营养组学研究进展

1、1 .论述一下营养组学在食品研究领域的应用与发展前景？答：（1）营养组学在食品研究领域的应用：营养基因组学是研究营养素和植物化学物质对人体基因的转录、翻译表达以及代谢机制的科学。它以分子生物学技术为基础，应用DNAK片、RTPCR蛋白质组学等技术来阐明营养素与基因的相互作用。当前的研究热点主要有：研究不同的食物怎样通过影响特殊的基因，增加人类罹患某些慢性疾病的风险（如：癌症、R型糖尿病、肥胖、中风、心脏病等）、营养素和基因的相互作用、与营养相关的基因多态性研究和营养相关分子标记物的筛选等问题。营养基因组学是一个多学科交叉的科学。其研究涉及生物技术、基因组学、分子医学和营养学等多个领域，而组学技

2、术（Omics）的成熟将为营养基因组学提供理论基础和技术支持。其理想结果是运用个性化的膳食，从而达到预防或延缓疾病发生，增强人体健康的目的。细胞会随着环境变化产生以不同基因表达方式表现出来，营养的差异会对细胞的分裂和异化产生影响，这是目前被广泛认可的观点。因此，将营养基因组学技术引入营养学和食物学的基础应用领域，对研究营养和食物的基本成分如脂肪、碳水化合物、蛋白质、胡萝卜素、维他命、微量元素、类黄酮、共栖生物在分子水平上的作用有新启发。营养基因组学研究立足于分析某种具体营养元素或食谱与基因变化之间的关系，有助于发现这些变化背后的作用力，加强对与食谱有关的疾病的预防，更进一步的应用领域包括食品安

3、全、食品认证、转基因食物检测和食品重组。营养基因组学应用的前提是膳食对人类健康的影响取决于人类个体特异性的遗传结构。从基因水平研究营养对人体的作用，不仅需要考虑单个基因的作用，而且应考虑多个基因的参与及个体间基因的差异。细胞功能的调节是多基因表达相互协调的结果，基因异常或基因表达的变化可引起许多代谢紊乱，影响多种基因疾病如心脏病、糖尿病、肥胖与癌症等发展过程。基因变异大多数位于蛋白编码之外，而一些发生在编码区的变异可能影响相应基因的功能。人类个体基因差异主要归结于单核甘酸多态性（Singlenucleotidepolymorphisms,SNPS,它们可以改变基因的表达、mRNA勺转运、蛋白质

4、及酶的活性等。因此，正是由于每个人DNAI核甘酸的多态性，他们对环境因素（如：营养素和药物）的反应是不一样的营养基因组学对食品产业的影响。食品产业与人类的生存发展密切相关，产业领域宽，产业链条长，是世界第一大产业。食品产业往往注重在技术、设备的改进和提高，产业的扩大和“色、香、味、形”方面下功夫，对改善、提升食品的营养品质和指导居民合理膳食、均衡营养重视不够，没有将现代营养科学纳入食品工业发展的指导方针中去。随着经济社会发展水平的不断提高，生活品质的提升，人们对食品的要求不仅仅是一般营养的提供及色香味俱全的要求而已，还要求它方便、营养、健康、安全、多样。消费者期望所吃的食品更能体现健康的诉求，

5、且对各项疾病具有预防的功效，因此健康诉求类的食品不可避免的成为重点发展领域。保健功能食品的研究方向主要集中在4个方面：评价功能食品健康声称的生物学标记及其有效性；食品及其组分的安全性；食品组分的健康效应，以及作用机制和发现；开发新的活性物质。营养基因组学研究的开发，对食品及营养领域是个冲击也是个机会，如何让传统的食品产业转型、提升并提高竞争力，塑造食品产业的高科技形象，创造持久经营的生命力，这是食品营养领域必须面对的全新课题。营养基因组学将成为食品创新产业的原动力。在营养基因组学领域，植物化学物质一直被作为关注的焦点，因为在不久的将来，某些化学物质将同维生素、矿物质一样被标示建议摄入量，食品生

6、产企业希望把一种或几种植物化学物质加入食物中用来生产功能性食品，如大蒜素、姜黄素、番茄红素、白藜产醇等。而营养基因组学将揭示这些植物化学物质的生物学作用、构效关系、剂量反应关系、安全性评价，对食品产业的发展构成一种有利的科技支撑。(2)发展前景：营养基因组学将主要研究在分子水平上及人群水平上营养素与基因的交互作用及其对人类健康的影响；并将致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食干预方法和营养保健手段，使得营养学研究的成果能够更有效的应用于慢性疾病的预防，从而达到促进人类健康的目的。营养基因组学作为加速功能性食品开发的一个重要工具，适合个人基因型的个性食品将对食品产业的结构及市场产生牵导作用。生

7、命的基础在于营养，基因和分子科学对营养学研究的促进作用才刚刚开始，把浩瀚的基因组信息应用于营养学，正在成为这门学科的一个巨大的挑战和新的增长点。而营养素与生物的依存关系及影响因素的特征和规律将被渐渐阐明。营养学将成为新世纪人类健康的福祉。食品也将具有新的意义和价值，食品产业的格局也随之发生改变。目前，营养基因组学的研究正在不断的发展，科学家们越来越不倾向于从性质或营养作用方面找答案，而是倾向于研究以营养基因组学为基础的系统生物学的相互影响以促进健康。我们相信，随着有关各种族基因特点的巨大资料库的建立和记录人类基因组信息的人类基因组芯片的出现，不仅为科学家和医生们进行疾病研究而且也为促进人类健康

8、的基因营养提供依据，并将为营养基因学开拓更加广阔的应用前景。2 .论述蛋白质组学的研究方法及进展？答：（1）蛋白子组学的概念和内容蛋白质的功能受氨基酸序列、蛋白翻译后加工修饰、蛋白的空间结构及是否与其他蛋白形成复合物等多种因素所影响。研究蛋白质的组成、表达、结构、功能、蛋白之间相互作用及其活动规律的科学称为蛋白质组学。蛋白质组学以蛋白质组为研究又t象，在整体水平上大规模！高通量、系统性地分析研究蛋白质组中的蛋白特性、表达量及功能的动态变化等。包括蛋白质的组成成分，蛋白的定性及定量，蛋白的结构与功能，蛋白翻译后加工修饰的状态，蛋白在细胞内的分布定位及各种蛋白之间的相互作用等。（2）研究方法和进展

9、研究分析蛋白质组学需要配合使用蛋白分离、纯化、定性及定量等各种技术手段。如蛋白样本的制备、分离、鉴定技术和用于分析处理数据的计算机软件系统及生物信息学平台等。研究蛋白质组学常用的方法包括（双向聚丙烯酰胺凝胶电泳，质谱，酵母双杂交系统及蛋白芯片法等，下面对这几个主要方法做扼要的介绍。双向聚丙烯酰胺凝胶电泳。2D-PAGE是比较蛋白质组中蛋白表达量变化最常用的蛋白分离技术。传统的2D-PAG眼初是由O,Farrell、Klose及Scheele等于1975年分别建立起来的。此法可分离上千种蛋白，并可同时比较蛋白表达量的差异，可根据蛋白等电点及分子质量的差别，有效地分离理化性质不同的蛋白，并可同时进

10、行定性和定量分析，可区分磷酸化及非磷酸化蛋白或某些经过翻译后加工修饰的蛋白。主要分为2步，第1步等点聚焦采用pH梯度胶根据蛋白等电点的不同进行电泳分离；第2步是根据蛋白分子质量的差异进行蛋白分离。不足之处在于（仍主要依赖许多手工操作、费时、自动化程度不高，样品上样量有限，不易分析蛋白含量很低的临床样本&寸某些高疏水性蛋白，如细胞膜蛋白，分离效果差，对表达量较低的蛋白（1000拷贝数）、极酸性（pI3）或极碱性（pI10）的蛋白检测均不理想；某些蛋白斑点中可能含有等电点和分子质量极为接近的数种蛋白，会给数据分析带来困难，还有一些蛋白由于分子质量太大（150ku）或太小（10ku）容易在分

11、离过程中被丢失，会增大蛋白质组重复性分析的误差。通过首先分离纯化亚细胞器，然后富集其中的蛋白或蛋白复合物可降低蛋白质组的复杂程度$提高蛋白检测的灵敏度，并有助于了解蛋白在细胞内的定位分布。采用免疫学方法去除样本中的高丰度蛋白，也会有利于低丰度蛋白的检出。研究进展：为进一步提高2D-PAGE勺灵敏度、分辨率及重复性，Unlu等人建立了双向荧光差异凝胶电泳法（two-dimensionaldifferentin-gelelectrophoresis,2D-DIGE）。这种方法用不同的荧光染料标记，要比较的蛋白质组样品&同一块电泳胶上分离，定量比较表达量有差异的蛋白有重复性好，灵敏度高及能与

12、质谱联用鉴定蛋白质等优点。但其缺点是难以对多个蛋白质组同时进行比较，而且由于试验仪器，分析软件，检测试剂等相对昂贵，不利于普及。质谱。质谱是鉴定蛋白的最常用技术。世纪初期英国物理学家Thomson等的工作奠定了质谱分析的基础，并因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。最初的质谱仅能分析挥发性小分子物质，随着离子化技术的出现，使质谱测定极性强$难挥发的生物蛋白大分子得以实现，质谱分析目前已成为鉴定蛋白最常用的核心技术，具有快速、灵敏、重复性好、自动化程度高等特点。值得指出的是质谱技术不是直接分析完整的，未经裂解的蛋白分子，而主要是分析经特异的蛋白酶，如胰酶水解后得到的肽段混合物。质谱分析的主要步骤

13、包括样品气化、分离、检测及数据处理等。其原理是将所要分析的样品在离子化装置内从分子形式转化为气态离子，然后根据不同离子间的质荷比，差异来确定离子化分子的相对质量，从而获得1个蛋白或多肽的分子质量，不同的蛋白分子有其固有的分子质量，每个蛋白分子的氨基酸组成、序列及翻译后修饰方式的不同都可通过蛋白的分子质量反映出来，因此对组成蛋白的多肽或氨基酸的分子质量测定就是对蛋白的结构、性质及种类的分析与鉴定，质谱主要用于分析蛋白质组中蛋白的种类或蛋白复合物的组成，对蛋白进行定性定量，研究蛋白之间的相互作用，测定蛋白翻译后加工修饰的方式等。研究进展：质谱分析目前只能分离气态化的离子，蛋白消化不完全或肽段离子化

14、不充分均会导致质谱分析出现假阴性的结果。尤其是当2种蛋白的氨基酸序列差异很小时，质谱也很难准确地将它们区分鉴定。细胞膜蛋白的水溶性差，与胞浆蛋白相比其含有的胰酶裂解位点较少，酶解后产生的疏水性肽段不易分离#因此质谱分析通常只能鉴定出一部分膜蛋白，难以全面客观地反映出某一蛋白质组中膜蛋白的真实数量。另外，细胞内不同蛋白之间表达量差异很大，而且目前蛋白质还不能像DNA分子那样被扩增#因此高表达量的蛋白易被检出，而低丰度蛋白则易被漏检，如采用质谱技术来系。统地分析组织，血清或其他体液的蛋白质组仍有一定的困难。因此如何完整精确地检测出蛋白质组中的所有蛋白，是目前质谱分析所面临的一个巨大挑战。生物信息学

15、方法。生物信息学是在生命科学、计算机科学和数学的基础上逐步发展而形成的一门新兴交叉学科，是以理解各种数据的生物学意义为目的，运用数学与计算机科学手段进行生物信息的收集、加工、存储、传播、分析与解析的科学。生物信息学在基因组学和蛋白质组学的研究中起到了特殊的重要作用因为基因组和蛋白质组研究提供的数据的数量之巨大在生物学史上是史无前例的.而且，蛋白质组比基因组具有更大的复杂性，因而蛋白质组信息学更有挑战性在后基因组时代，生物信息学的研究内容已经从对基因组和蛋白质组数据的高效分析，转移到比较基因组学、代谢网络分析、基因表达谱网络分析、蛋白质结构与功能分析以及药物靶点筛选等领域。蛋白芯片技术。蛋白芯片

16、法又可称作蛋白微阵列法，是研究蛋白表达、结构及功能的生物芯片技术，具特点是快速、高通量、高自动化及微型化，可用于蛋白质组表达图谱的分析和蛋白功能的测定、检测蛋白之间或蛋白与其他物质间的相互作用及蛋白翻译后的修饰状态等。这种技术通过将捕获分子，如蛋白、抗原、抗体、酶、受体、多糖、DN砌子及其他小分子等，结合在固相载体表面，检测与捕获分子相互作用的蛋白分子，蛋白芯片法的种类很多，大体可分为2类，功能芯片法和定量芯片法。前者多用于检测蛋白的某种特定功能，后者则常用于检测细胞或组织中某种特异蛋白表达量的高低。研究进展：目前蛋白芯片法仍有一些问题亟待解决，如怎样获得大量特异性的捕获分子，特别是经过纯化的

17、各种蛋白，能否收集到各种特异性抗体、如何选择合适的固相载体、怎样才能保证蛋白与固相载体结合后仍可保持其原有的生物活性、如何减少蛋白之间的非特异性结合等。ICAT技术。同位素标记亲和标签(IsotopeCodedAffinitTags,ICAT)技术目前已成为蛋白质组研究的核心技术之一.它是在质谱技术的基础上发展起来的一种定量质谱法，能够精确地分析不同样品中蛋白质表达量的差异，从而使蛋白质组学真正成为一种差异显示技术。此技术是用具有不同质量的小分子试剂ICAT去标记处于不同状态下的细胞中的蛋白质，再利用串联质谱技术，就能非常准确地比较出两份样品中蛋白质表达水平的不同。研究进展：ICAT技术的优点

18、在于它可以对混合样品进行直接测试而不需分离，能够迅速地定性和定量鉴定低丰度蛋白质，故可用于快速临床诊断。ICAT技术也面临一些问题：无法检测不含半胱氨酸的蛋白质；半胱氨酸残基必须位于易处理的位置上；很难得到蛋白质磷酸化等翻译后修饰的信息存在特异性吸附、不可逆吸附和容量低的缺点.噬菌体展示技术。将编码噬菌体外壳蛋白的基因上连接一个单克隆抗体的基因序列.当噬菌体生长时，表面就会表达出相应的单抗。将噬菌体过柱，检测单抗与柱上目的蛋白的特异性结合。同酵母双杂交系统相比，噬菌体展示技术同样具有简便、高通量的优点，不同的是，反应在溶液中而不是在酵母细胞核中进行。另外，由于有些蛋白质本身有激活转录活性，不经

19、过双杂交相互作用就能激活报道基因的表达，此时酵母双杂交系统不再适用，噬菌体展示则能很好地解决这个问题.但是噬菌体文库中的编码蛋白均为融合蛋白，可能改变天然蛋白质的结构和功能，具体外检测的相互作用可能与体内不符。用联亲和纯化(Tandemaffinitypurification,TAP)TAP技术的开发成为研究蛋白质相互作用的方法学上的巨大突破。该方法集成了经典的亲和纯化和免疫共沉淀这两种技术的优点，既可像前者得到高纯度、低拷贝数的蛋白质复合体，也继承了后者运用特异性的标记蛋白与亲和柱之间的相互作用，可快速地得到生理条件下与目标蛋白存在真实相互作用的蛋白质。目前TAP技术与质谱技术的联用，以及质谱技术的自动化，使得大规模地分析相互作用的蛋白质在技术上成为可能。酵母双杂交系统。酵母双杂交系统是由Fileds等(1989)首先报道，主要用于研究蛋白之间的相互作用，其工作原理是基于酵母基因的启动子序列可被转录激活因子所识别，从而诱导位于启动子下游的报告基因表达，真核细胞的许多转录激活因子含有2个功能区：一个