食品微生物與人類健康密切相關(guān)，基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展為食品微生物研究提供了革命性平臺(tái)。文章從物種分類鑒定、群落互作、功能機(jī)制及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4個(gè)維度探討基因組學(xué)在食品微生物領(lǐng)域中的應(yīng)用。借助基因組學(xué)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)食品微生物的精準(zhǔn)分類與鑒定，并闡明發(fā)酵食品中菌種間互作網(wǎng)絡(luò)及協(xié)同代謝機(jī)制。同時(shí)，通過解析功能基因，為益生菌功能研究提供分子水平新視角，并在食源性致病菌溯源方面展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。然而，食品微生物基因組學(xué)研究仍面臨樣本前處理標(biāo)準(zhǔn)化體系缺失，數(shù)據(jù)分析流程規(guī)范化不足，功能驗(yàn)證體系不完善等技術(shù)瓶頸。未來，隨著測(cè)序技術(shù)的創(chuàng)新與人工智能算法的引入，食品微生物基因組學(xué)研究將向多組學(xué)整合分析轉(zhuǎn)變，逐步形成以食品微生物組學(xué)為核心的研究框架，為提升我國(guó)食品產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，保障國(guó)家食品安全提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。
1 基因組學(xué)促進(jìn)對(duì)食品微生物物種的認(rèn)知
傳統(tǒng)的菌種選育方法通過從自然界中收集生物樣本進(jìn)行分離培養(yǎng)，結(jié)合微生物學(xué)性狀分析和生理功能評(píng)價(jià)來篩選優(yōu)良菌種。然而，這種方式存在缺乏靶標(biāo)，依賴人工經(jīng)驗(yàn)，機(jī)制不明以及選育周期較長(zhǎng)等局限性。相比之下，基因組預(yù)測(cè)生理特性的方法顯著提升了菌種選育的目標(biāo)性。此外，基于宏基因組測(cè)序技術(shù)，研究者能夠從發(fā)酵食品和糞便樣品中提取并組裝大量此前未被描述的物種基因組（MAGs），從而構(gòu)建食品微生物組數(shù)據(jù)庫，為食品微生物的研究提供了寶貴的資源。
2 基因組學(xué)促進(jìn)對(duì)食品微生物種群互作的認(rèn)知
食品微生物群落研究的傳統(tǒng)方法主要依賴于菌落計(jì)數(shù)、顯微鏡觀察和共培養(yǎng)等試驗(yàn)方法。這些方法雖能夠揭示微生物群落的基本組成和部分交互作用，但它們通常局限于現(xiàn)象的描述，難以深入解析微生物間復(fù)雜的代謝聯(lián)系及動(dòng)態(tài)演替規(guī)律。基于基因組學(xué)技術(shù)，通過設(shè)計(jì)物種特異性引物，研究者能夠更準(zhǔn)確地解析食品微生物種群的結(jié)構(gòu)、功能及其互作機(jī)制。此外，基于基因組學(xué)的食品合成生物學(xué)設(shè)計(jì)，開發(fā)了工程化交叉喂養(yǎng)策略，顯著提升了高附加值目標(biāo)化合物的產(chǎn)量。研究表明，基因組學(xué)在解析微生物種群互作機(jī)制方面發(fā)揮了重要作用，為食品發(fā)酵工業(yè)的優(yōu)化和腸道微生態(tài)的調(diào)控提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
3 基因組學(xué)促進(jìn)對(duì)食品微生物功能的認(rèn)知
基因組學(xué)技術(shù)的革新顯著提升了食品微生物功能研究的效率和精確性。傳統(tǒng)研究方法依賴于菌株分離、生理生化分析和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等繁瑣步驟，需要從大量菌株中篩選出少數(shù)具有特定功能的菌株。這種方法不僅耗時(shí)且勞動(dòng)密集，還存在篩選效率低，準(zhǔn)確性不足的局限性?；蚪M學(xué)通過基因序列分析和數(shù)據(jù)庫篩選，能夠直接識(shí)別與特定功能相關(guān)的基因簇，并快速定位篩選潛在功能菌株。此類技術(shù)顯著降低了研究的人力物力成本，同時(shí)提高了功能菌株篩選的精準(zhǔn)性。
4 基因組學(xué)促進(jìn)對(duì)食品微生物傳播溯源的認(rèn)知
基因組學(xué)技術(shù)為解析食品微生物與人體腸道微生物之間的傳播關(guān)系提供了全新的視角。通過將人體/食品微生物組數(shù)據(jù)庫（cFMD）與超過20000個(gè)人宏基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)食物來源的微生物在單個(gè)人體樣本中的平均占比為11%，累積相對(duì)豐度約為3%，而在嬰兒中這一比例更高，達(dá)到56%。菌株水平分析表明，某些食品微生物或能轉(zhuǎn)移到人類腸道并定植（如副干酪乳桿菌），而一些菌種（如解沒食子酸鏈球菌和黏膜黏液乳桿菌）則顯示出在食品和人體之間趨異的基因組結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)揭示了食品微生物在人類腸道菌群建立過程中的重要作用。同時(shí)，基因組學(xué)研究還揭示了乳酸菌在不同文化背景和環(huán)境壓力下通過基因簇的進(jìn)化，發(fā)展出抵抗環(huán)境壓力的能力，從而在人類飲食習(xí)慣中獲得選擇性優(yōu)勢(shì)。這些研究展示基因組學(xué)技術(shù)在食品微生物傳播溯源、病原菌監(jiān)測(cè)以及益生菌進(jìn)化研究中的廣泛應(yīng)用。
5 食品微生物基因組學(xué)研究的新進(jìn)展及未來趨勢(shì)和挑戰(zhàn)
隨著組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，食品微生物研究正進(jìn)入一個(gè)多維度整合探索的新階段。未來的研究趨勢(shì)主要集中于多組學(xué)整合、技術(shù)創(chuàng)新、健康關(guān)聯(lián)研究以及數(shù)據(jù)共享與標(biāo)準(zhǔn)化4個(gè)方向。通過結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組等多維數(shù)據(jù)，研究人員能夠系統(tǒng)性地解析食品微生物的生理功能、代謝網(wǎng)絡(luò)及其與環(huán)境和宿主的交互機(jī)制。這種系統(tǒng)生物學(xué)方法不僅能夠揭示食品微生物在發(fā)酵、保鮮和食品安全中的關(guān)鍵作用，還為開發(fā)新型功能性食品提供了理論依據(jù)。整合代謝組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)定位食品微生物的代謝瓶頸，從而優(yōu)化發(fā)酵工藝或提升食品品質(zhì)。在技術(shù)創(chuàng)新方面，傳統(tǒng)的基因編輯方法存在效率低、操作復(fù)雜等問題，而CRISPR技術(shù)以其高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，為功能基因驗(yàn)證和微生物改造提供了強(qiáng)有力的工具。
食品微生物與人類健康的關(guān)聯(lián)研究正成為研究的熱點(diǎn)。宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組分析揭示了食品微生物通過食物鏈傳遞至人體腸道微生物組的機(jī)制，并進(jìn)一步闡明其在疾病預(yù)防和健康促進(jìn)中的作用。這些研究為個(gè)性化食品和精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)方案的開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。基于個(gè)體基因組和腸道微生物組數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)適合個(gè)體需求的益生菌食品或功能性食品，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)并改善健康狀態(tài)。同時(shí)，隨著微生物組數(shù)據(jù)量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫（如cFMD）需要進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、互操作性和全球化共享。開放的數(shù)據(jù)平臺(tái)不僅為跨學(xué)科和跨地區(qū)的協(xié)作研究奠定了基礎(chǔ)，還能加速?gòu)?fù)雜科學(xué)問題的解決和研究成果的轉(zhuǎn)化。這些新趨勢(shì)為食品科學(xué)和人類健康帶來了深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也提出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)應(yīng)用和倫理規(guī)范等方面的挑戰(zhàn)，亟需全球科研界共同努力應(yīng)對(duì)。
6 結(jié)論與展望
食品微生物基因組學(xué)研究正逐步從單一菌株分析向系統(tǒng)性“微生物組-宿主-環(huán)境”互作研究轉(zhuǎn)型，多組學(xué)整合的應(yīng)用為解析微生物多樣性、功能基因及其傳播規(guī)律提供了重要工具。這種系統(tǒng)生物學(xué)方法不僅深化了對(duì)食品微生物生態(tài)功能的理解，還推動(dòng)了食品微生物組數(shù)據(jù)庫（如cFMD）的構(gòu)建，為揭示食品微生物通過食物鏈影響人類健康的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。與此同時(shí)，CRISPR基因編輯技術(shù)突破了傳統(tǒng)基因改造方法的局限性，實(shí)現(xiàn)了微生物功能的精準(zhǔn)調(diào)控，而合成生物學(xué)通過設(shè)計(jì)交叉喂養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)顯著提升了代謝產(chǎn)物的工業(yè)合成效率。這些技術(shù)進(jìn)展不僅為益生菌的功能優(yōu)化、食品安全防控及功能性食品的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)支撐，也為食品科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展注入了新的活力。
未來，食品微生物基因組學(xué)的研究將聚焦新質(zhì)生產(chǎn)力的加速應(yīng)用，推動(dòng)智能化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)融合和可持續(xù)發(fā)展三大方向的突破。人工智能技術(shù)將優(yōu)化基因功能預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)分析流程，并通過去中心化數(shù)據(jù)平臺(tái)促進(jìn)全球協(xié)作；合成生物學(xué)將借助模塊化基因設(shè)計(jì)開發(fā)高附加值產(chǎn)物，并結(jié)合個(gè)性化微生物組數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)；基因組溯源技術(shù)與代謝工程的結(jié)合將提升食品安全監(jiān)測(cè)能力，同時(shí)優(yōu)化低碳制造工藝以支持綠色發(fā)展。這些趨勢(shì)不僅體現(xiàn)了新質(zhì)生產(chǎn)力在食品科學(xué)領(lǐng)域的深遠(yuǎn)影響，也為解決食品安全與可持續(xù)發(fā)展問題提供了技術(shù)路徑。未來，全球科研界需協(xié)同努力，推動(dòng)食品微生物組學(xué)研究邁向更高水平與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=ywQ10qv17SEcqBsJCz8TZDmREihiRHr56RMPHRkDEKgYUrwPowE45P4RPx1uamqh3vystHMdq1VSH0WaDshK8TFTM82ymPzC-xfVPi8SzgQQQI9ZvzXvKjhsPU-ENq3V8Ad0a7Fw4MS9Xf-wh8EPYrCYH4W_vzdEPr8HXwSVvcDQFsIvwccpiQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
