基因组学在食品安全微生物监控中的应用

随着测序技术和生物信息学的发展,基于高通量的全基因组测序技术(WGS)在食品安全领域的运用越来越广泛,尤其在食源性疾病暴发病原的检测与诊断上具有明显的优势。与传统的检测手段相比,基于全基因组测序的检测技术具有覆盖面广、灵敏度高和遗传信息丰富的优点。本文综述了全基因组测序技术的主要方法及基本原理,总结了国内外全基因组测序技术用于食源性微生物检测的研究进展,并对组学技术包括转录组学、宏基因组学、代谢组学等在食品安全检测领域的应用进行了分析和展望。     

食源性致病微生物分型溯源技术及研究进展

分型溯源技术是研究致病微生物暴发、分析暴发源头的重要方法,在食品安全监管处置中发挥着重要的作用。传统的分型溯源技术在致病微生物暴发检测中发挥着重要的作用,并在不断的发展完善当中,同时以全基因组测序为基础的基因分型溯源技术也因其较高的分辨率也受到了越来越多的关注。本文就近几年国内外快速发展完善的食源性致病微生物分型溯源技术进行综述,为我国食源性致病微生物的精准分型以及溯源网络的建设提供较为全面的参考。     

DNA及基因组改组在代谢工程中的应用

代谢工程是应用分子生物学与反应工程的结合,已发展成为菌种改进的平台技术.后基因组学时代的基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢物组学等为代谢工程的发展提供了极好的机遇.DNA改组及基因组改组可以构建新的代谢途径、对已知或未知的代谢途径进行快速优化,极大地促进了代谢工程的进一步发展和应用.DNA改组及基因组改组技术可以加深对代谢网络及其分子调节机制的理解,是对合理代谢设计策略的完善和补充.本文首先分别介绍了DNA改组、基因组改组在代谢工程中的应用,进而展望了基于基因组改组的代谢工程方法步骤及发展方向.     

基因组改组及代谢通量分析在产核黄素Bacillus subtilis性能改进中的应用

综合应用基因组改组和DNA重组技术改进了核黄素生产菌B.subtilis 24/pMX45的性状,在B.subtilis染色体上整合和扩增了多个B.subtilis 24的核黄素操纵子拷贝,并经过两轮的基因组改组后筛得菌株B.subtilis RH33/pMX45,在以12%葡萄糖为碳源的分批发酵中,其核黄素产量约为B.subtilis 24/pMX45的2倍,并具有快速同化利用葡萄糖、生长迅速、可形成感受态和进行基因整合、扩增等优良性状.随后比较分析了三株产核黄素B.subtilis在间歇培养条件下的代谢通量分布,通量分析和实验结果表明,B.subtilis RH33/pMX45中核黄素合成的主要通量限制因素存在于从5-磷酸核酮糖到GTP的一系列反应中.     

广西单核细胞增生李斯特菌的流行率、毒力特征和分子分型研究

目的 比较广西不同种类食品中单核细胞增生李斯特菌（以下简称单增李斯特菌）的流行情况、毒力特征和分子分型特征，更好地了解单增李斯特菌的遗传特点及其传播的潜力。方法 对来自2002—2020年的210株单增李斯特菌进行全基因组测序（WGS），分析其序列分型（ST）、克隆群（CC）型及毒力基因。结果 2002—2020年广西53.8%单增李斯特菌分离株来源于肉与肉制品，59.0%分离株来自于谱系Ⅱ，优势ST型为ST8和ST9。79.4%菌株携带LIPI-1基因（hly、prfA、plcA、plcB、mpl、actA），83.7%菌株携带LIPI-2基因（inlC、inlF、inlJ、inlK）。17.6%菌株携带LIPI-3基因（llsA、llsB、llsD、llsG、llsH、llsP、llsX、llsY）。结论 肉与肉制品是广西单增李斯特菌检出率最高的食品类型，分子分型结果证实了单增李斯特菌种群具有高度的遗传多样性，WGS的高分辨力可用于监测食源性单增李斯特菌病的暴发。毒力基因的分布表明广西单增李斯特菌存在不同程度毒力基因的缺失，应警惕高致病性的菌株引起的食源性暴发事件。     

后发酵茶中短短芽孢杆菌产酶能力及其在茶叶渥堆过程酶活性分析

目的 全面了解源自后发酵茶中短短芽孢杆菌（Brevibacillus brevis）的产酶特性，揭示其对后发酵茶品质形成的作用。方法 对短短芽孢杆菌进行全基因组测序和关键酶预测，结合预测结果对短短芽孢杆菌进行纯培养、接种茶叶渥堆，分析其纯培养和参与茶叶渥堆过程的产酶能力、酶活性及渥堆茶叶主要品质成分的动态变化。结果 测序结果表明短短芽孢杆菌糖苷水解酶、糖基转移酶得到注释基因最多，分别占比39.22%和32.33%。在短短芽孢杆菌的纯培养和参与茶叶渥堆过程中，短短芽孢杆菌具有产生蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的能力，其中蛋白酶、淀粉酶和果胶酶活性较强，纯培养条件下蛋白酶酶活力最高可达到550.91U/mL；相较于液体纯培养，在茶叶基质上培养有助于短短芽孢杆菌纤维素酶酶活力的提高，增幅达到691.02%；在短短芽孢杆菌参与的茶叶渥堆过程中，茶多酚、儿茶素、氨基酸和黄酮呈现下降趋势，茶多酚最大降幅为80.61%，咖啡碱检测含量显著增加，增幅最大为56.15%；相关性分析结果表明，渥堆过程短短芽孢杆菌产生的纤维素酶等与茶叶品质成分的变化表现出显著的正相关。结论 短短芽孢杆菌在后发酵茶渥堆过程可以分泌多种胞外酶，通过酶促作用影响后发酵茶理化成分的改变。     

柠檬酸杆菌基因组多位点序列分型(in silico MLST)研究

对4株柠檬酸杆菌分离株进行全基因测序分析，并基于基因组序列进行16s rRNA、多位点序列分型(in silico MLST)及其遗传进化关系研究。对分离的4株柠檬酸杆菌进行全基因组测序，经拼接得到全基因组序列，然后进行16S rRNA物种鉴定、in silico MLST分析，并基于MLST分型构建遗传进化树，分析分离株的遗传进化关系。全基因组测序分析结果表明，柠檬酸杆菌的基因组大小介于4.771～5.477 Mb之间，平均为5.03 Mb;基因数量在4 591～5 334之间，平均为4 871个。16s rRNA分析结果表明，4株柠檬酸杆菌分离菌中有3株为布雷氏柠檬酸杆菌，1株为沃克曼氏柠檬酸杆菌。MLST分析结果表明，4株柠檬酸杆菌均是新的ST型。该研究分析了4株柠檬酸杆菌的基因组，基因组MLST分型分析表明4株分离菌均为新ST型，丰富了柠檬酸杆菌的菌种资源和遗传信息，为柠檬酸杆菌的防控、溯源奠定了基础。     

金黄色葡萄球菌基因组DNA提取方法的优化

实验分别采用CTAB法、碱法、改良型碱法、改良型SDS法等提取金黄色葡萄球菌基因组DNA,比较其提取质量,对金黄色葡萄球菌总DNA提取方法进行优化,以便高效、节约的应用于聚合酶链式反应(PCR)等分子生物学研究。结果表明:改良型SDS法稳定性好,能够有效破壁,DNA的质量高,A260/A280为1.76,介于1.75~1.85之间。提取所需时间较少,仅需40 min,有利于金黄色葡萄球菌总DNA高效、快捷的提取。     

基于宏基因组测序技术解析市售强化酒曲微生物群落结构和功能特征

强化酒曲是酒厂提高酒曲性能和酒质水平的重要手段。该研究以两种不同类型的强化酒曲为研究对象，通过培养方法和宏基因组测序技术分别对其中的可培养微生物和菌群群落结构及功能进行解析。共从强化酒曲中分离得到15株酵母菌、3株细菌和2株霉菌。费比恩赛伯林德纳氏酵母和酿酒酵母是分离得到的主要微生物菌种。宏基因组学测序结果显示，不同类型强化酒曲微生物的差异主要体现在优势菌群相对丰度方面而非构成方面。具体而言，白酒曲拥有更高的酿酒酵母丰度，在功能方面白酒曲中的微生物具有潜在更强的增殖能力，有利于快速增加发酵体系中酿造微生物的丰度。而增香酒曲除了含较多的酿酒酵母外，还拥有众多与白酒风味物质产生相关的功能菌如米根霉、类肠膜魏斯氏菌、融合魏斯氏菌、蜡样芽孢杆菌等，在功能方面具有潜在更强的风味物质产生能力。此外，该研究还在强化酒曲中检测到了青霉菌、肺炎克雷伯菌等对白酒品质存在不利影响的微生物，预示着市售强化酒曲的质量存在进一步提升的空间。     

基于复合诱变选育高抑菌活性植物乳杆菌

为了获得高抑菌性能的乳酸菌，以植物乳杆菌DY6为出发菌株，首先对其进行常压室温等离子体（atmospheric room temperature plasma, ARTP）和亚硝基胍（nitrosoguanidine，NTG）的复合诱变，获得了抑菌活性较强的诱变菌株AN-55、AN-58及AN-68，其抑菌活性分别提高了19.83%、21.91%和18.40%。随后，经遗传稳定性实验发现菌株AN-55的抑菌性能更加稳定，8次传代后其抑菌活性较野生型菌株仍能提高20.51%。与此同时，菌株AN-55的基因组重测序结果表明plnK、cps4G、pts9D等基因序列的改变可能对提高菌株抑菌活性有重要影响，为植物乳杆菌在天然防腐剂和抗生素替代物的应用奠定了理论基础。