代謝組學在動物營養(yǎng)學和飼料研究中的應用前景

1、代謝組學在動物營養(yǎng)學和飼料研究中的應用前景天津市畜牧獸醫(yī)研究所王文杰學科的發(fā)展生命現(xiàn)象蘊含著海量的信息細胞基因蛋白質(zhì)三羧酸循環(huán)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立分子生物學計算機科學迅猛發(fā)展數(shù)據(jù)庫生物信息學生命科學中組學的建立與快速發(fā)展系統(tǒng)生物學學科發(fā)展及關(guān)系生物學計算機科學生物信息學生物學和計算機科學的迅速發(fā)展催生了生物信息學生物信息學bioinformatics 在生命科學研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學。 目前，生物信息學主要研究對象是基因的核酸序列和蛋白質(zhì)氨基酸序列數(shù)據(jù)。前基因組時代DNA核酸序列、蛋白質(zhì)氨基酸序列基因組時代人類基因組計劃后基因組時代功能基因組、蛋白質(zhì)組、代

2、謝組，大量組學建立。生物信系學發(fā)展歷程 系統(tǒng)生物學是研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分間的相互關(guān)系的學科。生物學中“組”的概念“組”來源于希臘語ome，意指所有、每個或全部；以它為后綴最初用于基因組genome，指一個物種的全部遺傳組成；自基因組學概念提出之后，帶組學（-omics）的概念已出現(xiàn)200多種。代謝組學的基本概念代謝組學的創(chuàng)建普遍認為代謝組學的概念是英國帝國理工大學的Jeremy K，Nicholson教授于1999年首先提出來的。Nicholson因為他在代謝組學發(fā)展上的開拓性貢獻，被學術(shù)界公認為代謝組學創(chuàng)始人（代謝組組學之

3、父）。代謝組學的定義 目前國際上有兩種代謝組學定義。Nicholson等定義“生命體系對病理生理刺激或遺傳修飾所產(chǎn)生的動態(tài)、多指標代謝響應的定量測定”為metabonomics。Oliver Fiehn定義“全面、定量分析生物體系中所有代謝物”為metabolomics。代謝組學的定義Metabonomics，國內(nèi)翻譯成代謝組學。對生物系統(tǒng)進行的整體和動態(tài)的認識，主要將核磁共振技術(shù)應用于健康與疾病研究，多以來自動物的樣品為研究對象。Metabolomics，國內(nèi)翻譯成代謝物組學。強調(diào)分析而且是靜態(tài)的認識概念，主要應用色質(zhì)聯(lián)用等分析技術(shù)，多用于植物和微生物領(lǐng)域的研究。代謝組學的定義中科院大連化學

4、物理研究所的許國旺研究員認為上述兩者的研究對象都是代謝物，并沒有本質(zhì)區(qū)別，它們都可稱為代謝組學。代謝組學的特點代謝組學是系統(tǒng)生物學重要組成部分。細胞內(nèi)許多生命活動是發(fā)生在代謝物層面的，如細胞信號釋放，能量傳遞，細胞間通信等都是受代謝物調(diào)控的。代謝物更多地反映了細胞所處環(huán)境，這與細胞的營養(yǎng)狀態(tài)、藥物和環(huán)境污染物的作用以及其它外界因素的影響密切相關(guān)。代謝組學的特點基因組學和蛋白質(zhì)組學告訴你什么可能會發(fā)生，而代謝組學則告訴你什么確實發(fā)生了?；蚝偷鞍妆磉_的微小變化在代謝物上會得到放大,使檢測更容易。代謝組學的研究方法真正意義的代謝組學研究。預處理和檢測技術(shù)需滿足高靈敏度、高選擇性和高通量的要求。需要

5、對獲得的數(shù)據(jù)進行解析。Oliver Fiehn代謝物分析4個層次代謝物靶標分析。對個別特定組分分析。代謝輪廓分析。對預設組分的分析。代謝組學。特定樣品中所有代謝物分析。代謝指紋分析。比較代謝物指紋圖譜。代謝組學研究流程樣品采集樣品預處理代謝物分析-數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析生命現(xiàn)象的解釋代謝組指一個細胞、組織或器官中所有代謝組分的集合，尤其指分子質(zhì)量為1,000以下的小分子物質(zhì)。代謝組學常用的分析手段核磁共振技術(shù)（NMR），能夠?qū)悠穼崿F(xiàn)非破壞性、非選擇性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩爾范圍定量有機化合物的技術(shù)。缺陷是靈敏度相對較低, 不適合分析低濃度代謝物。色譜技術(shù)具有分離性能好、靈敏度高等特點

6、，被廣泛用于復雜體系中的成分分析。但在色譜峰識別和方法的重現(xiàn)性方面仍存在難以克服的問題。代謝組學常用的分析手段質(zhì)譜(MS)或與色譜聯(lián)用技術(shù)具有普適性、高靈敏度和特異性等特點，已經(jīng)在代謝組學研究中成為首選技術(shù)。更先進的檢測方法是電噴霧四級桿飛行時間質(zhì)譜（Q-TOF）技術(shù)，能夠快速、準確地測定從小分子到生物大分子或不穩(wěn)定有機分子的分子量。數(shù)據(jù)分析 和其它組學研究一樣，處理、分析和管理代謝組學海量數(shù)據(jù)需要專門的數(shù)學、統(tǒng)計和生物信息學工具。近年來, 一些分析儀器廠商和研究者們已開發(fā)出數(shù)十種代謝組學數(shù)據(jù)處理軟件。也有人開發(fā)了適合多種儀器的代謝組學分析軟件。代謝組學研究的主要應用領(lǐng)域熱點年份代謝組學的相關(guān)

7、高頻被引文章 ，這些文章影響著學術(shù)發(fā)展的潮流代謝組學的發(fā)展與藥物研究開發(fā)，被引28次；代謝組學在中醫(yī)藥復雜理論體系研究中的應用 ，被引27次；大鼠肝郁脾虛證的代謝組學研究 ，被引10次。健康與疾病診斷中藥藥理、毒理藥效篩選醫(yī)學領(lǐng)域代謝組學有望徹底揭開中藥的奧秘營養(yǎng)學領(lǐng)域膳食營養(yǎng)評價臨床營養(yǎng)貓的營養(yǎng)動物營養(yǎng)和飼料研究中的應用前景在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景營養(yǎng)學研究的是生命體攝取、消化、吸收、轉(zhuǎn)化和利用環(huán)境中外源有用物質(zhì)來維持基本生命活動，進行細胞或機體生長、發(fā)育和繁殖，合成排出體外物質(zhì)和修補組織等過程，以闡明生命活動的本質(zhì)，并通過營養(yǎng)過程的調(diào)控來維持生物系統(tǒng)的平衡。在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景

8、在動物營養(yǎng)學中，營養(yǎng)物質(zhì)代謝的生理、生化機制是最基本和重要的研究內(nèi)容。代謝組學可以為我們的研究工作提供一些新的技術(shù)路線，以達到以前難以實現(xiàn)的目的。在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景代謝組學可應用于營養(yǎng)調(diào)控機理研究。諸如環(huán)境條件變化、營養(yǎng)供給量和飼養(yǎng)管理方案等因素引起的動物體內(nèi)代謝變化都可以用代謝組學方法來深入闡明。在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景可以用代謝組學方法考察營養(yǎng)供給量對免疫機能的影響，揭示營養(yǎng)物質(zhì)的代謝機理，對營養(yǎng)素缺乏或過剩造成的危害進行機理分析。在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景代謝組學更有可能的用途是動物營養(yǎng)需要的輔助評價。用代謝組學的方法構(gòu)建基于代謝標志物參數(shù)的營養(yǎng)需要量評估模型，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的

9、生物法以實現(xiàn)大量重復數(shù)據(jù)的采集與分析，為精細養(yǎng)殖技術(shù)提供新的技術(shù)支持。在動物營養(yǎng)學研究中的應用前景特殊狀態(tài)下的營養(yǎng)需要評估，更需要代謝組學這樣的工具。如熱應激狀態(tài)下奶牛維生素需要量基于代謝組學的評估模型。代謝組學對建立動態(tài)營養(yǎng)需要評價體系會非常有幫助。在飼料研究中的應用前景代謝組學可以應用于天然物等新添加劑作用機制研究。來自飼用或藥用植物的提取物中有效成分多數(shù)為小分子物質(zhì)，通常稱為植物源小分子物質(zhì)，其生理作用與中藥相同。研究它們的生理作用及其代謝機制，采用藥物研究中代謝組學方法和思路是非常合適的。在飼料研究中的應用前景對飼用微生物在腸道定植和繁殖成優(yōu)勢菌群的最有效的評價，代謝組學方法有不可替代

10、的優(yōu)勢。它能直接反映出動物體內(nèi)代謝過程對益生菌的生理效應，這有利于揭開益生菌催促生長的機制之謎。在飼料研究中的應用前景對有毒飼料及其解毒方法、新飼料或新飼料添加劑和受污染的飼料需要進行毒理學試驗以評價它們對飼喂動物的安全性和對人類動物源性食品的安全性。以往三致試驗是建立在傳統(tǒng)的實驗生物學基礎上的評價方法，需要很長的周期，對毒物的代謝機制有時并不清楚，代謝組學正好可以彌補它們的缺陷。在飼料研究中的應用前景研究飼料加工方法對營養(yǎng)物質(zhì)利用率影響也可以借助代謝組學方法。飼料經(jīng)過加工之后，其營養(yǎng)成分含量及其可消化性、抗營養(yǎng)因子的作用程度都會有所變化。如維生素等熱敏感物質(zhì)在經(jīng)過加工（如膨化、高壓、微波等）

11、處理后會有所損失，大豆等飼料中的血球凝集素、胰蛋白酶抑制因子等會遭到不同程度的破壞，這些都會引起飼料營養(yǎng)價值和安全性的變化。在飼料研究中的應用前景飼料經(jīng)不同加工條件（方法、參數(shù)）處理后，用代謝組學方法研究進食這種飼料與進食未加工的飼料動物代謝反應的效應，以準確評價加工方法的優(yōu)劣。特別是有毒飼料脫毒加工方法的效果評價更適合采用代謝組學的方法來進行研究。在飼料研究中的應用前景代謝組學用于飼料營養(yǎng)價值的輔助評價。飼料凈能評價體系是最接近動物真實需要的理想的能量評定方法。然而，測定飼料凈能值是非常繁瑣的事情，甚至需要使用造價昂貴的呼吸測熱系統(tǒng)，測定成本高，大量重復分析需要消耗很大的人力財力，同時仍然擺脫不了動物個體差異造成的“測不準”現(xiàn)象。在飼料研究中的應用前景代謝組學可以輔助飼料凈能的評價。假設在供給動物的凈能量達到平衡時，體液（血液或尿）中蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的代謝產(chǎn)物有一相對恒定值，我們就可以應用代謝自組學的方法，在能量總平衡、正平衡和負平衡狀態(tài)下，通過測定多個標志物成分含量的變化，來建立有效能量評估模型，進而用于飼料凈能值評定。展望 代謝組學在動物營養(yǎng)學研究的應用是一門新興的實驗科學，是動物營養(yǎng)學與分