基于代谢组学方法的两株酿酒酵母菌胞内差异代谢产物分析

为了解不同发酵时期的酿酒酵母菌的胞内小分子化合物的代谢状况,该研究应用代谢组学方法,分析了重组酵母菌株N6076及其原始菌株Kh08的胞内差异代谢产物。UPLC-Q-TOF/MS的检测分析结果表明,2株酵母菌不同发酵时间点的胞内小分子代谢产物存在差异,其种类分别为11和10种,且以高丰度的脂类物质居多,其中甲羟戊酸-5-磷酸和胱氨酸分别为2株酵母菌胞内的显著差异代谢产物。应用LC-MS/MS对甲羟戊酸代谢途径中甲羟戊酸-5-磷酸(MVAP)的检测分析结果表明,重组菌株N6076发酵48 h时胞内MVAP浓度为1.32μg/mL,而原始菌株Kh08在相同发酵时间点未检出MVAP。该研究为进一步认识酵母菌胞内小分子化合物的代谢提供了依据。     

乳酸菌胞外多糖研究进展

胞外多糖作为乳酸菌重要的次级代谢产物,形式多样,种类繁多,存在着明显的差异。本文就乳酸菌菌胞外多糖的分类、组成及结构、生物合成及遗传调控、构效关系进行了综述,旨为胞外多糖研究、尤其是胞外多糖的构效关系提供参考。     

冬荪液体深层培养不同时期胞外代谢物研究

为探究冬荪液体深层培养不同时期代谢物动态变化及其关系,基于液体深层培养技术,超高效液相色谱-串联飞行时间质谱联用技术研究了不同发酵时间菌丝体分泌物差异情况。结果表明,534种差异代谢物隶属于有机酸及衍生物、有机氧化合物、苯丙素和聚酮类化合物等13个不同化学类别,有机酸类化合物占比为17.978%是发酵环境成酸性的主要原因。通过主成分分析和正交偏最小二乘判别分析,以FC>1.5或FC<0.67,P value<0.05为条件筛选鉴定到大豆苷,大豆苷元,水苏糖,反式-4-羟基-L-脯氨酸,L-二氢月桂酸盐,UDP-GlcNAc等37种特征代谢物。KEGG通路分析表明,差异代谢物显著富集在ABC转运蛋白、cAMP信号通路、半乳糖代谢等86条代谢途径,推测了冬荪水苏糖等胞外多糖的合成路径,对鬼笔属真菌胞外多糖研究具有指导意义。不同发酵时间代谢物种类和数量远高于已研究报道的子实体和菌丝体化学成分,为今后深层研究冬荪活性成分提供理论参考。     

基于GC-TOF-MS的大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中代谢产物分析

为了解大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中代谢产物的差异及变化，采用气相色谱-飞行时间质谱技术对发酵30 d的大黄鱼鱼卵鱼露进行监测。对所得的数据进行多元统计分析，根据统计学上显著差异P值不大于0.05，且正交偏最小二乘判别分析第1主成分变量重要性值投影值不小于1的条件对差异代谢物进行筛选并进行凝聚层次聚类。结果表明：大黄鱼鱼卵鱼露发酵过程中的显著差异代谢产物共有46 种，其中包括10 种糖、9 种醇、7 种氨基酸、6 种有机酸、4 种酯、3 种醛、1 种脂肪酸以及6 种其他化合物。差异代谢产物主要参与的代谢通路为缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，蛋白质消化吸收，半乳糖代谢，氨酰-tRNA生物合成，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，硫代葡萄糖苷生物合成，三羧酸循环，氨基酸的生物合成，莽草酸类生物碱的生物合成，磷酸肌醇代谢，不饱和脂肪酸的生物合成。所映射出的15 种极显著差异代谢物中氨基酸类代谢物参与了多条代谢通路。本研究结果为大黄鱼鱼卵鱼露的工业化提供一定理论依据。     

基于非靶向代谢组学分析黄桃果肉褐变过程中代谢产物的差异

以黄桃果实为试验材料,利用非靶向代谢组学研究其贮藏期间不同褐变程度果肉中的代谢物差异。采用主成分分析、聚类分析、正交偏最小二乘判别分析等方法分析不同褐变程度果肉中的差异代谢产物。结果表明:PE包装明显降低了黄桃果肉褐变指数,以无褐变的果肉为对照,共检出991种代谢物。在CK 12 d vs CK 0 d样本中,共检出206种显著上调代谢物和26种显著下调代谢物,而在PE 12 d vs CK 0 d样本中,共检出145种显著上调代谢物和58种显著下调代谢物。经HMDB通路分析,代谢物主要富集在13条通路中,其中,富集排名前6的通路分别是丙烷和聚酮化合物、脂质和类脂质分子、有机杂环化合物、有机酸及其衍生物、苯甲酸酯类、有机氧化合物。KEGG通路分析表明,代谢物主要富集在10条通路中,其中,富集排名前4的通路为其它次生代谢产物的生物合成、氨基酸代谢、辅因子和维生素的代谢通路,其它氨基酸代谢等通路。研究从代谢组学角度初步揭示了黄桃果肉褐变过程中代谢产物的差异性,为提高黄桃果实品质提供理论参考。     

液相色谱/四极杆飞行时间串联质谱筛选产β-丙氨酸甜菜碱芽胞杆菌

目的筛选产β-丙氨酸甜菜碱的芽胞杆菌菌株。方法用TSB液体培养基制备32个芽胞杆菌菌株的发酵液样品,采用液相色谱-四级杆飞行时间串联质谱结合Metlin数据库检索的方法对这些菌株的发酵液胞外成分进行分析。结果在供试的32个菌株中,只在蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus FJAT-16152)的胞外代谢产物中检测到β-丙氨酸甜菜碱的存在,该菌株培养液中β-丙氨酸甜菜碱的相对含量为1.47%,β-丙氨酸甜菜碱在谱库检索得分为96.58%。结论蜡样芽胞杆菌FJAT-16152为β-丙氨酸甜菜碱高产菌株。该研究可为芽胞杆菌来源活性物质的开发与利用提供理论依据。     

基于非靶向代谢组学的蓝莓酵素和沙棘酵素代谢产物特征比较

为了探索不同酵素之间代谢产物的差异性，本研究以自然发酵的蓝莓酵素和沙棘酵素为样品，使用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱测定两种酵素样品中全部代谢物丰度，并对代谢物进行筛选和鉴定，利用代谢组学方法分析蓝莓酵素和沙棘酵素的代谢产物差异。结果表明，两种酵素样品中关键性代谢差异物为9种，通过KEGG数据库的比对分析可知富集代谢产物较多且显著性高的关键代谢通路有6条，主要体现在黄酮和黄酮醇的生物合成，泛酸和辅酶A的生物合成，酪氨酸代谢，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，脯氨酸和精氨酸代谢，谷胱甘肽代谢。基于非靶向代谢组学分析，该文初步揭示了蓝莓和沙棘酵素代谢产物差异性，为水果酵素功能性的比较研究提供一定的理论基础和依据。     

长期发酵大头菜差异代谢物及其关联代谢通路分析

为探究工业化生产不同超长周期发酵大头菜代谢物的差异及其主要关联代谢通路,采用液相色谱-串联质谱技术结合多元统计分析,测定并比较0、5、10 a大头菜的代谢物。结果表明,发酵0 a与5 a、发酵5 a与10 a、发酵0 a与10 a分别鉴定出53、113 种和174 种差异代谢物（变量投影重要性值＞1.3,P＜0.05）,主要为有机酸、氨基酸及核酸及其衍生物等。3 个处理组共同的差异代谢物有19 种,包含L-苯丙氨酸、β-D-果糖-6-磷酸等。差异代谢物京都基因与基因组百科全书通路富集分析显示,苯丙氨酸代谢、磷酸戊糖途径、果糖和甘露糖代谢途径与主要差异代谢物相关性最显著。本研究揭示了不同超长周期发酵大头菜代谢物的差异和主要差异代谢物及其关联代谢通路,为定向调控大头菜特征代谢物的生物合成提供一定理论依据。     

基于非靶向代谢组学分析老面酵头传代发酵过程中的代谢差异

以老面酵头为研究对象,采用基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-QTOF-MS）的非靶向代谢组学分析技术对老面酵头传代发酵过程的差异代谢物进行鉴定分析,并研究老面酵头传代发酵过程中的风味特征代谢物的相对含量变化和关键代谢通路。结果表明,传代发酵1代、2代和4代的代谢产物存在差异,共鉴定出54种差异代谢物,主要的差异代谢物种类为氨基酸及肽类、有机酸类和糖类。共检索到15条与差异代谢物相关性高的关键代谢通路和14种主要参与的差异代谢物,其中关键代谢物为D-麦芽糖、鞘氨醇、L-谷氨酸、纤维二糖、鞘磷脂、甘油磷酸胆碱。该研究从代谢组学角度初步揭示了老面酵头传代发酵过程的代谢产物差异性以及特征化合物,为进一步对老面酵头发酵过程中的风味调控机制提供理论依据。     

常见食源性致病菌胞外代谢轮廓分析

寻找常见食源性致病菌间特征性代谢产物,是研发食品安全快速高效监控技术的基础。本文直接利用常见食源性致病菌发酵液冻干,经硅烷化试剂衍生,并采用气相色谱-质谱技术(GC-MS)对代谢产物进行分析,同时进行NIST11谱图库检索并分类,并对数据进行热图和主成分(PCA)分析。研究发现,发酵液中有大量有机酸、醇类和胺类等物质产生,且菌种间各代谢产物种类和相对含量差异显著;同时各菌间含有丰富的特有代谢产物,其中部分特有代谢产物在其他菌株中未见报道。通过热图和PCA分析各菌株胞外代谢轮廓可知,24 h时各菌株间能够明显区分,同时去除糖类和氨基酸后,PCA区分鉴定效果明显提高,尤其在24 h时最好。研究表明,胞外代谢轮廓分析可以用于寻找常见食源性致病菌生物标志物和菌种区分鉴定,同时部分菌种间特有的代谢产物有望成为常见食源性致病菌潜在生物标志物。     

基于UPLC-QTOF-MS的单增李斯特菌复方新诺明耐药性菌株代谢组学分析

采用非靶标代谢组学方法,研究单增李斯特菌复方新诺明耐药株和敏感株的代谢组学差异.以复方新诺明(SXT)耐药株和敏感株为研究对象,使用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术(UPLC-QTOF-MS)获得菌株胞内代谢轮廓信息,建立OPLS-DA判别模型,并对差异化合物的数量、种类及其在代谢通路中的调控表达进行分析.结...     

基于非靶向代谢组学分析副干酪乳杆菌发酵枸杞汁各阶段代谢差异

为研究副干酪乳杆菌NXU-19004发酵对枸杞汁品质特性的影响,采用气相色谱-质谱非靶向代谢组学技术对4 种不同阶段枸杞发酵液差异代谢物进行鉴定分析,结合主成分分析和偏最小二乘判别分析对其进行精确区分。再通过京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）数据库注释差异代谢物参与的代谢途径,从中筛选出关键代谢物。结果表明,4 种发酵液共检测到63 种非挥发性差异代谢物,其中氨基酸类、有机酸类、酯类等成分在枸杞发酵液中平均相对丰度总体呈上升趋势。多元统计分析结果显示,各样品之间差异显著,均有明显样本聚集区,表明代谢产物可用于甄别发酵阶段。共注释到47 条代谢途径,富集代谢产物较多且显著性高的关键通路有9 条,且多与氨基酸代谢相关,可见发酵阶段对枸杞发酵液中氨基酸类物质的代谢影响最大。进一步确认了关键代谢物为丙氨酸、柠檬烯、苯甲醛、苯甲酸、烟酰胺、烟酸、角鲨烯、脯氨酸、肌氨酸、2-苯基乙酰胺。该研究从代谢组学角度初步揭示了枸杞及其乳酸菌发酵产品的代谢产物差异性以及特征化合物,为进一步研究影响乳酸菌发酵形成差异的因素提供理论依据。     

基于代谢组学分析Slr0643蛋白在调控集胞藻PCC6803葡萄糖混养适应中的重要性

本研究文采用集胞藻PCC6803野生型藻株和Slr0643敲除突变体(Δslr0643)藻株,通过生理实验和基于气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术的植物代谢组学分析,对Slr0643蛋白调控集胞藻PCC6803葡萄糖混养适应的机制进行探讨。在2.5 mM葡萄糖混养条件下,野生型藻株的生长速率较光自养条件明显加快,而Δslr0643藻株的生长速率较光自养条件显著下降,在添加葡萄糖其混养培养4 d后的OD730值仅为野生型藻株的47.25%,且其利用葡萄糖的速率也始终低于野生型藻株。通过对野生型藻株和Δslr0643藻株在2.5m M葡萄糖混养过程中细胞内代谢物进行鉴定,发现了显著差异代谢物各11种,其中,有9种差异代谢物在野生型藻株混养过程中含量明显上升。通过对各时间点下突变体相对于野生型的差异代谢物所参与的代谢通路进行富集分析发现,差异代谢物主要富集在三羧酸循环、丙酮酸代谢、谷氨酸代谢等8个代谢途径,表明Slr0643通过参与调控这些代谢途径使集胞藻PCC6803适应葡萄糖混养。本研究发现了slr0643的缺失使细胞内多种代谢途径受损,从而使细胞无法正常利用葡萄糖,揭示了Slr0643蛋白在集胞藻葡萄糖混养适应中扮演着重要的作用。     

气相色谱-质谱法分析冷鲜滩羊肉微生物差异代谢物

以托盘密封包装的冷鲜滩羊肉为研究对象,基于气相色谱-质谱平台对其中微生物的代谢物组进行检测,区分不同贮藏时间生物样本之间的差异,寻找出造成上述差异的变量或分子,并将该差异物映射到滩羊肉主要腐败菌假单胞菌属(Pseudomonas)相应的代谢途径中,分析其代谢的相对强度。采用模式识别方式正交偏最小二乘法判别分析将不同贮藏时间组完全区分。结果表明:该差异代谢物所映射的代谢途径中三羧酸循环、精氨酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸代谢及磷酸戊糖途径的代谢强度相对较高。说明基于气相色谱-质谱技术对微生物的代谢物组进行检测,寻找并鉴定差异代谢物是可行的。     

Metabolomic analysis of significant changes in Lactobacillus casei Zhang during culturing to generation 4,000 under conditions of glucose restriction

Lactic acid bacteria are being consumed more frequently as awareness of their health benefits has increased. The industrial production of lactic acid bacteria requires a comprehensive understanding of their survival stress, especially regarding changes in metabolic substances in a glucose-limited environment. In the present study, a metabolomic approach was applied to investigate Lactobacillus casei Zhang using cultures from a common ancestor that were permitted to evolve under conditions with normal or glucose-restricted media for up to 4,000 generations. Metabolomic analyses of intracellular and extracellular differential metabolites under De Man, Rogosa and Sharpe broth (2% vol/vol glucose; Oxoid Ltd., Basingstoke, UK) and glucose-restricted (0.02% vol/vol glucose in De Man, Rogosa and Sharpe broth) conditions were performed at generations 0, 2,000, and 4,000 and revealed 23 different metabolites. Myristic acid, ergothioneine, Lys-Thr, and palmitamide contents exhibited significant reductions between 0 and 4,000 generations, whereas nicotinate, histidine, palmitic acid, l-lysine, urocanate, thymine, and other substances increased. The dynamics of the pathways involved in AA metabolism, including glycine, serine, and threonine metabolism, histidine metabolism, lysine degradation, and arginine and proline metabolism, were also a focus of the present study. There were also changes in several other metabolic pathways, including vitamin B₆, thiamine, nicotinate, and nicotinamide, according to generation time. Additionally, in the present study we screened for key metabolites involved in the glucose-restricted response and provided a theoretical basis for comprehensively revealing the regulatory mechanisms associated with L. casei Zhang glucose restriction at the metabolic level. These findings also provide novel ideas and methods for analyzing the glucose-restricted stress response at the metabolic level.     

Understanding the metabolic burden of recombinant antibody production in Saccharomyces cerevisiae using a quantitative metabolomics approach

The cellular changes induced by heterologous protein expression in the yeast Saccharomyces cerevisiae have been analysed on many levels and found to be significant. However, even though high‐level protein production poses a metabolic burden, evaluation of the expression host at the level of the metabolome has often been neglected. We present a comparison of metabolite profiles of a wild‐type strain with those of three strains producing recombinant antibody variants of increasing size and complexity: an scFv fragment, an scFv–Fc fusion protein and a full‐length IgG molecule. Under producing conditions, all three recombinant strains showed a clear decrease in growth rate compared with the wild‐type strain and the severity of the growth phenotype increased with size of the protein. The levels of 76 intracellular metabolites were determined using a targeted (semi) quantitative mass spectrometry based approach. Based on unsupervised and supervised multivariate analysis of metabolite profiles, together with pathway activity profiling, the recombinant strains were found to be significantly different from each other and from the wild‐type strain. We observed the most prominent changes in metabolite levels for metabolites involved in amino acid and redox metabolism. Induction of the unfolded protein response was detected in all producing strains and is considered to be a contributing factor to the overall metabolic burden on the cells.     

金黄色葡萄球菌污染牛奶后的代谢产物研究

为解决食品安全中存在的隐患,作者构建了气相色谱-质谱（GC-MS）结合顶空固相微萃取（HS/SPME）技术用于探究金黄色葡萄球菌的挥发性代谢产物,并结合代谢组学和基因组学分析牛奶中金黄色葡萄球菌的差异性代谢产物及其代谢途径。结果表明,金黄色葡萄球菌的差异性代谢物包括N-甲硫基甲酰胺、1-丁醇、乙酸、乙苯、均三甲苯、辛酸、苯甲酸、正癸酸、十二烷酸、乙醇、苯酚和丙二醇。之后对其进行基因组学分析得到金黄色葡萄球菌主要是以基础的生命代谢为主,明确了代谢网络中参与代谢的物质（乙醇、乙酸、1-丁醇）的代谢途径和相关基因。本研究为金黄色葡萄球菌的生物标志物研究提供了理论基础。     

糙米和大米非靶向代谢组学分析

为分析全谷物糙米和大米的差异代谢产物及其代谢途径，采用液相色谱-串联质谱联用非靶向代谢组学技术，分析糙米碾磨前后的代谢物变化和主要参与代谢途径。通过单变量和主成分分析、偏最小二乘判别分析和聚类分析等多变量统计分析发现，在差异倍数不小于1.2或不大于0.833 3、P＜0.05、变量投影重要性值不小于1的条件下，正离子模式下检测到糙米和大米中显著变化的差异代谢物为460 种（其中上调300 种、下调160 种），负离子模式下检测到糙米和大米中显著变化的差异代谢物为579 种（其中上调383 种、下调196 种）；正离子模式下主要参与代谢途径为2 条（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、组氨酸代谢），参与代谢物为4 种；负离子模式下主要参与代谢途径为5 条（甜菜碱生物合成、C5-支链二元酸代谢、嘌呤代谢、玉米素生物合成和碳代谢），参与代谢物为10 种。结果发现，全谷物糙米与大米相比，差异代谢物上调为主，而且通过影响氨基酸代谢、碳代谢、嘌呤代谢、玉米素代谢和甜菜碱生物合成等代谢途径，调节米糠和胚中多种氨基酸、多酚、脂肪酸类物质含量，提升稻米的营养品质。本研究为全谷物糙米的营养评价提供理论依据，为以糙米为原料的相关加工技术和产品的开发提供基础。