代謝足跡給我們提供了功效基因組學(xué)和菌株特征一些主要信息代謝足跡為科學(xué)家對(duì)細(xì)胞通訊，代謝工程和生物技術(shù)工藝認(rèn)識(shí)提供主要方法

代謝足跡能夠給我們提供一些關(guān)于胞內(nèi)代謝情況主要信息

從代謝足跡中得到主要信息給能夠幫助我們深入破譯代謝網(wǎng)絡(luò)

微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第1頁(yè)在代謝組分析中提到一些概念

代謝組：由細(xì)胞合成，與代謝作用相關(guān)一整套代謝物。代謝組由胞內(nèi)代謝組和胞外代謝組組成。代謝指紋：由核磁共振或質(zhì)譜分析取得光譜圖，提供由胞內(nèi)代謝物得到“印記”。普通地，代謝指紋并不提供對(duì)特定代謝物定性或定量檢測(cè)。代謝足跡：由核磁共振或質(zhì)譜分析得到光譜圖，提供由胞外代謝物得到“印記”。普通地，代謝足跡并不提供特定代謝物定性檢測(cè)，相反，它依賴于描述數(shù)據(jù)趨勢(shì)規(guī)律發(fā)展，這些數(shù)據(jù)包括到只是少數(shù)變量。對(duì)代謝指紋和代謝足跡平行分析，能夠顯示胞內(nèi)代謝物與胞外代謝物可能相互聯(lián)絡(luò)，所以能幫助我們判定可能新代謝物功效。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第2頁(yè)在代謝組分析中提到一些概念代謝物譜型：對(duì)一組特定含有相同物理化學(xué)性質(zhì)或代謝路徑代謝物進(jìn)行定性和定量檢測(cè)后分析結(jié)果。代謝物靶向分析：對(duì)感興趣一個(gè)或幾個(gè)代謝物進(jìn)行定量分析，忽略樣本中出現(xiàn)非靶向峰圖。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第3頁(yè)代謝足跡分析工具直接噴射法質(zhì)譜：代謝樣本直接噴射到離子源前，所以能夠繞開色譜分離。電噴射離子化質(zhì)譜通慣用于極性代謝物檢測(cè)，而大氣壓化學(xué)電離用于低極性和非極性代謝物分析，其靈敏度還有待提升。直接噴射法質(zhì)譜允許對(duì)原樣品或樣品粗提物進(jìn)行高通量分析，普通每個(gè)樣品需要1到3分鐘。直接噴射法質(zhì)譜主要缺點(diǎn)是所謂“基質(zhì)效應(yīng)”，它使得檢測(cè)不一樣基質(zhì)樣本在靈敏度和定量準(zhǔn)確度方面都有所下降

微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第4頁(yè)代謝足跡分析工具質(zhì)譜偶聯(lián)：它包含全部這些分析技術(shù)，先對(duì)代謝物進(jìn)行色譜分離再進(jìn)行質(zhì)譜分析，所以能對(duì)代謝物進(jìn)行定性和定量分析。在代謝組中，最慣用色譜分析技術(shù)是氣相色譜（氣相色譜-質(zhì)譜），還有經(jīng)慣用于靶向分析高效液相色譜（高效液相色譜-質(zhì)譜），另外還有毛細(xì)管電泳（毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜）。當(dāng)前，飛行時(shí)間質(zhì)譜分析器是代謝組分析首選儀器，因?yàn)樗腥|(zhì)量掃描能力和提供全部質(zhì)譜圖，所以使得它對(duì)代謝物檢測(cè)含有很好靈敏度。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第5頁(yè)代謝足跡分析工具核磁共振法：核磁共振大量地應(yīng)用于代謝組學(xué)研究，得益于它特異性和非選擇性。這就意味著，我們觀察到每個(gè)共振對(duì)應(yīng)于特異化合物，它可提供一個(gè)樣品中關(guān)于結(jié)構(gòu)豐富信息。核磁共振不需要分析預(yù)篩條件，比如色譜分析離子源或色譜分析運(yùn)行條件。振動(dòng)光譜法：傅里葉轉(zhuǎn)換紅外儀，是當(dāng)前比較廣泛應(yīng)用技術(shù)，能夠取得生物樣本光譜指紋。傅里葉轉(zhuǎn)換紅外儀含有快速、無需反應(yīng)試劑，對(duì)復(fù)雜生物樣本非破壞分析等優(yōu)點(diǎn)，所以，便于高通量篩選和無偏性測(cè)定。該技術(shù)主要缺點(diǎn)是靈敏度相對(duì)較低，這使得我們極難將得到信心整合到生物信息當(dāng)中去。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第6頁(yè)胞外代謝物自然角色在胞外微環(huán)境中，胞外代謝物水平任何改變都會(huì)直接反應(yīng)由體系中微生物活動(dòng)而引發(fā)環(huán)境改變。

舉個(gè)例子，營(yíng)養(yǎng)會(huì)被消耗，許多胞外代謝物作為代謝活動(dòng)副產(chǎn)物會(huì)形成。另外，微生物所接觸環(huán)境真實(shí)情況，會(huì)影響微生物代謝情況，進(jìn)而影響到釋放到微環(huán)境中代謝物。微生物能依據(jù)微環(huán)境進(jìn)行精細(xì)調(diào)控以最大化地利用自然資源。

舉個(gè)例子，在厭氧條件下或在有氧條件，但存在氧化抑制劑情況下，啤酒酵母產(chǎn)生乙醇，以維持適當(dāng)氧化還原平衡。在厭氧條件下，啤酒酵母不能消耗它產(chǎn)生并釋放到環(huán)境中乙醇，但在有氧條件下，酵母能利用乙醇作為碳源，從而造成堿性厭氧代謝到有氧呼吸代謝轉(zhuǎn)換。

那些不是由細(xì)胞分泌或排出代謝物（比如磷酸烯醇式丙酮酸，）在胞外存在，可作為細(xì)胞溶解一個(gè)標(biāo)識(shí)，所以能夠向我們提供細(xì)胞特定生長(zhǎng)條件下一些信息，比如pH，滲透壓，它們能指示細(xì)胞內(nèi)壓力微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第7頁(yè)胞外代謝物自然角色另外，代謝物還含有主要作用，這就是所說細(xì)菌群感效應(yīng)（QS），它依靠細(xì)胞感應(yīng)胞外代謝物。細(xì)胞群感效應(yīng)是調(diào)控生物膜形成和其它生物學(xué)功效機(jī)制。細(xì)菌能夠分析特定信號(hào)分子并感應(yīng)它濃度，當(dāng)信號(hào)分子濃度到達(dá)閾值是，細(xì)菌就能夠引發(fā)包含致病基因在內(nèi)相關(guān)基因表示，以適應(yīng)環(huán)境改變。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第8頁(yè)胞外代謝組與胞內(nèi)代謝組偶聯(lián)微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第9頁(yè)代謝足跡能帶來主要生物信息微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第10頁(yè)代謝足跡應(yīng)用和可能結(jié)果經(jīng)過代謝足跡進(jìn)行細(xì)菌群感效應(yīng)研究

很多病原菌利用細(xì)菌群感效應(yīng)（QS）機(jī)制來進(jìn)行增值和攻擊它們宿主。

慢性疾病感染主要原因是含有在生物膜系統(tǒng)中連續(xù)存在能力，而這些生物膜系統(tǒng)通常是攻不破，即使在抗生素壓力下，比如由菌綠假單胞菌引發(fā)肺腑感染。在這些條件下，特異性地靶向靶向能誘導(dǎo)生物膜形成QS分子，將是一個(gè)毀滅微生物毒力很有前景方法，因?yàn)闆]有威脅到微生物生存，所以降低了造成耐藥性突變選擇壓力發(fā)生。然而，因?yàn)镼S分子性質(zhì)和作用方式多樣性，這些原因能改變依靠QS分子濃度和感染情況，所以，QS分子拮抗物設(shè)計(jì)可能不是很輕易完成工作。

代謝足跡分析可提供一個(gè)從微生物群落胞外代謝物中，判定出潛在QS代謝物有效方法微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第11頁(yè)代謝足跡應(yīng)用和可能結(jié)果功效基因組學(xué)和菌株判定因?yàn)楣庾V技術(shù)在高通量應(yīng)用方面不停發(fā)展，還有與代謝指紋相比，代謝足跡比較輕易取得，這使得代謝足跡成為一個(gè)在功效基因組研究中強(qiáng)有效方法。酵母和大腸桿菌不一樣基因突變，其基因是與代謝組親密相關(guān)，則依據(jù)代謝足跡能成功地將它們區(qū)分開來。

這種方法依靠對(duì)小部分差異（質(zhì)譜峰）判定，這些差異改變有一個(gè)規(guī)律，就是它們與特定突變相關(guān)。所以，代謝足跡能夠用于第一輪分析，確定能區(qū)分歸因于變異質(zhì)譜峰。

微生物菌種快速判別不但與功效基因組學(xué)相關(guān)，而且與工業(yè)生物技術(shù)相關(guān)，在工業(yè)生物技術(shù)中，新高產(chǎn)菌株判定含有主要意義。舉個(gè)例子來說，經(jīng)過代謝足跡對(duì)啤酒酵母進(jìn)行判別和分類，揭示了對(duì)那些因?yàn)榛蚪M內(nèi)在復(fù)雜性，而不能在基因水平上區(qū)分啤酒酵母菌株進(jìn)行分類是可行

微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第12頁(yè)代謝足跡應(yīng)用和可能結(jié)果新代謝路徑發(fā)覺和代謝工程

當(dāng)前，相當(dāng)多工業(yè)研究興趣聚焦在植物纖維降解上，經(jīng)過發(fā)酵方法，將其作為原材料用于乙醇或其它燃料和化合物生產(chǎn)。在這方面研究一個(gè)主要目標(biāo)是使植物多糖（纖維素和半纖維素）進(jìn)行完全地降解成單糖（木糖和阿拉伯糖），理想是不使用化學(xué)試劑或只采取酶催化方法。微生物和反應(yīng)條件優(yōu)化仍有待于研究，但代謝足跡提供了一個(gè)主要信息，使得我們能夠經(jīng)過判定胞外培養(yǎng)基中降解產(chǎn)物來衡量降解程度。

對(duì)來自于降解纖維素微生物胞外代謝物進(jìn)行定性和定量研究，能夠提供針對(duì)瓶頸主要線索和之前沒被判別微生物代謝路徑。這些信息能與轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，深入表征那些參加纖維降解基因或相關(guān)代謝路徑。代謝足跡還能夠應(yīng)用于生物修復(fù)。在生物修復(fù)領(lǐng)域，經(jīng)過放射性同位素標(biāo)識(shí)底物來跟蹤異性生物質(zhì)不一樣降解路徑，對(duì)代謝路徑和可能代謝抑制進(jìn)行檢測(cè)和表征，將得到深入改進(jìn)。

微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第13頁(yè)代謝足跡應(yīng)用和可能結(jié)果生物過程檢測(cè)和開發(fā)

代謝足跡能帶來大量生化信息，這些信息連同先進(jìn)自動(dòng)分析技術(shù)開發(fā)，使得代謝足跡成為一個(gè)能從工業(yè)水平上監(jiān)測(cè)生物過程誘人方法。遍布不一樣生物生長(zhǎng)階段，微生物胞外代謝組發(fā)生根本改變，各個(gè)不一樣生長(zhǎng)階段能夠用一特定足跡來表征，這就意味著簡(jiǎn)單地經(jīng)過讀取對(duì)應(yīng)質(zhì)譜峰圖能夠確定培養(yǎng)物情況

對(duì)生物過程而言，代謝足跡更主要另一個(gè)方面是，能夠用它來檢測(cè)細(xì)胞生理情況和能夠誘導(dǎo)胞內(nèi)壓力環(huán)境條件。對(duì)于一給定生物過程，代謝足跡可能有利于我們篩選最適當(dāng)菌株和生長(zhǎng)條件，另外，經(jīng)過代謝足跡，能夠揭示細(xì)胞對(duì)環(huán)境壓力和生物標(biāo)識(shí)存在特殊反應(yīng)，這些反應(yīng)能暗示環(huán)境中有毒化合物存在。舉個(gè)例子來說，在廢水生物處理過程當(dāng)中，污泥培養(yǎng)物代謝足跡，使得我們能夠?qū)⒋嬖谟谔幚硭胁灰粯宇愋突瘜W(xué)應(yīng)力原因區(qū)分開來，比如鎘，2,4-DNT和N-ethyl-maleimide，而且這種方法為微生物感應(yīng)器環(huán)境監(jiān)測(cè)開發(fā)鋪平了道路。微生物中的代謝足跡方法及在功能基因組和生物技術(shù)中的應(yīng)用第14頁(yè)代謝足跡應(yīng)用和可能結(jié)果高通量應(yīng)用普通過程和數(shù)據(jù)庫(kù)

代謝足跡一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它作為一個(gè)高通量分析方法，使用簡(jiǎn)單，能同時(shí)用于試驗(yàn)室研究和工業(yè)就地生物處理過程。

另外，與代謝指紋相比，代謝足跡不需要任何復(fù)雜操作程序，比如抑制（快速阻斷）胞內(nèi)代謝物，從代謝物從細(xì)胞中提取出來以及隨即處理方便于分析。對(duì)胞內(nèi)代謝真正分析前