此代謝譜分析方法(metabolic profiling)應(yīng)運(yùn)而生。代謝組學(xué)能夠使用高通量分析方法(例如核磁共振光譜法)分析不同的生物系統(tǒng)，該方法能夠?qū)?xì)胞代謝物進(jìn)行有效和靈敏的鑒定，然后通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)方法來(lái)鑒定受實(shí)驗(yàn)變量顯著影響的代謝物[28]。Gallegos等[29]利用氣相色譜離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)(GC-IMS)檢測(cè)乳酸菌中的揮發(fā)性代謝物，結(jié)合多變量分析技術(shù)(PCA)，對(duì)四種乳酸菌進(jìn)行區(qū)分，該技術(shù)成本低，具有即時(shí)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需樣品預(yù)處理或進(jìn)行復(fù)雜的采樣。Tomita 等[30]利用基于核磁共振的代謝組學(xué)技術(shù)來(lái)區(qū)分乳酸菌的菌株依賴(lài)性發(fā)酵特性，并成功地區(qū)分了測(cè)試菌株的發(fā)酵特征，提供了可能影響發(fā)酵食品味道、香氣、功能特性的特征代謝物的進(jìn)一步信息，表明基于NMR的代謝組學(xué)鑒別可以作為一種用于從大樣本集中篩選單個(gè)實(shí)驗(yàn)室菌株的快速、高通量的技術(shù)，并指示某個(gè)菌株及其代謝物可能對(duì)發(fā)酵食品質(zhì)量產(chǎn)生的潛在影響。Yang 等[31]利用基于液相色譜-三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-QQQ-MS)的靶向代謝組學(xué)技術(shù)結(jié)合非靶向代謝組學(xué)技術(shù)來(lái)區(qū)分四種乳酸桿菌(嗜酸乳桿菌，發(fā)酵乳桿菌，羅伊氏乳桿菌和德氏乳桿菌)，多元統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，這四種乳酸桿菌在相同的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中培養(yǎng)時(shí)顯示出獨(dú)特的代謝指紋，可以明顯區(qū)分，表明代謝組學(xué)方法在快速鑒別人類(lèi)健康相關(guān)細(xì)菌菌株方面具有巨大潛力。

盡管代謝組學(xué)顯示出快速鑒別乳酸菌菌株的潛力，但其與傳統(tǒng)乳酸菌鑒定方法和基因型技術(shù)不同，在乳酸菌分類(lèi)學(xué)研究中未得到太多的驗(yàn)證和鞏固，尚未得到充分探索，迄今為止關(guān)于代謝組學(xué)方法在乳酸菌鑒定和分型中的應(yīng)用的信息很少[32]。因?yàn)榇x組學(xué)的檢測(cè)對(duì)象僅限于代謝物，無(wú)法深入到基因、蛋白層面，在某些乳酸菌的鑒定上確實(shí)存在很多局限，但代謝組學(xué)與傳統(tǒng)鑒別方法、基因型技術(shù)和蛋白組學(xué)的組合有待成為乳酸菌分類(lèi)鑒定的更全面更準(zhǔn)確的方法，如Foschi等[32]將基于16S rRNA的傳統(tǒng)基因型方法、基于基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)的蛋白質(zhì)組學(xué)方法及基于質(zhì)子核磁共振(1H-NMR)的代謝組學(xué)方法在乳酸菌分類(lèi)和代謝表征方面進(jìn)行了比較和結(jié)合，發(fā)現(xiàn)三種方法各有優(yōu)勢(shì)，代謝組學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)在于可以將乳酸桿菌生物活性與分類(lèi)學(xué)相關(guān)聯(lián)，操作簡(jiǎn)單快速，成本低，三種方法的組合可以更全面地展示乳酸菌分類(lèi)鑒定結(jié)果。然而，如何利用多組學(xué)方法更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)乳酸菌的分類(lèi)和鑒定，有待進(jìn)一步探索。

2.2 乳酸菌發(fā)酵條件監(jiān)測(cè)及工藝調(diào)整

乳酸菌在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)有糖類(lèi)、氨基酸、揮發(fā)性的醇、酮、有機(jī)酸、脂肪酸和抑菌物質(zhì)等大量代謝物生成，根據(jù)代謝產(chǎn)物的變化可以為發(fā)酵的監(jiān)控和優(yōu)化提出指導(dǎo)意見(jiàn)，因此乳酸菌代謝產(chǎn)物的監(jiān)測(cè)極為重要[33]。代謝組學(xué)技術(shù)是一種高通量的快速檢測(cè)方法，近年來(lái)，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于乳酸菌發(fā)酵過(guò)程中代謝物組分和菌落變化的監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)調(diào)控和預(yù)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中的代謝物組分變化以及最終產(chǎn)品的感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的評(píng)定和調(diào)節(jié)[1]。

Piras等[34]利用1H NMR代謝組學(xué)技術(shù)結(jié)合物理化學(xué)方法和微生物學(xué)特征來(lái)研究原料乳酪的成熟過(guò)程，發(fā)現(xiàn)1H NMR與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合是奶酪代謝物指紋識(shí)別的有效工具，這些發(fā)現(xiàn)奠定了根據(jù)原產(chǎn)地保護(hù)(protected designation of origin，PDO)規(guī)范生產(chǎn)的Fiore Sardo干酪認(rèn)證的代謝基礎(chǔ)，可用于評(píng)估奶酪制造過(guò)程中的發(fā)酵過(guò)程，此外，結(jié)果表明可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)NMR代謝組學(xué)以評(píng)估Fiore Sardo干酪的真實(shí)性，特別是其對(duì)PDO規(guī)范的符合性。Settachaimongkon 等[35]利用頂空固相微萃取一氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC / MS)和1H-NMR的代謝組學(xué)方法結(jié)合多元分析來(lái)研究在亞致死應(yīng)激條件下預(yù)培養(yǎng)兩種商業(yè)益生菌菌株(LactobacillusrhamnosusGG和Bifidobacteriumanimalissubsp.lactisBB12)對(duì)其在酸奶中的存活和代謝物形成的影響，結(jié)果表明，這兩種菌株對(duì)亞致死鹽和低pH脅迫條件的適應(yīng)性反應(yīng)不僅影響它們?cè)谒崮躺a(chǎn)期間的存活，而且還導(dǎo)致發(fā)酵代謝物組成的顯著變化，該研究提供了關(guān)于在實(shí)際食物載體中應(yīng)用適應(yīng)性益生菌的新信息。Ferri等[36]利用代謝組學(xué)方法選擇最佳的面粉-微生物菌種組合來(lái)改善谷物發(fā)酵食品的感官和功能特性，這是首例使用代謝組學(xué)方法將特定的揮發(fā)性分子組與發(fā)酵谷物中的抗氧化活性和多酚含量相關(guān)聯(lián)，表明代謝組學(xué)可能是快速選擇菌株/底物組合以同時(shí)增加風(fēng)味和健康的重要工具。Zhao等[37]利用基于GC-MS的多標(biāo)記分析篩選泡菜鹽水的揮發(fā)性有機(jī)化合物，監(jiān)測(cè)這些標(biāo)記物在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的變化，篩選出13種化合物作為泡菜鹽水的判別性揮發(fā)性標(biāo)記物，能良好地用于促進(jìn)乳酸菌起子培養(yǎng)物的篩選和發(fā)酵優(yōu)化，以生產(chǎn)更好感官品質(zhì)的泡菜相關(guān)食物。Seo等[38]利用GC-MS結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析研究泡菜在發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化以及添加不同鹽濃度(0%、1.25%、2.5%和5%)的泡菜的代謝差異，結(jié)果顯示早期發(fā)酵速度和代謝物根據(jù)鹽度不同而變化，其中5%鹽度的泡菜具有更多的細(xì)菌多樣性，結(jié)果表明了基于GC-MS的代謝組學(xué)在評(píng)估具有不同鹽度的泡菜的發(fā)酵特性方面的適用性。Zhao等[39]利用基于GC-MS的代謝組學(xué)研究副干酪乳桿菌 HD1.7(LactobacillusparacaseiHD 1.7)作為起子對(duì)大白菜發(fā)酵過(guò)程中細(xì)菌群落和代謝組特征的影響，結(jié)果表明與自然發(fā)酵相比，接種了副干酪乳桿菌的大白菜具有更短的發(fā)酵過(guò)程，更少的病原體和更豐富的風(fēng)味，同時(shí)也顯示副干酪乳桿菌HD1.7是其他蔬菜發(fā)酵過(guò)程中的理想起子。

此外，在乳酸菌發(fā)酵調(diào)控方面，代謝組學(xué)與其他組學(xué)的結(jié)合逐漸成為研究熱點(diǎn)。Cretenet等[40]結(jié)合代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及耗氧動(dòng)力學(xué)，對(duì)乳酸乳球菌對(duì)奶酪生產(chǎn)過(guò)程中遇到的初始氧化應(yīng)激的適應(yīng)性提出了新的見(jiàn)解，發(fā)現(xiàn)在最初高水平的氧存在下，乳酸乳球菌顯示出對(duì)氧化應(yīng)激的早期和過(guò)渡性適應(yīng)，這使細(xì)胞用于工業(yè)時(shí)能夠維持非常重要的關(guān)鍵性狀，例如快速酸化和降低生長(zhǎng)培養(yǎng)基的氧化還原電位。Park等[41]將代謝組學(xué)和宏基因組學(xué)結(jié)合，研究了泡菜在發(fā)酵期間的代謝物和微生物群落的動(dòng)態(tài)變化，確定了利用優(yōu)勢(shì)微生物和發(fā)酵液縮短泡菜發(fā)酵期的可能性。Liang等[42]聯(lián)合利用代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)綜合研究了德氏乳桿菌對(duì)各種發(fā)酵條件的響應(yīng)，揭示了顯著相關(guān)的代謝模塊、中樞代謝物以及差異蛋白表達(dá)譜，為進(jìn)一步改善乳酸菌合成生產(chǎn)D-乳酸提供理論指導(dǎo)。代謝組學(xué)和其他技術(shù)的聯(lián)用可以涵蓋乳酸菌代謝差異、基因表達(dá)或蛋白差異的多尺度分析，快速獲取大量數(shù)據(jù)。

2.3 腸道益生菌功能評(píng)價(jià)

人體腸道內(nèi)含有各種微生物，它們彼此相互作用以產(chǎn)生新的代謝物。益生菌可以與宿主的腸道微生物相互作用，以誘導(dǎo)有益于健康的微生物群組成的變化[43]，通常用作治療腸道感染、腸道炎癥和腸道過(guò)敏等疾病[44]。然而，個(gè)體之間腸道微生物顯著不同，并且它們產(chǎn)生的代謝物譜多變。因此，應(yīng)以全面的角度評(píng)估益生菌，腸道微生物和代謝物之間的關(guān)系。近年來(lái)，運(yùn)用各大組學(xué)技術(shù)探索益生菌對(duì)腸道的影響已成為了研究的熱點(diǎn)。其中，代謝組學(xué)能夠檢測(cè)到益生菌作用下腸道代謝物的變化，更全面地解釋乳酸菌代謝物對(duì)細(xì)胞因子表達(dá)的影響[45]。

Chorell等[46]研究了食用益生菌后嬰兒的血脂特征和代謝反應(yīng)，將副干酪乳桿菌LF19(Lactobacillusparacaseissp.paracaseiF19 )添加到提供給健康嬰兒的谷物餐中，然后進(jìn)行氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(GC-TOF-MS)分析以鑒定確定嬰兒斷奶期間食用益生菌對(duì)代謝產(chǎn)物的影響，在LF19處理的嬰兒中，棕櫚油酸(與內(nèi)臟肥胖有關(guān))的水平降低，腐胺(與腸道完整性有關(guān))的水平增加。Shi等[47]利用二維氣相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜(GC×GC-TOF MS)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)數(shù)據(jù)分析，鑒定用或不用酒精喂養(yǎng)的小鼠中受益生菌顯著影響的代謝物，結(jié)果表明，鼠李糖乳桿菌可以通過(guò)增加腸道脂肪酸、減少肝臟脂肪酸和增加氨基酸濃度的機(jī)制來(lái)減輕酒精誘導(dǎo)的脂肪肝。Abdulkadir等[48]對(duì)攝入益生菌的嬰兒患者的不同時(shí)期的糞便進(jìn)行基因測(cè)序和代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)益生菌物種成功地定殖早產(chǎn)腸道，減少潛在致病細(xì)菌的相對(duì)豐度，并影響腸道功能，表明治療性施用的益生菌可能繼續(xù)對(duì)嬰兒早期的腸道微生物群落發(fā)揮重要的作用。Noorbakhsh等[49]在合生元(即益生菌加益生元)酸奶干預(yù)4周后，對(duì)16名健康人和8名腹瀉型腸易激綜合征(diarrhea predominant irritable bowel syndrome，IBS-D)患者的尿液和血清代謝物進(jìn)行了基于HNMR的代謝組學(xué)研究，結(jié)果顯示IBS引起一碳代謝的轉(zhuǎn)變，這些改變可以通過(guò)合生元干預(yù)來(lái)逆轉(zhuǎn)，在干預(yù)反應(yīng)中也觀(guān)察到糞便中乳桿菌數(shù)量的增加和IBS-D患者健康狀況的改善。Mengxia等[50]通過(guò)1H-NMR光譜結(jié)合多變量分析對(duì)補(bǔ)充了益生菌的斷奶大鼠的尿液和糞便代謝特征進(jìn)行了分析，找出潛在的生物標(biāo)志物和相關(guān)的代謝途徑，研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充嗜酸乳桿菌 NCFM(LactobacillusacidophilusNCFM)和乳雙歧桿菌 Bi-07(BifidobacteriumlactisBi-07)有助于促進(jìn)斷奶大鼠腸道微生物組的結(jié)構(gòu)和功能成熟。Vemuri等[51]利用GC-MS的代謝組學(xué)結(jié)合基因測(cè)序技術(shù)來(lái)研究嗜酸乳桿菌DDS-1(LactobacillusacidophilusDDS-1)是否可以在腸道微生物受年齡影響而變化的條件下調(diào)節(jié)年輕和衰老的小鼠的宿主代謝表型，結(jié)果顯示嗜酸乳桿菌 DDS-1增加了有益菌的相對(duì)豐度，并降低機(jī)會(huì)性細(xì)菌如變形桿菌的相對(duì)水平，表明DDS-1對(duì)腸道微生物群的調(diào)節(jié)導(dǎo)致衰老小鼠代謝表型的改善，該研究突出了益生菌在確定和調(diào)節(jié)健康老化腸道中代謝特征中的關(guān)鍵作用，可以用作識(shí)別年輕人和老年人群中特定促進(jìn)健康的代謝途徑的參考。

綜上所述，代謝組學(xué)是研究益生菌影響宿主健康狀況的有效工具，能夠很好地檢測(cè)在益生菌作用下宿主微生物群的代謝反應(yīng)。相對(duì)于基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)，代謝組學(xué)在腸道益生方面的研究較少，還未充分挖掘。代謝組學(xué)與其他組學(xué)的整合應(yīng)用將加速益生菌的更深入研究與開(kāi)發(fā)。

3 問(wèn)題與展望

目前代謝組學(xué)在乳酸菌研究領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)有方面： (1)在乳酸菌的分類(lèi)和鑒定方面，采用靶向或非靶向技術(shù)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析，可以根據(jù)菌株獨(dú)特的代謝指紋進(jìn)行菌株篩選和鑒定，雖然沒(méi)有得到太多的驗(yàn)證和鞏固，但代謝組學(xué)因其檢測(cè)方法的高效、高通量，在菌株篩選和鑒定方面有很大的發(fā)展?jié)摿?，有待進(jìn)一步挖掘。(2)在乳酸菌發(fā)酵過(guò)程監(jiān)測(cè)及工藝優(yōu)化方面，應(yīng)用最為廣泛，常用于發(fā)酵乳制品、泡菜、發(fā)酵豆制品等食品加工過(guò)程中的監(jiān)控與優(yōu)化，便于人們掌握乳酸菌生理生化規(guī)律，為發(fā)酵工藝的調(diào)控和優(yōu)化指明方向。(3)在腸道益生菌功能評(píng)價(jià)方面，代謝組學(xué)能夠?qū)θ樗峋饔孟滤拗魑⑸锶旱拇x進(jìn)行高通量的檢測(cè)，識(shí)別關(guān)鍵代謝途徑或關(guān)鍵代謝物，為探索調(diào)控機(jī)制提供參考。

代謝組學(xué)作為一個(gè)新興學(xué)科，也存在一些問(wèn)題亟待解決。首先，因?yàn)榇x物的變化性和不穩(wěn)定性，代謝組學(xué)分析對(duì)樣本的數(shù)量和質(zhì)量要求很高，因此樣本采集相當(dāng)重要，而目前樣本的采集和處理仍處于探索階段，很難建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；其次，代謝組學(xué)數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，如何從大量數(shù)據(jù)中提取所需信息是當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)[52]。另外，尋找代謝物中獨(dú)特的生物標(biāo)志物是研究熱點(diǎn)，但尋找標(biāo)志物并不是代謝組學(xué)研究的終極目標(biāo)，深入挖掘其作用機(jī)理，解釋生物標(biāo)志物與乳酸菌發(fā)酵、益生作用等之間的關(guān)系是研究熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)。代謝組學(xué)雖然已經(jīng)能在一定程度上進(jìn)行生物學(xué)解釋?zhuān)窃跈z測(cè)過(guò)程中很容易受到背景干擾，有時(shí)無(wú)法完整解釋生物學(xué)過(guò)程，因此需要與其他組學(xué)的結(jié)合，以獲得更全面的結(jié)果。代謝組學(xué)與其他技術(shù)(轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、分子技術(shù)等)結(jié)合以進(jìn)行多層次、多角度的生物學(xué)解釋?zhuān)侨樗峋x組學(xué)分析技術(shù)發(fā)展的方向，隨著其自身的完善與發(fā)展，代謝組學(xué)在乳酸菌研究領(lǐng)域有望發(fā)揮更大的作用。