食品微生物與人類健康密切相關，基因組學技術的發(fā)展為食品微生物研究提供了革命性平臺。文章從物種分類鑒定、群落互作、功能機制及安全風險評估4個維度探討基因組學在食品微生物領域中的應用。借助基因組學技術可實現(xiàn)食品微生物的精準分類與鑒定，并闡明發(fā)酵食品中菌種間互作網絡及協(xié)同代謝機制。同時，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。然而，食品微生物基因組學研究仍面臨樣本前處理標準化體系缺失，數據分析流程規(guī)范化不足，功能驗證體系不完善等技術瓶頸。未來，隨著測序技術的創(chuàng)新與人工智能算法的引入，食品微生物基因組學研究將向多組學整合分析轉變，逐步形成以食品微生物組學為核心的研究框架，為提升我國食品產業(yè)核心競爭力，保障國家食品安全提供堅實的科技支撐。
1 基因組學促進對食品微生物物種的認知
傳統(tǒng)的菌種選育方法通過從自然界中收集生物樣本進行分離培養(yǎng)，結合微生物學性狀分析和生理功能評價來篩選優(yōu)良菌種。然而，這種方式存在缺乏靶標，依賴人工經驗，機制不明以及選育周期較長等局限性。相比之下，基因組預測生理特性的方法顯著提升了菌種選育的目標性。此外，基于宏基因組測序技術，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），從而構建食品微生物組數據庫，為食品微生物的研究提供了寶貴的資源。
2 基因組學促進對食品微生物種群互作的認知
食品微生物群落研究的傳統(tǒng)方法主要依賴于菌落計數、顯微鏡觀察和共培養(yǎng)等試驗方法。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雜的代謝聯(lián)系及動態(tài)演替規(guī)律。基于基因組學技術，通過設計物種特異性引物，研究者能夠更準確地解析食品微生物種群的結構、功能及其互作機制。此外，基于基因組學的食品合成生物學設計，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化合物的產量。研究表明，基因組學在解析微生物種群互作機制方面發(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)的調控提供了理論基礎和技術支持。
3 基因組學促進對食品微生物功能的認知
基因組學技術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、生理生化分析和動物實驗等繁瑣步驟，需要從大量菌株中篩選出少數具有特定功能的菌株。這種方法不僅耗時且勞動密集，還存在篩選效率低，準確性不足的局限性。基因組學通過基因序列分析和數據庫篩選，能夠直接識別與特定功能相關的基因簇，并快速定位篩選潛在功能菌株。此類技術顯著降低了研究的人力物力成本，同時提高了功能菌株篩選的精準性。
4 基因組學促進對食品微生物傳播溯源的認知
基因組學技術為解析食品微生物與人體腸道微生物之間的傳播關系提供了全新的視角。通過將人體/食品微生物組數據庫（cFMD）與超過20000個人宏基因組數據進行比對，發(fā)現(xiàn)食物來源的微生物在單個人體樣本中的平均占比為11%，累積相對豐度約為3%，而在嬰兒中這一比例更高，達到56%。菌株水平分析表明，某些食品微生物或能轉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構。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，基因組學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化，發(fā)展出抵抗環(huán)境壓力的能力，從而在人類飲食習慣中獲得選擇性優(yōu)勢。這些研究展示基因組學技術在食品微生物傳播溯源、病原菌監(jiān)測以及益生菌進化研究中的廣泛應用。
5 食品微生物基因組學研究的新進展及未來趨勢和挑戰(zhàn)
隨著組學技術的飛速發(fā)展，食品微生物研究正進入一個多維度整合探索的新階段。未來的研究趨勢主要集中于多組學整合、技術創(chuàng)新、健康關聯(lián)研究以及數據共享與標準化4個方向。通過結合基因組、轉錄組、蛋白質組和代謝組等多維數據，研究人員能夠系統(tǒng)性地解析食品微生物的生理功能、代謝網絡及其與環(huán)境和宿主的交互機制。這種系統(tǒng)生物學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鍵作用，還為開發(fā)新型功能性食品提供了理論依據。整合代謝組和轉錄組數據可以精準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。在技術創(chuàng)新方面，傳統(tǒng)的基因編輯方法存在效率低、操作復雜等問題，而CRISPR技術以其高效、精準的特點，為功能基因驗證和微生物改造提供了強有力的工具。
食品微生物與人類健康的關聯(lián)研究正成為研究的熱點。宏基因組和宏轉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制，并進一步闡明其在疾病預防和健康促進中的作用。這些研究為個性化食品和精準營養(yǎng)方案的開發(fā)提供了科學依據。基于個體基因組和腸道微生物組數據，可以設計適合個體需求的益生菌食品或功能性食品，實現(xiàn)精準營養(yǎng)干預并改善健康狀態(tài)。同時，隨著微生物組數據量的指數級增長，現(xiàn)有數據庫（如cFMD）需要進一步擴展和優(yōu)化，以實現(xiàn)數據的標準化、互操作性和全球化共享。開放的數據平臺不僅為跨學科和跨地區(qū)的協(xié)作研究奠定了基礎，還能加速復雜科學問題的解決和研究成果的轉化。這些新趨勢為食品科學和人類健康帶來了深遠影響，同時也提出數據標準化、技術應用和倫理規(guī)范等方面的挑戰(zhàn)，亟需全球科研界共同努力應對。
6 結論與展望
食品微生物基因組學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”互作研究轉型，多組學整合的應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)生物學方法不僅深化了對食品微生物生態(tài)功能的理解，還推動了食品微生物組數據庫（如cFMD）的構建，為揭示食品微生物通過食物鏈影響人類健康的分子機制奠定了基礎。與此同時，CRISPR基因編輯技術突破了傳統(tǒng)基因改造方法的局限性，實現(xiàn)了微生物功能的精準調控，而合成生物學通過設計交叉喂養(yǎng)網絡顯著提升了代謝產物的工業(yè)合成效率。這些技術進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計提供了科學支撐，也為食品科學領域的創(chuàng)新發(fā)展注入了新的活力。
未來，食品微生物基因組學的研究將聚焦新質生產力的加速應用，推動智能化數據驅動、合成生物學產業(yè)融合和可持續(xù)發(fā)展三大方向的突破。人工智能技術將優(yōu)化基因功能預測與數據分析流程，并通過去中心化數據平臺促進全球協(xié)作；合成生物學將借助模塊化基因設計開發(fā)高附加值產物，并結合個性化微生物組數據實現(xiàn)精準營養(yǎng)；基因組溯源技術與代謝工程的結合將提升食品安全監(jiān)測能力，同時優(yōu)化低碳制造工藝以支持綠色發(fā)展。這些趨勢不僅體現(xiàn)了新質生產力在食品科學領域的深遠影響，也為解決食品安全與可持續(xù)發(fā)展問題提供了技術路徑。未來，全球科研界需協(xié)同努力，推動食品微生物組學研究邁向更高水平與產業(yè)化應用。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=ywQ10qv17SEcqBsJCz8TZDmREihiRHr56RMPHRkDEKgYUrwPowE45P4RPx1uamqh3vystHMdq1VSH0WaDshK8TFTM82ymPzC-xfVPi8SzgQQQI9ZvzXvKjhsPU-ENq3V8Ad0a7Fw4MS9Xf-wh8EPYrCYH4W_vzdEPr8HXwSVvcDQFsIvwccpiQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
