柴阳阳 2015010082 生物信息学在食品检测中的应用(共9页)

1、生物信息学在食品检测(jin c)中的应用摘要(zhiyo)：食品安全是世人(shrn)关注的热点和敏感问题，关乎着人民群众的人身财产安全。确保食品安全，加快食品安全检测技术的发展势在必行。本文就食品安全现状、食品安全检测技术以及前景展望进行综述，以期为食品安全技术的研究提供参考依据。关键词：食品安全；检测技术；生物检测Abstract:Food safety is connected with people，s health as a sensitive and burning issue of public concern.Therefore,it is both necessary an

2、d imperative to ensure food safety and accelerate the development of detection techniques.This article reviews the current status of food safety as well as the current detection techniques for food safety and their future development in order to provide references for studies on detection techniques

3、 for food safety.Key words:food safety；detection techniques；bioassay前言食品安全问题已经是一个全球话题，近年来，国际上食品安全恶性事件不断发生，造成了巨大的经济损失。目前，食品安全问题主要包括以下几个方面：化学性危害、生物毒素、微生物性危害、食品掺假和基因工程食品的安全性问题。根据世界卫生组织和疾病控制中心的报告，欧洲的食品污染事件 40%发生在个体家庭里。而仅仅美国，每年就有 7600 万人发生食源性疾病和5000 人死亡。在我国，微生物污染、农药残留、江河湖泊和近海等水源的污染以及非法添加激素和药物等是食品不安全的重要因素

4、。“菜篮子”的化学安全性问题以农药和兽药残留、环境污染物和真菌毒素等污染较为突出，蔬菜水果农药(如氯氰菊酯)残留超标、非法使用兽药(如瘦肉精)引起的急性中毒等事件严重影响了我国食品业的发展。正文1生物信息学的定义 生物信息学(Bioinformatics)是一门新兴的交叉学科。它是伴随基因组研究而产生的，因此它的研究内容就紧随着基因组研究而发展。广义地说，生物信息学从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。这一定义包括了两层含义，一是对大量数据的收集、整理与服务，也就是管好这些数据；另一个是从中发现新的规律，也就是用好这些数据。 具体地说，生物信息学是把基因组DNA序列

5、信息分析作为源头，找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区；同时，阐明(chnmng)基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言规律；在此基础上，归纳、整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机理，最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。基因组信息学、蛋白质的结构计算与模拟以及药物设计,这三者紧密地围绕着遗传信息传递的中心法则,因而必然有

6、机地连接在一起。2. 生物(shngw)信息学研究内容生物信息学主要包括(boku)以下几个主要研究领域：2.1序列比对 基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础，非常重要。两个序列的比对有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包-BALST和FASTA。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。2.2结构比对基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。2.3蛋白质结构预测(包括2级和3级结构预测) 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程，分子力学和分

7、子动力学属这一范畴；后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构，同源模建和指认方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力，蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。2.4计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因) 基本问题是给定基因组序列后，正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置。这是最重要的课题之一。2.5非编码区分析和DNA语言研究 在人类基因组中，编码部分仅占总序列的3% 5%，其它通常(tngchng)称为“垃圾(l j)”DNA，其实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知道其重要的功能。分析非编码(bin m)区DNA序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方

8、法。DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在编码序列之中，而且隐含在非编码序列之中。2.6分子进化和比较基因组学 早期的工作主要是利用不同物种中同一种基因序列的异同来研究生物的进化，构建进化树。既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做，甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化。近年来由于较多模式生物基因组测序任务的完成，为从整个基因组的角度来研究分子进化提供了条件。3. 食品安全概念 食品安全是指对食品按其原定用途进行生产和或食用时不会对消费者造成损害的一种担保年世界卫生组织加强国家级食品安全性计划指南。食品安全性强调食品中不应含有可能损害或威胁人体健康的物质或因素。食品不安全的因

9、素产生于人类食物链的每个环节,从原料生产、加工、存储、运输、销售到最终消费的整个过程，其中既有因农业、工业发展带来的各种污染，也有弄虚作假或对食品安全性了解不够等人为因素。4. 我国食品安全现状 目前，食品安全问题主要包括以下几个方面：化学性危害、生物毒素、微生物性危害、食品掺假和基因工程食品的安全性问题。根据世界卫生组织和疾病控制中心的报告，欧洲的食品污染事件40% 发生在个体家庭里。而仅仅美国，每年就有7600万人发生食源性疾病和5000人死亡。在我国，微生物污染、农药残留、江河湖泊和近海等水源的污染以及非法添加激素和药物等是食品不安全的重要因素。“菜篮子”的化学安全性问题以农药和兽药残留

10、、环境污染物和真菌毒素等污染较为突出，蔬菜水果农药(如氯氰菊酯)残留超标、非法使用兽药(如瘦肉精)引起的急性中毒等事件严重影响了我国食品业的发展。 食品是人类赖以生存和发展的物质基础，食品安全是关系到人类健康和国计民生的重大问题。1996年世界卫生组织对食品安全的定义是：对食品按其原定用途进行制作、食用时不会使消费者健康受到损害的一种担保。基于国际社会已经基本形成4点共识,食品安全的概念也可以表述为：食品(食物)的种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等活动符合国家强制标准和要求，不存在可能损害或威胁人体健康的有毒有害物质以导致消费者病亡或者危及消费者及其后代健康的隐患。食品安全是各国

11、政府的主要政策目标之一，我国政府也十分重视食品安全问题。从粮食的统购统销，到食品卫生法的颁布，充分体现了政府对食品安全的重视。经过几十年的努力，特别是1995年中华人民共和国食品卫生法颁布以来，我国的食品安全卫生状况有了明显的改善。根据国内外的研究成果归纳起来，影响食品质量安全的因素主要有：环境污染；农业种植业、养殖业的源头污染；食品添加剂、防腐剂；微生物引起的食源性疾病；新原料、新工艺带来的食品安全性问题，如转基因食品的安全性；市场和政府现有措施不完善，仍存在着假冒伪劣产品、食品标签滥用、违法生产经营等；科技进步对食品安全的控制带来新的挑战；境外食品安全问题的影响。5. 生物信息学在食品(s

12、hpn)领域的应用 在食品安全检测中的应用食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫(jiny)部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用 PCR 法、RT-PCR 法、荧光 RT-PCR 法、多重PCR和多重荧光定量 PCR等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、ELISA 法、生物传感器、基芯片等技术也是未来食品病毒检测的发展方向。5.1生物(shngw)信息学在食品细菌检测中的应用 食品在加工、制作、储存过程中往往需要经过加热、

13、酸化、冷冻等处理方式，经这些加工工艺处理后，食品中存在的致病性细菌数量大大减少，而且受到一定程度的损伤。因此,在进行食品中致病菌检测时首先要进行前增菌和选择性增菌。这一过程通常需要24 48h。这一步骤的目的是使得微量的、受损伤的致病菌得以修复并大量繁殖。传统、经典的微生物检测方法是在增菌后使用固体选择性培养基进行培养，挑选典型菌落进行生化鉴定。选择性培养的过程需24 48h。整个检测周期较长，即使是阴性样品也需3 4d的时间。这种检验方法很难满足出入境检疫检疫部门快速通关的需要。近年来，随着PCR技术的广泛应用，国内外研究者已经将这一技术引入食品致病菌检测领域。使用PCR方法，可在前增菌和选

14、择性增菌后，用特异性引物对增菌液中的致病菌进行扩增，从而检测样品中是否含有此种致病菌。从理论上讲，这种方法的灵敏度高于经典的培养法，而且，PCR方法可在几小时内出具检测结果，省略了固体培养基的选择性增菌和生化鉴定步骤，大大缩短了检测周期。在检测所需的试剂和人工费用上，PCR方法也优于培养法。此外，随着先进仪器设备在检测机构的普及和使用，基于PCR方法发展起来的实时荧光PCR技术和基因芯片检测技术也将在食品致病菌检测领域得到广泛应用。以上所用方法建立的前提是找到特异、灵敏的扩增引物和探针。这就需要研究者运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，对这些序列进行比对，筛选出可用于检测的引物和探针。

15、另外，运用生物信息学方法，对各种致病菌的毒力基因和耐药基因进行研究，筛选保守的特异性的核酸序列作为引物，可对日常进出口食品中分离得到的阳性菌株进行毒力基因和耐药基因的鉴定，为检疫执法(zhf)提供有说服力的技术指标。同时，可对从不同国家和地区食品中分离出的致病菌毒株进行核酸序列的分析和比较，进行毒力基因和耐药基因的研究，运用生物信息学方法建立数据库实现信息资源的共享。利用这一数据库，研究者可对分离的菌株进行溯源，从而判定菌株污染来源和污染途径,结合(jih)耐药基因研究结果，可为控制和治疗食源性疾病提供理论依据和对策。5.2生物(shngw)信息学在食品病毒检测中的应用 目前，已知能够通过食品

16、传播的病毒包括甲肝病毒、诺沃克样病毒、戊肝病毒、轮状病毒、星状病毒和肠道病毒，其中最为重要的有甲肝病毒和诺沃克病毒。近年来国际上多次暴发甲肝病毒和诺沃克病毒中毒事件，引起了国际社会的广泛关注。这些病毒有些可用细胞培养法进行分离,有些目前还不能在体外繁殖，也无动物模型，不能用组织培养法或动物实验进行分离检测。即使是那些能够进行培养的病毒，培养法由于其检测周期长、检测灵敏度差(病毒感染剂量低)，也不能用于食品中病毒的检测。近年来，随着生物技术的快速发展，特别是核酸技术的发展，PCR法、RT-PCR法、荧光RT-PCR法等技术已开始应用于食品中病毒的检测。这些方法通过对病毒目标基因片段的扩增来进行检

17、测，具有特异性强和灵敏度高的特点，能检测到1040个拷贝的病毒核酸。使用这些方法进行病毒检测，需要找到可扩增病毒核酸的引物及对扩增产物特异性进行验证的探针，引物和探针的可靠性是检测成功的关键技术。因此，首先需在生物信息数据库中查询这一病毒的核酸序列,对于具有不同基因型的、核酸同源性差的病毒,例如:诺沃克样病毒，要想设计出可同时扩增不同基因型病毒的引物，需进行大量的核酸序列比对，没有生物信息学的技术和经验是不可能完成的。目前,国外研究者已经使用多重PCR和多重荧光定量PCR技术同时进行多种病毒的检测。此外，基因芯片技术也是未来食品病毒检测的发展方向。这些方法的建立和使用，无疑都需要运用(ynyn

18、g)生物信息学技术进行引物和探针的筛选。对于阳性的检测产物进行测序后，同样需要使用生物信息学方法将测序的核酸序列与已经公布的同种病毒序列进行比对，这是对产物进行进一步确认的过程。同时，使用相应的软件可构建遗传进化树，鉴定检测到的毒株的基因型。通过众多研究者提供的信息的积累，可建立食源性病毒生物信息数据库，从中发现病毒核酸和蛋白变化规律，预测病毒变异趋势，为预防和治疗食源性病毒性疾病提供指导。5.3在转基因产品(chnpn)检测中的应用 转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的 DNA 提取物进行扩增，从而(cng r)判断样品中是否含有外源性基因片段。通过对转基因农产品数据库信息的及时

19、更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。 目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。 随着分子生物学技术的不断进步，转基因农产品的种类不断增多。在转基因食品检测中，我们需经常浏览一些转基因农产品的数据库，及时了解各个国家新出现的、新批准的是哪些转基因农产品，插入的是哪些外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。因此，准确和及时更新的转基因产品生物信息数据库是保证检

20、验结果可靠的基础。同时，对新增加的外源基因片段的检测，同样需要使用生物信息学技术进行引物的设计和筛选。6. 展望生物信息学是一门综合性的新兴学科，它是分子生物学、计算机学、统计学等多门类学科的相关技术相结合形成的应用科学。虽然，目前食品安全检测领域所使用的生物信息学技术还十分有限，但随着越来越多分子生物学技术在食品检测领域的广泛应用，与核酸和蛋白相关的生物信息学技术也将在食品检测领域发挥越来越重要的作用。参考文献1 SATIN M. Food alert!: The ultimate sourcebook for food safetyM.New York: Checkmark Books,

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