王 陶，李 華，王 華，蘇 靜，王 云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

20世紀(jì)生物學(xué)經(jīng)歷了由宏觀到微觀的發(fā)展過程，由形態(tài)、表型的表述逐步分解，細(xì)化到生物體的各種分子及其功能的研究。在2003年完成的人和多種模式生物體基因組圖譜以及隨后發(fā)展的各種組學(xué)技術(shù)把生物學(xué)帶入了系統(tǒng)生物學(xué)時(shí)代。系統(tǒng)生物學(xué)是在細(xì)胞和生物體整體水平上研究其所含有的結(jié)構(gòu)、功能各異的生物分子及其這些生物分子間的相互作用，并通過生物信息學(xué)的手段來定量描述和預(yù)測被研究對象的生物功能、表型和行為的一門學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)的主要技術(shù)平臺是由基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)所構(gòu)成。這些組學(xué)分別在DNA、mRNA、蛋白質(zhì)和代謝物水平上檢測和鑒別各種分子并研究其功能[1-3]。圖1顯示了系統(tǒng)生物學(xué)中的各生物組學(xué)間的關(guān)系以及它們的研究框架。

酒酒球菌（Oenococcus oeni）是觸發(fā)葡萄酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵（malolactic fermentation，MLF）的主要微生物，其可通過MLF過程降低葡萄酒自身的酸度，并提高葡萄酒的質(zhì)量和穩(wěn)定性[4]。由于酒酒球菌在葡萄酒釀造工業(yè)中的重要地位，在生物組學(xué)不斷發(fā)展的后基因時(shí)代，越來越多的研究者希望通過各種生物組學(xué)平臺以及它們的聯(lián)合來更進(jìn)一步的探究酒酒球菌所處環(huán)境對其胞內(nèi)和胞外代謝體系的響應(yīng)以及細(xì)胞自身的調(diào)控機(jī)制，使其更好的發(fā)揮一個(gè)模式生物的價(jià)值，進(jìn)一步促進(jìn)其在葡萄酒釀制工業(yè)上的應(yīng)用。

本文將對基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和生物信息學(xué)的相關(guān)研究技術(shù)平臺和其在酒酒球菌研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

圖1 生物組學(xué)研究框架[5]Fig.1 Framework of bio-omics[5]

1 基因組學(xué)

基因組學(xué)（genomics）的概念由美國科學(xué)家Thomas Roderick于1986年首次提出[6]。作為遺傳學(xué)的一個(gè)分支，基因組學(xué)是研究生物基因組和如何利用基因的一門學(xué)科。其主要研究內(nèi)容包括基因序列測序、基因組圖譜繪制和基因組結(jié)構(gòu)、功能分析三方面。

1.1 基因組學(xué)研究技術(shù)平臺

基因組學(xué)研究平臺主要由兩方面技術(shù)組成，其包括測序技術(shù)和基因組比對技術(shù)。當(dāng)今，生物體基因組的測序工作主要運(yùn)用的是“鳥槍”測序法（shotgun sequencing method）。

在基因組比對分析實(shí)驗(yàn)中，多采用比較基因組雜交技術(shù)（array-based comparative genome hybridization，aCGH）分析技術(shù)[7]。aCGH分析是比基因組雜交比對（comparative genomic hybridization，CGH）水平更高的檢測基因組復(fù)制數(shù)量變化的技術(shù)[8]。這項(xiàng)技術(shù)能夠快速的檢測細(xì)菌基因組的可塑性和未知基因組的相關(guān)信息[9]。aCGH分析技術(shù)技術(shù)被認(rèn)為是全基因測序分析的替代技術(shù)[10]。

1.2 酒酒球菌基因組學(xué)的相關(guān)研究進(jìn)展

至今為止，已有14株酒酒球菌菌株的基因組序列完成了測序工作（表1），其序列公布在GenBank上（www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/lproks.cgi），其中的O.oeniPSU-1菌株完成了全基因組精細(xì)圖譜的繪制。

表1 已完成基因組測序酒酒球菌的相關(guān)信息Table 1 In O.oeennii strraaiinnss

O.oeniPSU-1是在1972年由賓夕法尼亞大學(xué)從自然啟動酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵的葡萄酒中分離得到的，現(xiàn)在這一菌株已成功完成了其在葡萄酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵中的商業(yè)應(yīng)用[11]。在2002年，乳酸菌基因聯(lián)盟（Lactic Acid Bacteria Genome Consortium）與美國能源部聯(lián)合基因組研究所（Joint Genome Institute，US Department of Energy）合作，完成了酒酒球菌O.oeniPSU-1基因組測序和基因圖譜繪制的工作[12]。在2006年，Aline Lonvaud-Funel實(shí)驗(yàn)小組完成了對從法國波爾多紅葡萄酒中分離得到的酒酒球菌ATCC BAA-1163（文章未發(fā)表）的基因組序列的測序工作。在2010年，由澳大利亞的Borneman研究小組分離得到的酒酒球菌O.oeniAWRI B429也成功完成了基因組序列的測序工作[13]。2012年，同樣是澳大利亞的Borneman小組，其又分別對來自商業(yè)發(fā)酵和自然環(huán)境的11株酒酒球菌的基因組序列進(jìn)行了測序[14]。在對酒酒球菌基因組序列測序的過程中，所有的研究小組都運(yùn)用的是“鳥槍”測序法來完成測序工作的。

在測序工作完成的同時(shí)，不同酒酒球菌菌株間的比對工作也相應(yīng)陸續(xù)的展開。在2010年，Borneman等[13]使用基因組矩陣雜交對比分析法，以酒酒球菌PSU-1為模式菌株，研究了10 株葡萄酒酒酒球菌基因組的多樣性?；赼CGH芯片的分析發(fā)現(xiàn)，在PSU-1基因組中存在的基因在AWRI B429基因組中大量缺失，這一結(jié)果顯示了酒酒球菌基因組中不同區(qū)域的高度多樣性?；蚪M測序和aCGH分析技術(shù)的綜合應(yīng)用能夠很好的展示酒酒球菌菌株間基因組的差異[13]。在對酒酒球菌ATCC BAA-1163（AAUV00000000）、AWRI B429（ACSE00000000） 和PSU-1（CP000411）基因組的對比中發(fā)現(xiàn)，前兩個(gè)菌株顯示出與菌株P(guān)SU-1所截然不同的單核苷酸鏈遺傳多態(tài)性。另外，在菌株AWRI B429的基因組中大約擁有400個(gè)開放式讀碼框（open frame），而PSU-1的基因組卻沒有[13]。

2012年，同樣是Borneman的實(shí)驗(yàn)小組又利用11株酒酒球菌的基因組序列進(jìn)行了比對分析。研究發(fā)現(xiàn)，其所測序的所有菌株都包含1 800個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因。再對這些菌株的基因組共線性和蛋白質(zhì)同源性的深入比對后發(fā)現(xiàn)其有超過2 800個(gè)同源開放式閱讀框共同組成了它們的基因組，其中至少有1 200個(gè)基因被確認(rèn)為是這11株菌的較為保守的看家基因。另外，研究也同樣說明，對擁有蛋白質(zhì)編碼能力的酒酒球菌基因組相關(guān)數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)充主要是由酒酒球菌基因組中擁有的多重獨(dú)立的噬菌體序列的位點(diǎn)多樣性和對菌株商業(yè)性能具有潛在影響的多種代謝功能所導(dǎo)致的；這些代謝功能包括細(xì)胞壁表多糖的生物合成，糖類物質(zhì)的運(yùn)輸和利用，以及氨基酸的生物合成[14]。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)

基因組測序和基因組對比的研究對象為DNA，而轉(zhuǎn)錄組學(xué)的主要目的是分析基因的表達(dá)和在特定環(huán)境下基因表達(dá)的規(guī)律[5]。轉(zhuǎn)錄組即在一個(gè)活細(xì)胞中所能轉(zhuǎn)錄出的全部RNA分子的總和，這其中包括mRNA、rRNA、tRNA，以及一些非編碼RNA。而轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomics）是一門在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的學(xué)科。

2.1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究技術(shù)平臺

實(shí)時(shí)熒光定量PCR（real time-qPCR，RT-qPCR）技術(shù)是研究基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)的重要手段，這一技術(shù)于1996年由美國Applied Biosystems公司推出，目前已在酒酒球菌轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 酒酒球菌轉(zhuǎn)錄組學(xué)的相關(guān)研究進(jìn)展

大量有關(guān)酒酒球菌生理代謝相關(guān)基因表達(dá)的研究已完成。2007年，通過運(yùn)用RT-qPCR技術(shù)，Augagneur等[15]研究了L-蘋果酸和檸檬酸對酒酒球菌有機(jī)酸代謝基因maeP、yaeP和mleP的影響。這些基因的RT-qPCR分析是在不同的pH值條件下進(jìn)行的，其中包括模擬葡萄酒中的低pH值環(huán)境。表達(dá)分析結(jié)果顯示，L-蘋果酸可以提高mleP基因的表達(dá)量，高pH值和檸檬酸的存在可以提高yaeP基因的表達(dá)水平，而maeP基因的表達(dá)不受pH值變化或檸檬酸是否存在的影響[15]。2009年，Olguín等[16]通過使用RT-qPCR技術(shù)研究了酒酒球菌檸檬酸代謝機(jī)制相關(guān)基因在乙醇脅迫和酸脅迫條件下的表達(dá)。結(jié)果顯示，在乙醇存在的條件下，maeP、citI和citE基因會過量表達(dá)，而pH值的變化對這些基因的表達(dá)量沒有任何影響。但是，alsD基因的表達(dá)量會隨著蘋果酸-乳酸發(fā)酵的進(jìn)行而增加。同時(shí)，在所研究的基因中，citE、ackA和alsD擁有獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄體系。最后，通過對這些基因的表達(dá)情況分析后發(fā)現(xiàn)酒酒球菌細(xì)胞中的檸檬酸代謝途徑是其抗逆應(yīng)答體系中的一個(gè)重要組成部分[16]。另外，在2011年，Costantini等[17]通過利用RT-qPCR技術(shù)對一株商業(yè)酒酒球菌菌株O.oeniMLD的mleP基因和兩個(gè)與ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)子相關(guān)的基因（oeoe_1651和oeoe_0550）在復(fù)水條件下的表達(dá)進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)mleP基因和oeoe_1651基因在菌體復(fù)水幾分鐘后會立即進(jìn)行大量的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。這一研究為提高商業(yè)酒酒球菌凍干粉的復(fù)水活性奠定了基礎(chǔ)[17]。

其他的一些研究用來闡述酒酒球菌在葡萄酒發(fā)酵逆境下的抗逆應(yīng)答機(jī)制。當(dāng)酒酒球菌接種于葡萄酒中時(shí)，酒酒球菌就被暴露在低pH值，高酒精體積分?jǐn)?shù)和營養(yǎng)缺乏等逆境條件下。為了能夠在這樣的極端條件下生存，酒酒球菌進(jìn)化出了自己的一套抗逆機(jī)制。其中通過合成不同的抗逆蛋白，例如熱休克蛋白、分子伴侶和ATP依賴性的蛋白酶，是酒酒球菌脅迫適應(yīng)機(jī)制中的一種。有大量抗逆蛋白基因表達(dá)相關(guān)研究被報(bào)道[18-21]。在前期研究中，Coucheney等[18]發(fā)現(xiàn)hsp18基因所編碼的小熱休克蛋白Lo18與酒酒球菌的生長和蘋果酸-乳酸發(fā)酵能力之間的協(xié)作關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)菌體處在pH值為3.0的環(huán)境下時(shí)，酒酒球菌體內(nèi)的hsp18基因會過量表達(dá)，而其所合成的大量小熱休克蛋白Lo18會顯著提高酒酒球菌的存活率和蘋果酸-乳酸發(fā)酵能力[18]。其他研究人員利用RT-qPCR技術(shù)對酒酒球菌hsp18基因表達(dá)量的研究同樣證實(shí)了這一協(xié)作關(guān)系。Capozzi等[20]在其研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)酒酒球菌中的多個(gè)不同抗逆基因的表達(dá)水品達(dá)到最高時(shí)，酒酒球菌的蘋果酸-乳酸發(fā)酵會處于最佳狀態(tài)。而hsp18基因能夠在酒酒球菌中大量表達(dá)的這一性質(zhì)使得這一基因可以作為酒酒球菌直投存活率和蘋果酸-乳酸發(fā)酵能力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]。除了hsp18基因之外，例如groES、grpE、ctsR、clpL、clpP、clpX和trxA等大量其他類型的抗逆蛋白基因相繼被研究，并且部分基因的表達(dá)體系已得到定量分析[19,21]。而研究人員對于這些抗逆基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的研究為揭示酒酒球菌的相關(guān)抗逆機(jī)制提供了寶貴的數(shù)據(jù)信息。

在1804年《法國民法典》中，授權(quán)與委任契約是一回事，被界定為委任人向受委任人授予以其名義并為其利益而為某事的權(quán)力的行為(第1984條)；該契約非為要式契約，可通過信件、口頭和默示的方式締結(jié)(第1985條)；然后還就概括委任契約的內(nèi)容與限度、受委任人之行為的法律效果立即而直接地對委任人發(fā)生、受委任人就超越委任范圍的行為承擔(dān)責(zé)任，以及本人在未作出委任或者受委任人超越委任限度行事時(shí)的追認(rèn)做了若干具體規(guī)定。所有的這些規(guī)則顯然忠實(shí)地遵循了羅馬法傳統(tǒng)，并對1865年舊《意大利民法典》和現(xiàn)今依然有效的1889年《西班牙民法典》產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。1811年《奧地利普通民法典》的相關(guān)規(guī)則與此并無重大差異。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組（proteome）的概念首先由澳大利亞Macquarie大學(xué)的Wilkins和Williams于1994年提出，其是在一種細(xì)胞內(nèi)存在的全部蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）的概念于1997年在研究生物體基因時(shí)與基因組學(xué)一同提出[22]。其是研究一個(gè)生物細(xì)胞乃至一個(gè)完整生物體所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，及其所擁有的結(jié)構(gòu)和功能的一門學(xué)科[23]。

3.1 蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺

高效率的分析方法是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的基礎(chǔ)，在這其中蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)（two-dimensional gel electrophoresis，2D-PAGE）是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中使用較為普遍的一種方法，其分離原理是依據(jù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和分子質(zhì)量之間的差異來進(jìn)行分離[24]。

3.2 酒酒球菌蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)研究進(jìn)展

通過使用2D-PAGE技術(shù)，Silveira等[25]對乙醇脅迫下Oenococcus oeniGM的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中特定位點(diǎn)上的蛋白類物質(zhì)進(jìn)行了研究。蛋白質(zhì)組分析結(jié)果顯示乙醇脅迫激發(fā)了酒酒球菌細(xì)胞中蛋白類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，在分離得到的28個(gè)蛋白中有50%參與了細(xì)胞的代謝功能進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)液體培養(yǎng)基中的乙醇體積分?jǐn)?shù)由原來的8%升高至12%，并保持1 h后，細(xì)胞中的肌苷單磷酸脫氫酶和磷酸葡糖脫氫酶的含量會減少，而谷胱甘肽還原酶的含量會升高，這表明保持酒酒球菌細(xì)胞中的氧化還原平衡對其適應(yīng)生存環(huán)境中的乙醇脅迫有著重要的意義。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在酒酒球菌細(xì)胞處于乙醇脅迫時(shí)，其細(xì)胞中的甘露糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（mannose phosphotransferase system，PTS）中的磷光載體蛋白HPr和EIIMan也會隨之缺失，這證明在進(jìn)行蘋果酸-乳酸發(fā)酵時(shí)酒酒球菌細(xì)胞中的甘露糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)是處于停滯狀態(tài)的。另外，實(shí)驗(yàn)還證明酒酒球菌細(xì)胞中的葡萄糖脫氫酶和丙氨酸連接酶參與了其細(xì)胞壁的合成[25]。這些發(fā)現(xiàn)為在細(xì)胞水平和膜蛋白水平上研究酒酒球菌抗乙醇脅迫應(yīng)答提供了依據(jù)。

除了乙醇脅迫之外，Zapparoli等[26]評估了酒酒球菌在生長穩(wěn)定期時(shí)細(xì)胞抗貧營養(yǎng)脅迫的相關(guān)蛋白。運(yùn)用2D-PAGE技術(shù)研究在細(xì)胞培養(yǎng)的不同階段酒酒球菌中總蛋白的表達(dá)體系，通過酒酒球菌細(xì)胞中總蛋白的變化來研究在貧營養(yǎng)條件下酒酒球菌的抗逆機(jī)制。研究小組對在FT80培養(yǎng)基（pH 5.3）中生長了3 d和10 d的酒酒球菌細(xì)胞中的總蛋白運(yùn)用進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，與生長3 d的酒酒球菌相比，生長10 d后的細(xì)胞中的186種蛋白中有81種的含量發(fā)生了改變，其中有15種蛋白的含量在顯著增加，43種蛋白的含量在顯著減少。研究還顯示，在生長3 d的菌體中有13種蛋白是其所特有的，而有10種蛋白是生長10 d后的細(xì)胞中所特有的[26]。這些發(fā)現(xiàn)為研究人員了解酒酒球菌在貧營養(yǎng)條件下的抗逆機(jī)制提供了依據(jù)。

最近，Cecconi等[27]通過蛋白質(zhì)組的差異性比較來研究酒酒球菌Lalvin VP41的凍干粉在蘋果酸-乳酸發(fā)酵前的適應(yīng)性培養(yǎng)中細(xì)胞的應(yīng)答機(jī)制，從而證明蘋果酸-乳酸發(fā)酵前適應(yīng)性培養(yǎng)對提高酒酒球菌Lalvin VP41凍干粉對極端環(huán)境適應(yīng)性的重要意義。結(jié)果顯示，在對比了經(jīng)過適應(yīng)性培養(yǎng)和沒有經(jīng)過適應(yīng)性培養(yǎng)的菌株的在葡萄酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)組之后，發(fā)現(xiàn)前者能夠更好的適應(yīng)酒中的極端環(huán)境。另外，F(xiàn)olio等[28]從酒酒球菌ATCC BAA-1163中分離得到了一種新的具有蛋白酶活性的胞外蛋白，其被命名為EprA。之后，F(xiàn)olio研究小組利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析了ATCC BAA-1163在兩種含氮量不同的培養(yǎng)基中生長。結(jié)果顯示在兩種不同的含氮環(huán)境中，這一蛋白擁有相同的性質(zhì)。

4 代謝組學(xué)

與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)相比，代謝組學(xué)是一門闡述生物完整代謝體系的新興生物組學(xué)學(xué)科[29]。其由英國倫敦帝國理工大學(xué)的Jeremy Nicholson教授創(chuàng)立。主要的目的就是了解在特定環(huán)境下參與生物體細(xì)胞各種代謝途徑中所涉及到的所有生化分子的種類和性質(zhì)，這些生物分子包括各種肽段、氨基酸、核酸、糖類物質(zhì)、有機(jī)酸、多酚類物質(zhì)、脂類物質(zhì)和能被微生物細(xì)胞利用或合成的所有化學(xué)組分[30]。

4.1 代謝組學(xué)研究技術(shù)平臺

4.2 酒酒球菌代謝組學(xué)的相關(guān)研究進(jìn)展

直到最近，代謝組學(xué)才被大量的應(yīng)用于醫(yī)藥研制和的食品營養(yǎng)檢測[30]。然而代謝組學(xué)在葡萄酒發(fā)酵工業(yè)中卻鮮有應(yīng)用。葡萄酒中含有大量的化學(xué)物質(zhì)，而這些物質(zhì)中的大多數(shù)都為釀酒微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二次代謝終產(chǎn)物。

2009年，Boido等[31]的研究了酒酒球菌DSM 7008和D-11對Tannat紅葡萄酒中揮發(fā)性物質(zhì)的影響。通過利用GC-MS技術(shù)研分析了不同揮發(fā)性物質(zhì)在Tannat葡萄酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵過程中的濃度變化。在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)兩株酒酒球菌完成MLF之后，共有37種揮發(fā)性成分在Tannat葡萄酒中被檢出和定量，其中包括醇、酯、酸和酚類化合物。通過方差分析發(fā)現(xiàn)MFL對Tannat葡萄酒中的17種揮發(fā)性組分有明顯的影響，對8種揮發(fā)性組分有輕微的影響。例如，在D-11菌株完成MLF后，酒中的酯類物質(zhì)，如異戊酯、異丁酯、乙酸苯乙酯、丁二酸二乙酯、γ-丁內(nèi)酯、乙酸乙酯和泛內(nèi)酯的含量都會隨之升高，其中乙酸乙酯和泛內(nèi)酯的含量增加最為顯著，而乙酸己酯和的己酸乙酯的含量卻會隨之降低。而對于醇類物質(zhì)，在D-11完成MLF后，其酒中的2-苯乙醇、甲硫基丙醇和正己醇的含量都會有所增加，其中以己醇的含量增加最為顯著。另外，酒中揮發(fā)性酸丁酸和異丁酸的含量也都會顯著增加。而當(dāng)DSM7008菌株完成MLF時(shí)，酒中乙酸乙酯的含量會顯著上升，而乙酸己酯和乙酸異丁酯的含量會減少。另外，揮發(fā)性酚類物質(zhì)4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基苯酚的含量也都會有顯著的增加。兩株酒酒球菌都會通過自生生物代謝的特性了提高葡萄酒的香氣復(fù)雜度，尤其是D-11菌株，其可明顯提高酒中乙酸乙酯的含量，而乙酸乙酯能過賦予葡萄酒果香。另外，研究同樣發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行完瓶中陳釀后，葡萄酒中的醋酸鹽和酯類物質(zhì)的濃度會有所下降，這一變化也會影響葡萄酒香氣的變化。

在另外一個(gè)研究中，Lee等[32]運(yùn)用代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)手段對5種商業(yè)酒酒球菌菌株酒酒球菌MCW、Enoferm α、Wyeast、Vinibacti111和Vinibacti222的蘋果酸-乳酸發(fā)酵特性進(jìn)行了檢測。實(shí)驗(yàn)通過NMR和GC-MS法進(jìn)行分析。結(jié)果顯示不同菌株的發(fā)酵行為對其次級代謝產(chǎn)物種類變化的影響要遠(yuǎn)強(qiáng)于對初級代謝產(chǎn)物種類變化的影響。

另外，Lee等[32]同樣研究了不同菌株對葡萄酒的影響。實(shí)驗(yàn)利用NMR和GC-MS比較了葡萄酒中一株商業(yè)酒酒球菌與L.plantarum的發(fā)酵特性和代謝能力。結(jié)果顯示，在葡萄酒蘋果酸-乳酸發(fā)酵過程中L.plantarum產(chǎn)生初級代謝產(chǎn)物的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于酒酒球菌。這一結(jié)果表明不同種類的乳酸菌產(chǎn)生初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的能力有所不同。

雖然人們在代謝組學(xué)研究中取得了長足的進(jìn)展，但是各種技術(shù)的使用還是處在一個(gè)不成熟的階段，并且大多數(shù)的研究都存在深度不足的問題。另外，代謝能力的計(jì)量準(zhǔn)確還有待提高[33]。對于葡萄酒中由低分子質(zhì)量化合物的全面的動態(tài)化學(xué)分析尚不能通過一種單一有效的代謝組學(xué)研究技術(shù)來完成[30]。然而，現(xiàn)在所擁有的代謝組學(xué)研究技術(shù)已能很好的完成微生物代謝組學(xué)的相關(guān)研究[34]。

5 生物信息學(xué)

生物信息學(xué)（bioinformatics）一詞源自于19世紀(jì)70年代末Paulien Hogeweg與Ben Hesper兩位科學(xué)家對生物系統(tǒng)的信息化處理的相關(guān)研究[35]。其是利用信息學(xué)的技術(shù)，其中包括從應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科衍生出的各種方法，以計(jì)算機(jī)為工具對生物信息進(jìn)行儲存、檢索和分析的一門學(xué)科[36]。

5.1 生物信息學(xué)研究技術(shù)平臺

當(dāng)今，最為普遍的用來獲取酒酒球菌基因組序列和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)的方法是登陸國家生物信息技術(shù)中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）的GenBank數(shù)據(jù)庫（http://www.ncbi.nlm.nih.gov）和歐洲生物信息研究所（European Bioinformatics Institute，EBI）的EMBL （European Molecular Biology Laboratory database，EMBL） 數(shù)據(jù)庫（http://www.ebi.ac.uk）。這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫為公共數(shù)據(jù)庫，是世界范圍內(nèi)公認(rèn)的內(nèi)容最全面的核酸序列數(shù)據(jù)庫，并且數(shù)據(jù)庫間的序列數(shù)據(jù)也是高度共享的[37-38]，可供研究人員免費(fèi)登陸和獲取研究所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。在大量基因組數(shù)據(jù)的產(chǎn)生的同時(shí)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視信息也變得至關(guān)重要?，F(xiàn)有的基因組可視化工具包括GenomeAtlas[39]、Microbial Genome Viewer[40]和GENEWIZ[41]等軟件。

如同基因組學(xué)研究，在酒酒球菌代謝組學(xué)的研究中同樣會產(chǎn)生大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在沒有生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和相關(guān)軟件的幫助下是無法進(jìn)行分析和研究的，而這些數(shù)據(jù)庫和軟件都能夠在互聯(lián)網(wǎng)上獲取得到。這些數(shù)據(jù)庫主要提供的是生物化學(xué)物質(zhì)的名錄，以及它們的特性、酶類、反應(yīng)類型、交互作用和代謝途徑的相關(guān)信息[42]。在眾多的公眾數(shù)據(jù)庫中有兩個(gè)最為重要，分別是BioCYC數(shù)據(jù)庫和京都基因與基因組（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）百科全書[37]。KEGG數(shù)據(jù)庫中就包含多個(gè)酒酒球菌的相關(guān)基因組計(jì)劃、代謝途徑、生化分子和生化反應(yīng)的相關(guān)研究數(shù)據(jù)[43]。除了上述的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫之外，還包括ExPASy、EMP、BRENDA和PathDB數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫同樣提供代謝途徑建模軟件開發(fā)的相關(guān)服務(wù)[23,42]。

5.2 生物信息學(xué)在酒酒球菌生物組學(xué)研究中的應(yīng)用

在酒酒球菌研究中產(chǎn)生的大量的基因和蛋白序列的相關(guān)信息都被提交在GenBank和EMBL數(shù)據(jù)庫中[12-13]。例如，在2002年完成全基因組測序的酒酒球菌PSU-1，其完整的基因組序列信息就提交在GenBank數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，研究人員利用GENEWIZ軟件繪制了酒酒球菌PSU-1全基因組的環(huán)狀基因組圖譜[12]。

而對于酒酒球菌代謝組學(xué)，Michlmayr在其研究中運(yùn)用到了ExPASy數(shù)據(jù)庫所提供的進(jìn)化分析軟件（http://www.expasy.ch/tools/#proteome）對酒酒球菌ATCC BAA-1163的β-糖苷酶蛋白序列進(jìn)行了系統(tǒng)進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)其屬于糖苷水解酶的3號家族[44]。而在Marcobal的研究中運(yùn)用了ExPASy數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)檢索功能對酒酒球菌BIFI-83所產(chǎn)生的精氨酸脫羧酶的相關(guān)酶特性進(jìn)行了分析[45]。

6 結(jié) 語

由于技術(shù)和資金等條件因素的限制，多年前在微生物相關(guān)生物組學(xué)研究中一般只會使用單一的生物組學(xué)研究手段，對于多種生物組學(xué)間的聯(lián)合應(yīng)用鮮有報(bào)道。然而，由于現(xiàn)今生物組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和升級，以及大量研究經(jīng)費(fèi)的不斷注入，各種生物組學(xué)間的聯(lián)用已成為一個(gè)大的趨勢。但是作為葡萄酒工業(yè)中重要的發(fā)酵微生物之一的酒酒球菌，相關(guān)生物組學(xué)的研究相對總發(fā)展趨勢來說較為滯后，其還是已運(yùn)用單一的生物組學(xué)技術(shù)為主，酒酒球菌生物組學(xué)的研究還并沒有完成一個(gè)從單一到聯(lián)合的轉(zhuǎn)變過程。但是，單一運(yùn)用一種生物組學(xué)研究技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)分析研究酒酒球菌中整個(gè)代謝過程這一目標(biāo)的，因?yàn)槊糠N技術(shù)在擁有其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也會伴隨著一定的局限性。所以，從整體的情況來考慮，生物組學(xué)間的聯(lián)用將會是研究酒酒球菌生命代謝系統(tǒng)不可或缺的強(qiáng)大工具，而普及和完善這一工具在相關(guān)研究中使用將是一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)意義的工作。

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