食品微生物与人类健康密切相关，基因组学技术的发展为食品微生物研究提供了革命性平台。文章从物种分类鉴定、群落互作、功能机制及安全风险评估4个维度探讨基因组学在食品微生物领域中的应用。借助基因组学技术可实现食品微生物的精准分类与鉴定，并阐明发酵食品中菌种间互作网络及协同代谢机制。同时，通过解析功能基因，为益生菌功能研究提供分子水平新视角，并在食源性致病菌溯源方面展现优势。然而，食品微生物基因组学研究仍面临样本前处理标准化体系缺失，数据分析流程规范化不足，功能验证体系不完善等技术瓶颈。未来，随着测序技术的创新与人工智能算法的引入，食品微生物基因组学研究将向多组学整合分析转变，逐步形成以食品微生物组学为核心的研究框架，为提升我国食品产业核心竞争力，保障国家食品安全提供坚实的科技支撑。
1 基因组学促进对食品微生物物种的认知
传统的菌种选育方法通过从自然界中收集生物样本进行分离培养，结合微生物学性状分析和生理功能评价来筛选优良菌种。然而，这种方式存在缺乏靶标，依赖人工经验，机制不明以及选育周期较长等局限性。相比之下，基因组预测生理特性的方法显著提升了菌种选育的目标性。此外，基于宏基因组测序技术，研究者能够从发酵食品和粪便样品中提取并组装大量此前未被描述的物种基因组（MAGs），从而构建食品微生物组数据库，为食品微生物的研究提供了宝贵的资源。
2 基因组学促进对食品微生物种群互作的认知
食品微生物群落研究的传统方法主要依赖于菌落计数、显微镜观察和共培养等试验方法。这些方法虽能够揭示微生物群落的基本组成和部分交互作用，但它们通常局限于现象的描述，难以深入解析微生物间复杂的代谢联系及动态演替规律。基于基因组学技术，通过设计物种特异性引物，研究者能够更准确地解析食品微生物种群的结构、功能及其互作机制。此外，基于基因组学的食品合成生物学设计，开发了工程化交叉喂养策略，显著提升了高附加值目标化合物的产量。研究表明，基因组学在解析微生物种群互作机制方面发挥了重要作用，为食品发酵工业的优化和肠道微生态的调控提供了理论基础和技术支持。
3 基因组学促进对食品微生物功能的认知
基因组学技术的革新显著提升了食品微生物功能研究的效率和精确性。传统研究方法依赖于菌株分离、生理生化分析和动物实验等繁琐步骤，需要从大量菌株中筛选出少数具有特定功能的菌株。这种方法不仅耗时且劳动密集，还存在筛选效率低，准确性不足的局限性。基因组学通过基因序列分析和数据库筛选，能够直接识别与特定功能相关的基因簇，并快速定位筛选潜在功能菌株。此类技术显著降低了研究的人力物力成本，同时提高了功能菌株筛选的精准性。
4 基因组学促进对食品微生物传播溯源的认知
基因组学技术为解析食品微生物与人体肠道微生物之间的传播关系提供了全新的视角。通过将人体/食品微生物组数据库（cFMD）与超过20000个人宏基因组数据进行比对，发现食物来源的微生物在单个人体样本中的平均占比为11%，累积相对丰度约为3%，而在婴儿中这一比例更高，达到56%。菌株水平分析表明，某些食品微生物或能转移到人类肠道并定植（如副干酪乳杆菌），而一些菌种（如解没食子酸链球菌和黏膜黏液乳杆菌）则显示出在食品和人体之间趋异的基因组结构。这些发现揭示了食品微生物在人类肠道菌群建立过程中的重要作用。同时，基因组学研究还揭示了乳酸菌在不同文化背景和环境压力下通过基因簇的进化，发展出抵抗环境压力的能力，从而在人类饮食习惯中获得选择性优势。这些研究展示基因组学技术在食品微生物传播溯源、病原菌监测以及益生菌进化研究中的广泛应用。
5 食品微生物基因组学研究的新进展及未来趋势和挑战
随着组学技术的飞速发展，食品微生物研究正进入一个多维度整合探索的新阶段。未来的研究趋势主要集中于多组学整合、技术创新、健康关联研究以及数据共享与标准化4个方向。通过结合基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等多维数据，研究人员能够系统性地解析食品微生物的生理功能、代谢网络及其与环境和宿主的交互机制。这种系统生物学方法不仅能够揭示食品微生物在发酵、保鲜和食品安全中的关键作用，还为开发新型功能性食品提供了理论依据。整合代谢组和转录组数据可以精准定位食品微生物的代谢瓶颈，从而优化发酵工艺或提升食品品质。在技术创新方面，传统的基因编辑方法存在效率低、操作复杂等问题，而CRISPR技术以其高效、精准的特点，为功能基因验证和微生物改造提供了强有力的工具。
食品微生物与人类健康的关联研究正成为研究的热点。宏基因组和宏转录组分析揭示了食品微生物通过食物链传递至人体肠道微生物组的机制，并进一步阐明其在疾病预防和健康促进中的作用。这些研究为个性化食品和精准营养方案的开发提供了科学依据。基于个体基因组和肠道微生物组数据，可以设计适合个体需求的益生菌食品或功能性食品，实现精准营养干预并改善健康状态。同时，随着微生物组数据量的指数级增长，现有数据库（如cFMD）需要进一步扩展和优化，以实现数据的标准化、互操作性和全球化共享。开放的数据平台不仅为跨学科和跨地区的协作研究奠定了基础，还能加速复杂科学问题的解决和研究成果的转化。这些新趋势为食品科学和人类健康带来了深远影响，同时也提出数据标准化、技术应用和伦理规范等方面的挑战，亟需全球科研界共同努力应对。
6 结论与展望
食品微生物基因组学研究正逐步从单一菌株分析向系统性“微生物组-宿主-环境”互作研究转型，多组学整合的应用为解析微生物多样性、功能基因及其传播规律提供了重要工具。这种系统生物学方法不仅深化了对食品微生物生态功能的理解，还推动了食品微生物组数据库（如cFMD）的构建，为揭示食品微生物通过食物链影响人类健康的分子机制奠定了基础。与此同时，CRISPR基因编辑技术突破了传统基因改造方法的局限性，实现了微生物功能的精准调控，而合成生物学通过设计交叉喂养网络显著提升了代谢产物的工业合成效率。这些技术进展不仅为益生菌的功能优化、食品安全防控及功能性食品的设计提供了科学支撑，也为食品科学领域的创新发展注入了新的活力。
未来，食品微生物基因组学的研究将聚焦新质生产力的加速应用，推动智能化数据驱动、合成生物学产业融合和可持续发展三大方向的突破。人工智能技术将优化基因功能预测与数据分析流程，并通过去中心化数据平台促进全球协作；合成生物学将借助模块化基因设计开发高附加值产物，并结合个性化微生物组数据实现精准营养；基因组溯源技术与代谢工程的结合将提升食品安全监测能力，同时优化低碳制造工艺以支持绿色发展。这些趋势不仅体现了新质生产力在食品科学领域的深远影响，也为解决食品安全与可持续发展问题提供了技术路径。未来，全球科研界需协同努力，推动食品微生物组学研究迈向更高水平与产业化应用。
原文链接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=ywQ10qv17SEcqBsJCz8TZDmREihiRHr56RMPHRkDEKgYUrwPowE45P4RPx1uamqh3vystHMdq1VSH0WaDshK8TFTM82ymPzC-xfVPi8SzgQQQI9ZvzXvKjhsPU-ENq3V8Ad0a7Fw4MS9Xf-wh8EPYrCYH4W_vzdEPr8HXwSVvcDQFsIvwccpiQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
