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Orbitrap的多组学大数据，提升啤酒酿造技术创新

我爱吃芒果

2015/12/14

液质联用（LCMS）

啤酒，人类三大饮料之一，型式繁多，风格万千，蔚为大观。小麦啤酒，亦称酵母麦啤（Hefe weizen）、白啤酒，是啤酒型式中独具特色魅力的一个品类。一般公认，酵母发酵产生的丰富酯类与酚类物质群直接决定了小麦啤酒独特的浓郁果味果香，不同菌株的使用也因之会影响小麦啤酒最终的气质与风格。宏观上，或迥然，或细微的感官差异背后，究竟蕴含着怎样的微观秘境？

最近，美国斯坦福大学等多家科研机构与赛默飞合作，依托赛默飞成熟的组学测试解决方案，运用Q Exactive质谱同时开展蛋白组学与代谢组学研究，通过组学大数据与科学结论的整合，来揭示California Ale (WLP001)与Hefe Weizen (WLP300)两种啤酒酿造酵母菌株的微观生物差异（图1）。

研究分别将两种酵母菌株在麦芽提取物基质中培养100小时，选取7个不同时间点采样以进行生物组分时序变化的动态监控。酵母细胞蛋白提取、酶切后，使用Thermo ScientificEASY nLC系列纳升液相串联Q Exactive高分辨质谱进行蛋白组学数据采集。上清培养液离心后，使用同一质谱进行代谢指纹谱表征。蛋白组学数据处理时，使用Thermo Scientific Proteome Discoverer软件中的Sequest HT算法与Protein Center软件进行蛋白搜库鉴定与生物功能注释。同时，利用Thermo Scientific SIEVE 2.2软件进行代谢组分提取、解卷积与多元数据统计等代谢组学数据处理。进一步地，代谢物组与蛋白组原始峰表数据矩阵经过离群值剔除、缺失值补插、Log变换、分位数归一化等处理后，使用ANOVA与PCA等统计学手段进行分类与差异寻的，并就显著差异表达蛋白质与代谢物的生物功能与代谢通路进行功能注释（图2）。

深度的数据挖掘后，研究发现，与这两种酵母菌种在微生物生态学上的相似性迥然有异的是，两者的蛋白表达谱差异显著，包括蛋白水解酶等在内的60余种与啤酒风味口感相关的酶在两种菌株间存在统计学差异，Protein Center对其进行Ontology Enrichment分析后，发现这些差异蛋白具有显著不同的生物功能谱，结果见图3。代谢组学的科学发现恰与蛋白组学结论相互印证，不谋而合。两种菌株的非靶向全组分代谢指纹谱在PCA主成分分析中明显聚集为两类（图4A），在SIEVE软件解析出的数千个代谢组分中有600余种组分的表达水平显著改变，其聚类结果见图4B。例如，乙酸异戊酯（isoamyl acetate）在Hefe Weizen酵母中的表达量显著高于California Ale，这赋予了小麦啤酒独特诱人的混杂着些许丁香味的浓郁香蕉果香（图4C）。

作为研究食品与营养学相关科学问题的一种崭新思路，食品组学可以从不同生物组分物质层面上展开对应的组学研究。实践中，利用基于Orbitrap高分辨质谱的系统生物学策略，多头并进，通过整合蛋白组学与代谢组学等多种组学结论，将大大拓展与增进食品组学的研究广度与深度，从而更好地服务于酿酒工业中新菌种设计以改善啤酒感官特性等实际应用。

分
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ie4680180

第1楼2015/12/15

应助达人

值得学习，呵呵

0

hujiangtao

第2楼2015/12/15

应助达人

高大上的仪器啊

0

礼锦浣

第3楼2015/12/16

针对特定应用的仪器还是很牛的

0

lili19810626

第4楼2015/12/16

是啊就要研发这种仪器
礼锦浣(v2989862) 发表:针对特定应用的仪器还是很牛的

0

lili19810626

第5楼2015/12/16

食品组学可以从不同生物组分物质层面上展开对应的组学研究

0

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