多組學(xué)技術(shù)及其在食品研究中的應(yīng)用

李 林 鄧 娜,2,3 張 博,2,3 李 慧,2,3 劉 妙 王建輝,2,3

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)預(yù)制菜現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；3. 湖南省湘味餐調(diào)智造與質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，湖南 瀏陽(yáng) 410023)

隨著計(jì)算生物學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)等新興學(xué)科的不斷涌現(xiàn)，生命科學(xué)大綜合和大發(fā)展時(shí)期如期而至，在此過(guò)程中，“組學(xué)”的概念應(yīng)運(yùn)而生。組學(xué)包括DNA序列和修飾(基因組、表觀基因組)、RNA和蛋白質(zhì)含量(轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組)、小分子(代謝組、脂質(zhì)體組)和元素組成(如離子組)，其均可采用相應(yīng)的組學(xué)技術(shù)進(jìn)行分析，統(tǒng)稱多組學(xué)技術(shù)[1]。如采用微生物組學(xué)通過(guò)整合試驗(yàn)中的大量多樣化信息，可揭示微生物的復(fù)雜性[2]，采用脂質(zhì)組學(xué)可利用多組學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)集成[3]。組學(xué)發(fā)展至今已形成涉及生命發(fā)展動(dòng)態(tài)全過(guò)程、多維度的網(wǎng)絡(luò)體系，研究對(duì)象包括代謝前體、中間體、最終產(chǎn)物的生物合成或降解的調(diào)控整合網(wǎng)絡(luò)，受目前技術(shù)的限制，研究重點(diǎn)仍集中于微生物，包括微藻[4-5]、細(xì)菌[6-10]及其代謝物[11-14]等。

隨著DNA測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，尤其是下一代基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，基于測(cè)序的應(yīng)用場(chǎng)景更加多元，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大幅增加[15]。近年來(lái)組學(xué)研究的進(jìn)程不斷加快，多組學(xué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)生活的諸多方面，交互式大數(shù)據(jù)也受到越來(lái)越多的關(guān)注[16]。復(fù)雜的食品基質(zhì)與大量生理生化過(guò)程相關(guān)，而研究以上分子響應(yīng)機(jī)制需結(jié)合代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)等多種方法進(jìn)行綜合分析，通過(guò)分析食品化合物和多種外界因素間的相關(guān)性，發(fā)掘?qū)崿F(xiàn)相關(guān)功能的新生物標(biāo)志物，以揭示其內(nèi)在復(fù)雜機(jī)制，從而為食品的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支撐。研究擬聚焦組學(xué)技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景，以期為多組學(xué)技術(shù)在食品研究中的進(jìn)一步發(fā)展做出預(yù)判與借鑒。

1 組學(xué)概況

根據(jù)中心法則(DNA→RNA→蛋白質(zhì))揭示的生命科學(xué)基本規(guī)律，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)[17]已被廣泛應(yīng)用于分析研究中；研究對(duì)象不同，組學(xué)技術(shù)研究策略不同，所依賴的技術(shù)手段也不盡相同(圖1)。

圖1 與中心法則相關(guān)的主要組學(xué)方法及其一般研究策略[18]

1.1 基因組學(xué)(Genomics)

1990年人類基因組計(jì)劃的正式啟動(dòng)，揭開(kāi)了基因組學(xué)時(shí)代的序幕。2006年人類基因組草圖宣告完成，人們對(duì)基因組的結(jié)構(gòu)和特征有了全面認(rèn)識(shí)，生命科學(xué)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至解析基因組的功能，即對(duì)基因組的研究由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)進(jìn)入功能基因組學(xué)[19](圖2)?；蚪M學(xué)是一門對(duì)某一物種的所有基因進(jìn)行核苷酸序列分析、基因定位、基因組作圖和基因功能分析的科學(xué)，也是組學(xué)發(fā)展的第一步，理論體系和技術(shù)體系都已有較大發(fā)展，可在相對(duì)較低的成本下對(duì)數(shù)量空前的樣本進(jìn)行快速基因分型，對(duì)基因組進(jìn)行有效測(cè)序，并從中預(yù)測(cè)RNA及蛋白質(zhì)序列[1]。2007年第二代基因組測(cè)序技術(shù)取得突破，以Illumina測(cè)序技術(shù)為代表的高通量短片段測(cè)序與拼接技術(shù)，大大降低了DNA序列分析成本，加速了大量物種基因組草圖的面世。2017年，以O(shè)xford Nanopore為代表的第三代測(cè)序儀在測(cè)序通量和準(zhǔn)確率方面取得顯著改進(jìn)[20]，已成為當(dāng)前基因組學(xué)的主要測(cè)序方式(表1)。

1.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)(Transcriptomics)

轉(zhuǎn)錄組學(xué)是研究特定組織、細(xì)胞或器官在特定組織生長(zhǎng)發(fā)育階段或某一特定生理狀態(tài)下所有轉(zhuǎn)錄組的科學(xué)[29]，其將mRNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，進(jìn)而對(duì)cDNA進(jìn)行分析來(lái)反映特定時(shí)空下基因的表達(dá)情況。轉(zhuǎn)錄組學(xué)覆蓋率高、具有動(dòng)態(tài)性，其興起使大量生物分子被發(fā)現(xiàn)，且其數(shù)據(jù)比“下游組學(xué)”如蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)更容易分析和共享，有助于建立全景式的生物特定時(shí)空基因表達(dá)圖。轉(zhuǎn)錄組與基因組學(xué)采用相同的測(cè)序技術(shù)，但轉(zhuǎn)錄組是在測(cè)序之前的反向翻譯(mRNA→cDNA)，可選擇性地去除干擾核酸如DNA、t-RNA、rRNA[30]。隨著第三代基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，RNA-seq方法(表1)可用于研究RNA生物學(xué)的諸多方面，如單細(xì)胞基因的表達(dá)、翻譯組(translatome)和RNA結(jié)構(gòu)，已滲透到動(dòng)植物、微生物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面[31]。

1.3 蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)

蛋白質(zhì)組學(xué)以細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式為研究對(duì)象，是揭示基因結(jié)構(gòu)與表達(dá)關(guān)系的主要“功能層”[1]。同時(shí)，蛋白質(zhì)是直接參與生命活動(dòng)的生物大分子，對(duì)復(fù)雜生命系統(tǒng)進(jìn)行整體性研究非常重要，蛋白質(zhì)組學(xué)研究已成為生命科學(xué)研究進(jìn)入后基因組時(shí)代的里程碑(圖2)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心在于蛋白質(zhì)的分離與鑒定，主要應(yīng)用雙向電泳(2-DE)和質(zhì)譜技術(shù)(表1)。蛋白質(zhì)首先依據(jù)其等電點(diǎn)和分子量進(jìn)行分離，去除差異蛋白條帶，再對(duì)胰蛋白酶消化后產(chǎn)生的多肽進(jìn)行質(zhì)譜分析[23]。目前已有大量專門軟件可通過(guò)分析比較所獲得的蛋白質(zhì)圖譜以確定2-DE中樣品間的差異，一些軟件甚至可實(shí)現(xiàn)條帶的相對(duì)量化。

圖2 組學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程Figure 2 History of the development of omics technology

1.4 代謝組學(xué)(Metabolomics)

代謝組學(xué)是依據(jù)生物體系受外界刺激或擾動(dòng)后代謝產(chǎn)物的變化情況研究生物體系代謝途徑的一門科學(xué)，根據(jù)其研究對(duì)象可分為脂質(zhì)組學(xué)、離子組學(xué)等。通過(guò)代謝組學(xué)方法能精準(zhǔn)識(shí)別和精確定量特征代謝物，使用軟件工具進(jìn)行下游途徑和網(wǎng)絡(luò)分析，在發(fā)現(xiàn)所需的生物標(biāo)志物方面具有良好應(yīng)用[32]。與蛋白質(zhì)組學(xué)類似，其研究核心在于代謝物的分離與鑒別，由于代謝物的復(fù)雜性，尚無(wú)一種特定的分析技術(shù)適用于所有待測(cè)樣品，因此出現(xiàn)了多種分離分析技術(shù)組合使用的現(xiàn)象，目前應(yīng)用最廣泛的是色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(表1)。先從代謝物的種類和含量得到大量復(fù)雜的多維數(shù)據(jù)，而后采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而識(shí)別顯著變化的代謝標(biāo)志物，通過(guò)對(duì)代謝途徑及其變化規(guī)律的研究，可揭示反應(yīng)的潛在機(jī)制[33]。

表1 多層次組學(xué)常用技術(shù)匯總簡(jiǎn)表

2 多組學(xué)在食品研究中的應(yīng)用

隨著消費(fèi)認(rèn)知和消費(fèi)能力的不斷提升，人們希望對(duì)其生產(chǎn)加工及貯藏過(guò)程中的各種生化過(guò)程及其詳細(xì)機(jī)制擁有更加全面的認(rèn)識(shí)[34]，而常規(guī)分析方法難以實(shí)現(xiàn)以上目的。為了滿足當(dāng)前對(duì)食品的高要求與新期待，利用組學(xué)大數(shù)據(jù)和整體分析技術(shù)，近年來(lái)通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)、營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)、腸道菌宏基因組學(xué)和營(yíng)養(yǎng)代謝組學(xué)的大量研究，推動(dòng)了個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)學(xué)的高速發(fā)展[35]?？傮w而言，通過(guò)整合最新相關(guān)研究，組學(xué)技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在食品原料控制、品質(zhì)提升與安全機(jī)理剖析3個(gè)方面(圖3)。

圖3 組學(xué)技術(shù)在食品領(lǐng)域的主要應(yīng)用Figure 3 Applications of omics technology in the field of food research

2.1 在食品原料控制方面

畜牧業(yè)和種植業(yè)是食品原料的供給端，為食品產(chǎn)業(yè)提供畜產(chǎn)和植物性原料，而原料的產(chǎn)量及質(zhì)量直接影響食品的品質(zhì)。應(yīng)用組學(xué)技術(shù)可篩選出影響植株和家畜生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，進(jìn)而可進(jìn)一步挖掘增產(chǎn)提質(zhì)的潛能，從而為上游食品原料的質(zhì)量提供保障。

2.1.1 在植物性食材生產(chǎn)中的應(yīng)用 隨著氣候持續(xù)劇烈變化，土壤受到污染，農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程受環(huán)境中非生物因素的影響持續(xù)增大，導(dǎo)致多種糧食作物減產(chǎn)降質(zhì)，而組學(xué)技術(shù)分析有助于加強(qiáng)對(duì)植物與環(huán)境相互作用的理解[36]，對(duì)鑒別描述作物品種、監(jiān)測(cè)植物和作物健康狀況、檢查植物生長(zhǎng)和果實(shí)成熟期間代謝物的積累、提高作物生產(chǎn)力等方面的研究?jī)?yōu)勢(shì)明顯。目前，組學(xué)技術(shù)對(duì)糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物在非生物抗逆性研究與改良方面頗具成效，如Kumari等[37]采用多組學(xué)方法揭示了水稻復(fù)雜的抗逆脅迫機(jī)制，從而可對(duì)耐旱品種進(jìn)行精準(zhǔn)改良；Chen等[38]通過(guò)比較野生大豆在低磷脅迫和充足磷源條件下小分子代謝物類型、數(shù)量、代謝途徑和基因表達(dá)的差異，為開(kāi)發(fā)耐貧瘠土壤的栽培大豆品種奠定了理論基礎(chǔ)；Yang等[39]結(jié)合轉(zhuǎn)錄組與代謝組方法發(fā)現(xiàn)赤霞珠葡萄在調(diào)虧灌溉(RDI)中花青素生物合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，這對(duì)揭示花青素的積累機(jī)制及針對(duì)性開(kāi)發(fā)高花青素含量食材具有積極作用。

2.1.2 在動(dòng)物性食材生產(chǎn)中的應(yīng)用 從養(yǎng)殖過(guò)程開(kāi)始即可對(duì)飼養(yǎng)牲畜的品質(zhì)進(jìn)行調(diào)控以確保肉品品質(zhì)。如水產(chǎn)養(yǎng)殖能夠提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，因此保證其在養(yǎng)殖過(guò)程中的整體健康狀況尤為必要[40]?；诘鞍踪|(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用的組學(xué)網(wǎng)絡(luò)可促進(jìn)對(duì)魚(yú)類疾病的了解，有助于水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中潛在疾病的識(shí)別和治療[41]。羅非魚(yú)易在養(yǎng)殖過(guò)程中感染鏈球菌病而導(dǎo)致大規(guī)模死亡，F(xiàn)oysal等[42]通過(guò)代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌對(duì)羅非魚(yú)腸道微生物區(qū)系、免疫應(yīng)答及其抗病性具有積極影響。Gu等[43]結(jié)合代謝組學(xué)和基因測(cè)序技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，給泌乳期奶牛飼料中補(bǔ)充瘤胃保護(hù)性蛋氨酸可顯著增加牛奶中功能性營(yíng)養(yǎng)素α-酮戊二酸水平，有利于功能性乳制品的開(kāi)發(fā)。Liu等[44]對(duì)鵪鶉蛋進(jìn)行全蛋白和修飾蛋白分析，鑒定出鵪鶉卵蛋白的175個(gè)蛋白質(zhì)、109個(gè)N-糖蛋白(293個(gè)N-糖基化位點(diǎn))和23個(gè)磷酸化蛋白(84個(gè)磷酸化位點(diǎn))，功能分析表明鵪鶉卵蛋白、修飾蛋白具有豐富的酶活調(diào)節(jié)作用。

2.2 在食品品質(zhì)提升方面

影響食品品質(zhì)的因素較多，運(yùn)用組學(xué)技術(shù)與方法可研究和探討并揭示食品(功能性食品、發(fā)酵食品等)促進(jìn)人類健康的潛在作用機(jī)理，對(duì)以飲食干預(yù)降低代謝性疾病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后影響、控制成本均具積極作用[45]。

2.2.1 功能性食品 人類腸道微生物區(qū)系是由數(shù)十億個(gè)微生物組成的復(fù)雜群落，其微生物數(shù)量約為人類細(xì)胞的10倍[46]。與人類共生的微生物具有數(shù)量多、反應(yīng)復(fù)雜等特點(diǎn)，但細(xì)菌與宿主間的相互作用涉及不同微生物區(qū)系，其對(duì)人體影響各異。其中益生菌因其對(duì)人體有益，已成為功能性食品開(kāi)發(fā)的重要選擇。但益生菌種類繁多，且與宿主間作用機(jī)制不一，對(duì)益生菌功能的理解尚不夠明確，而組學(xué)工具的利用和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展對(duì)揭示特定微生物與人類宿主間的相互作用提供了有效途徑[47]。通常，基因組學(xué)用來(lái)確定微生物區(qū)系的組成，隨后根據(jù)轉(zhuǎn)錄組結(jié)果篩選關(guān)鍵基因，再利用代謝組學(xué)定性和定量分析特定條件下的內(nèi)源代謝物。多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展加速了益生菌群的研究進(jìn)程[48-49]，有助于深入了解益生菌內(nèi)在作用機(jī)理，有利于相關(guān)功能性食品的開(kāi)發(fā)。

2.2.2 發(fā)酵食品 發(fā)酵食品歷史悠久，種類繁多，待開(kāi)發(fā)微生物資源豐富[50]。近年來(lái)各類組學(xué)在奶酪、發(fā)酵酒精飲料、發(fā)酵蔬菜、發(fā)酵茶、醋及豆制品中均有大量研究和突破[51-52]。Song等[53]應(yīng)用多組學(xué)(代謝組學(xué)和代謝組學(xué))、細(xì)菌活力和理化分析，發(fā)現(xiàn)泡菜發(fā)酵過(guò)程中不同的原料組成會(huì)導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)不同。Zhang等[54]利用組學(xué)研究篩選并確定了郫縣蠶豆醬高滲發(fā)酵過(guò)程中具有多肽降解功能的3種菌株(Aspergillusniger、Candidazeylanoides和Bacilluslicheniformis)，其能夠分泌肽酶，產(chǎn)生氨基酸。Taylor等[55]通過(guò)多組學(xué)方法(16S rRNA擴(kuò)增序列、宏基因組測(cè)序和非靶向質(zhì)譜)研究不同類型的發(fā)酵食品對(duì)人體腸道微生物組和健康的影響，發(fā)現(xiàn)共軛亞油酸產(chǎn)生與發(fā)酵食品消費(fèi)間存在相關(guān)性。綜上，揭示發(fā)酵過(guò)程中復(fù)雜生化變化及發(fā)酵微生物作用的組學(xué)研究，可為明晰發(fā)酵過(guò)程，從原料、發(fā)酵劑、發(fā)酵條件、貯藏條件等角度優(yōu)化發(fā)酵工藝奠定基礎(chǔ)。

2.2.3 其他食品 食品在加工過(guò)程(煮沸、油炸和烘烤)中會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的生化變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分變性失活，通過(guò)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行分子水平的研究可深入探究食品加工過(guò)程中組分變化對(duì)食品品質(zhì)和功能特性的影響，為食品加工工藝優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。Wu等[56]采用非靶向組學(xué)方法測(cè)定牛肉在煮沸、油炸和烘烤過(guò)程中縮醛磷脂的變化，發(fā)現(xiàn)煮沸時(shí)間和烘烤溫度對(duì)縮醛磷脂指紋圖譜變化起關(guān)鍵作用，而采用涂膜預(yù)處理可防止油炸過(guò)程中縮醛磷脂的損失，從而保持其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

2.3 在食品安全機(jī)理剖析方面

食品安全的概念日益擴(kuò)大，安全評(píng)價(jià)的范圍也逐漸擴(kuò)大，除生產(chǎn)、加工、貯藏安全外，還包括食品成分、可追溯性、食品安全本身(微生物、過(guò)敏原或其他污染物)等。利用多組學(xué)技術(shù)可確定食品中生物危害和非生物危害，從而確保“從農(nóng)田到餐桌”的安全。

2.3.1 食品的鑒偽和溯源 食品真?zhèn)舞b別和溯源技術(shù)是保障食品安全的重要手段，在食品質(zhì)量與安全領(lǐng)域中占據(jù)重要地位[28]。當(dāng)前食品摻假事件頻發(fā)、摻假手段多樣，傳統(tǒng)檢測(cè)方法已不能滿足食品質(zhì)量與安全檢測(cè)要求，而組學(xué)技術(shù)具有強(qiáng)大的物質(zhì)鑒定功能[57]，能為食品鑒別和溯源提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。應(yīng)用多組學(xué)技術(shù)可對(duì)食品中蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)或其他代謝產(chǎn)物等進(jìn)行大規(guī)模的定性定量分析，其在水產(chǎn)品、乳制品和肉制品等食品的真?zhèn)舞b別和產(chǎn)地溯源等方面具有廣泛應(yīng)用[58-59]。Bong等[60]利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜、質(zhì)譜技術(shù)根據(jù)不同產(chǎn)地白菜中各種常量及微量元素的含量變化即可確定其地理起源。

2.3.2 食品的生物危害 食品易受病原菌的污染，利用天然或人工合成的抗菌物質(zhì)可預(yù)防腐敗[61]，而組學(xué)尤其是代謝組學(xué)技術(shù)是闡明其潛在作用機(jī)制的有效手段。如采用核磁共振方法探究乳酸鏈球菌素(Nisin)和葡萄籽提取物(GSE)對(duì)肉湯和對(duì)蝦中李斯特氏菌的抑菌機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)Nisin及GSE是通過(guò)阻斷TCA循環(huán)、氨基酸生物合成和能量產(chǎn)生途徑抑制李斯特菌的存活，其二元組合抗李斯特菌活性顯著[62]。此外，以質(zhì)譜技術(shù)為核心的多組學(xué)還可用于細(xì)菌毒力機(jī)制的闡明[63]，以此為依據(jù)建立更高效的殺菌方法。交叉組學(xué)分析可揭示多種物質(zhì)間的協(xié)同作用，如通過(guò)分析牛奶中黃曲霉毒素M1(AFM1)和赭曲霉毒素A(OTA)引起炎癥的相關(guān)基因，根據(jù)其在分化的Caco-2細(xì)胞中的表達(dá)可確定其協(xié)同作用機(jī)制，證實(shí)AFM1和OTA的協(xié)同會(huì)加劇腸道炎癥[64]。Liu等[65]利用UPLC/Q-TOF-MS結(jié)合多變量分析方法，分析了大腸桿菌O157:H7(E.coliO157:H7)對(duì)電解水和熱處理響應(yīng)的代謝物組成和基因表達(dá)，綜合代謝組和基因組研究結(jié)果表明，電解水和熱處理顯著干擾了與氨基酸代謝、核苷酸合成和脂質(zhì)生物合成功能相關(guān)的代謝途徑，從而部分揭示了電解水和微熱條件對(duì)大腸桿菌的殺菌機(jī)理。

2.3.3 食品的過(guò)敏反應(yīng) 食物過(guò)敏是一種復(fù)雜的異質(zhì)性疾病，影響易過(guò)敏個(gè)體的生活質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至危及生命，由于遺傳背景、環(huán)境和微生物區(qū)系等的復(fù)雜性，準(zhǔn)確、快速、可靠診斷食物過(guò)敏較難實(shí)現(xiàn)[66]。隨著高通量技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用組學(xué)方法可有效探明食物過(guò)敏的發(fā)病機(jī)制，并根據(jù)特定患者的特征確定合適的生物標(biāo)志物，提供個(gè)性化精準(zhǔn)治療[67]。食物過(guò)敏可能與多種基因變異有關(guān)，應(yīng)用基因組學(xué)有助于識(shí)別相關(guān)的常見(jiàn)遺傳變異[68]；轉(zhuǎn)錄組分析可通過(guò)明確過(guò)敏和非過(guò)敏受試者間基因表達(dá)差異[69]，識(shí)別新的免疫過(guò)程；運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)過(guò)敏性蛋白進(jìn)行分析，有助于提高對(duì)過(guò)敏原的了解[70]，闡明各種食源性過(guò)敏蛋白的致敏機(jī)制，將其與臨床結(jié)合，可以此為依據(jù)設(shè)計(jì)合適的治療方法。其中，牛乳過(guò)敏最為普遍，蛋白質(zhì)組學(xué)在牛乳過(guò)敏原定量、診斷、治療和預(yù)后全過(guò)程均可發(fā)揮作用[71]。

3 前景與挑戰(zhàn)

食品是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)前食品領(lǐng)域的研究多局限于單一生物影響因素，而應(yīng)用鳥(niǎo)槍測(cè)序、氣質(zhì)聯(lián)用、高效液相色譜和核磁共振波譜的多組學(xué)技術(shù)可對(duì)特定微生物的基因組、代謝物進(jìn)行分析，基于復(fù)雜體系間的交互影響及動(dòng)態(tài)變化，可揭示食品的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制。隨著各種技術(shù)平臺(tái)的不斷完善，多組學(xué)技術(shù)將在控制食品原料、提升食品品質(zhì)和剖析食品安全機(jī)理方面發(fā)揮更大的技術(shù)支撐作用。組學(xué)技術(shù)與食品的結(jié)合，有望將食品科學(xué)研究從材料學(xué)范疇，拓展到“食品+”的層級(jí)，以食品與人體/環(huán)境的視角切入，通過(guò)大量數(shù)據(jù)的集成，全面研究待分析物的理化變化，有助于充分認(rèn)識(shí)食品的內(nèi)在功能特性。但目前多組學(xué)分析仍存在一定的局限性，如當(dāng)前的提取技術(shù)和檢測(cè)手段尚不能覆蓋所有待檢物，測(cè)定生物活性化合物的儀器檢測(cè)精度和靈敏度有限，且分析過(guò)程中缺乏可供參考、比較的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)處理能力仍有待提升，以上都在一定程度上制約了多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)更高靈敏度和分辨率的檢測(cè)儀器、建立并豐富組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提高多組學(xué)技術(shù)的精度和覆蓋率，進(jìn)一步拓寬其在食品領(lǐng)域研究中的應(yīng)用，不斷推動(dòng)對(duì)食品本質(zhì)的深入了解，這是多組學(xué)有待進(jìn)一步突破的方向所在。