全 文 ：·综述与专论· 2012年第2期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 : 2011-07-26
基金项目 : 国家自然科学基金（21046004）, 国家科技支撑计划（2011BAD15B02）
作者简介 : 薛金红 , 女 , 硕士研究生 , 研究方向 : 沼气发酵及其成分分析 ; E-mail:Good_322@163.com
通讯作者 : 李晖 , 男 , 博士 , 副教授 , 研究方向 : 微生物代谢组学分析 ; E-mail:leehvi@163.com
微生物代谢组学及其在工业中的应用
薛金红1 李晖2 韦萍1 欧阳平凯1,2
（1南京工业大学药学院，南京 211816 ；2南京工业大学生物与制药工程学院，南京 211816）
摘 要 : 微生物代谢组学是系统生物学的重要组成部分，其与基因组学、转录组学和蛋白质组学相互补充，近年来受到越来
越多人的重视。其主要对细胞生长或生长周期某一时刻细胞内外所有低分子量代谢物进行定性和定量分析，直接反映了细胞的生
理状态，对理解细胞功能十分重要。由于代谢物的复杂性，研究者需根据不同的目的及对象选择合适的分析方法。对微生物代谢
组学近年来的研究方法进行综述，包括样品处理、分析手段、数据分析，并讨论了微生物代谢组学在工业中的应用及所面临的挑战。
关键词 : 代谢组学 微生物 代谢物鉴定 数据分析
Microbial Metabolomics and Its Application in Industry
Xue Jinhong1 Li Hui2 Wei Ping1 Ouyang Pingkai1,2
（1School of Pharmaceutical Sciences，Nanjing University of Technology，Nanjing 211816 ；2Biotechnology and Pharmaceutical Engineering，
Nanjing University of Technology，Nanjing 211816）
Abstract: Recently, metabolomics has received much attention. It is important part of systems biology, where complements more
established omics techniques such as genomics, transcriptomics and proteomics. Broadly, metabolomics refers qualitative and quantitative
analysis of complete set of all low molecular weight metabolites presented in and around growing cells at a given time during their growth or
production cycle. It is important for understanding cellular function, because it directly reflects the physiological state of cells. Achieving
metabolomics data with satisfactory coverage is a formidable challenge in metabolomics because metabolites are a chemically. This review
focuses on the past, current and future development of various experimental protocols in the rapid developing area of metabolomics in the ongoing
quest to reliably quantify microbial metabolites formed under defined physiological conditions. These developments range from sampling, analytic
platforms, and date analysis. The future applications and challenges of microbial metabolomics in industry were also discussed.
Key words: Metabolomics Microbiology Metabolite identification Date analysis
1997 年，Oliver 首次提出了代谢组学的概念，
它是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后发展
起来的系统生物学中另一门学科。“代谢组”是指在
特定的生理状态或者是某个生长阶段，存在于细胞
中的所有小分子物质，可以说代谢物是细胞生理特
征的最直接的反映［1］；因此，代谢组学在理解错综
复杂的生物化学和生物系统中担任着重要的角色。
代谢组学的最终目标就是对所给定的代谢物进行定
性和定量分析，其研究技术一般流程包括 ：样品的
制备、样品分析、数据分析及模型的建立［2］。图 1
显示了样品准备步骤，代谢物淬灭，细胞内代谢提取，
细胞外代谢提取和定量分析的流程［3］。由于微生
物中代谢物的种类繁多，可以根据研究对象的不
同，采用适合的样品制备、分离鉴定以及数据分
析方法进行研究。就近几年来微生物代谢组学研
究中涉及到的样品制备、分析手段及数据处理进
行了综述，并讨论了微生物代谢组学的应用及所
面临的挑战。
1 微生物代谢组学研究平台
1.1 样品的制备
微生物代谢组学旨在分析微生物体系中所有代
2012年第2期 21薛金红等 ：微生物代谢组学及其在工业中的应用
谢物，整个过程中都要尽可能地保留和反映总代谢
物的信息，因此需要建立一个高效且可信的样品分
离方法。到目前为止，还没有一种适用于所有细菌
菌属代谢组学研究的方法。研究者需要根据研究对
象、目的和采用的分析手段的不同，选择合适的样
品提取和预处理方法。微生物样品制备过程包括微
生物培养、快速取样、淬灭和代谢物提取等步骤。
1.1.1 微生物培养 微生物代谢组学研究要求微生
物的生长条件是可以控制和重复的。严格控制生物
反应器中的温度、pH 值、培养基组分，以及溶解于
其中的 O2、CO2 等。微生物代谢组学研究通常采用
批培养和连续培养的方式［4］。
1.1.2 快速取样 细胞在受外界条件干扰下，代谢
物会发生快速转变。因此，从培养基中快速收集样
品并终止细胞代谢是微生物代谢组学中较关键的步
骤。快速取样技术可以使收集的样品最贴近地反映
细胞的生理状态。随着代谢组学的发展，快速取样
技术已经得到飞速的发展。快速取样技术必须考虑
到细胞内代谢物（如 6-磷酸葡萄糖，ATP）的转变
速率，大约为 1-2 s。因此，要成功捕捉到细胞内代
谢物状况和代谢物整体水平的快照，样品收集和淬
灭要尽可能快，在理想状态下所需时间应该比这些
代谢物的转变时间短。目前常用的采样装置有两种：
从生物反应器中快速取样系统和截留取样系统［5］。
1.1.2.1 从生物反应器中快速取样系统 手动采
样装置操作比较麻烦，取样体积的差异主要取决
于操作者的操作水平，单个采样时间超过 5 min。
Schaefer 等［6］发明了一套全自动样品采集装置，将
样品采集率提高到 4.5 个样品 /min。Weuster［7］采用
不同的思路提高了样品采集率，基本思想是在与生
物反应器相连的长管中连续操作，完成样品采集、
代谢活性抑制和细胞内代谢物提取步骤。Schaub 等［8］
报道了另一种集样品转移、淬灭和提取为一体的装
置，通过瞬间加热样品，达到淬灭所有代谢活性的
目的，同时从细胞中提取出代谢物。这个装置采样
率可以达到 5 个样品 /s。他们利用这个装置分析了
大肠杆菌细胞内糖酵解活性，进而达到分析大肠杆
菌生长速率的目的。
1.1.2.2 截留取样系统 以解释微生物代谢通路中
酶的动力学特性为目的代谢组学研究，通常通过所
谓的刺激反应试验完成，也就是突然破坏稳定状态
下的培养基。在每次刺激试验后，培养基的稳定状
态就会遭到破坏，这个问题可以通过外部的扰动来
解决，如截留取样系统。De Koning 等［9］第一个提
出将这个技术运用于微生物培养基，目的在于在毫
秒范围内捕捉代谢动向。Buziol 等［10］报道了类似的
一个截留装置，这个体系由一个带有混合室的抽样
口组成，混合室安装在生物反应器壁上，在顶部用
一个超压 0.4-0.5 bar 的装置，通过一根毛细管将培
养基移出生物反应器，转移到混合室中，与高浓度
的葡萄糖溶液混合。Visser 等［11］发明了一个微型活
塞流反应器，叫做生物检定器（BioScope），与提供
稳定状态下的微生物的生物反应器相连。稳定状态
下的微生物直接转移到生物检定器中，加入各种扰
乱试剂，如乙醇、葡萄糖和乙醛等。Mashego 等［12］
设计一款改良的，稳定性更好的生物检定设备。该
装置中有两个通道，一个通道用于细胞培养基流动，
另一个通道用于其他交换，如需氧条件下 O2 的补充
和 CO2 的移除，或者是厌氧条件下 O2 和 CO2 的移除
（通入 N2 移除）。与第一代生物检定器相比，它的一
个明显的优势就是实现了气体转换（O2，CO2，或者
是其他化合物），也就是在气体通道中通过改变其组
分来控制气体的转换。
1.1.3 淬灭方法 用于微生物代谢组学测定的淬灭
步骤分为两种 ：需要将细胞和上清液分离的步骤和
图 1 微生物代谢组学中常见分析平台
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第2期22
不需要分离的步骤，即同步取样方法和分步取样
方法，表 1 列举了同步采样法和分步采样法的优缺
点［3］。
冷甲醇及其缓冲液是代谢组学研究中常用的淬
灭方法。使用甲醇及其缓冲液淬灭微生物时，原核
生物要比真核生物更易发生细胞内代谢物的渗漏 ；
因为细胞壁的不同，革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌
更易发生细胞内代谢物的渗漏。在淬灭之前进行样
品分离，可以避免细胞内代谢物的渗漏对分析数据
的影响，但是分离时间必须足够短。Hanna 等［13］设
计了一套研究金黄色葡萄球菌代谢组学的方案，发
现快速过滤后用液氮淬灭是最佳提取金黄色葡萄球
菌细胞内代谢物的方法，并通过能荷变化的计算来
反映淬灭的效果。
Villas-Boas 和 Bruheim［14］提出冷甘油 - 盐溶液
是比较有前景的酵母和细菌的淬灭溶剂，可以有效
减少细胞内代谢物的渗漏。Spura 等［15］试图采用甘
油 - 盐方法淬灭酵母和细菌，但是结论却相反。他
们认为这个方法过于费时，由于不可能完全清除粘
在细胞球上的甘油，所以获得的色谱图上有甘油主
峰，掩盖了其他代谢物。他们采用 40% 的乙醇 /0.8%
氯化钠（-20℃）测试了 3 种具有不同细胞壁和细胞
膜机构的生物体 - 麦酒酵母（真核生物）、棒状杆菌
（革兰氏阳性原核生物）和大肠杆菌（革兰氏阴性原
核生物），得到一个比较满意的结果。说明 40% 的
乙醇 /0.8% 氯化钠（-20℃）混合溶液是一个普遍适
用的淬灭溶剂。
Faijes 等［16］ 提 出 用 冷（-40 ℃）60% 的 甲 醇，
0.85%（W/V）碳酸铵缓冲液或者是 70 mmol/L 的肝
素钠（HEPES），淬灭植物乳酸杆菌。结果显示碳酸
铵甲醇溶液引起的胞内代谢物泄漏较小 , 且在冷冻
干燥过程中碳酸铵可以挥发去除，方便代谢物的进
一步分析。
Link 等［17］认为用甲醇 / 甘油（3:2 V/V）混合
物在 -50℃时，对大肠杆菌进行淬灭效果最好。用甲
醇 / 甘油混合作为淬灭溶剂时，能有效地减少细胞
的渗漏，ATP 渗漏为 16%，而通常采用的淬灭溶剂 -
甲醇 / 水，可引起超过 70%ATP 的渗漏。
1.1.4 代谢物的提取 在分析细胞内代谢物前，通
常需要用试剂处理细胞，改变细胞膜通透性。这些
试剂必须具备以下特点 ：（1）不破坏或改变代谢物
的物理或化学特征；（2）最大限度地提取代谢物；（3）
尽量减少对代谢物的稀释作用［3］。
目前常用的提取方法主要有冷甲醇、热甲醇、
冷乙醇、热乙醇、高氯酸、冷氯仿 / 甲醇混合溶液、
乙腈及沸水等。极性代谢物可以用极性溶剂提取而
非极性代谢物可以用非极性溶剂提取。类似地，对
酸稳定的代谢物通常采用酸提取，对碱稳定的用碱
进行提取。同时，提取时还要考虑到代谢物的热稳
定性。Hanna 等［18］在研究革兰氏阳性菌 - 金黄色
葡萄球菌代谢组学时，快速过滤后用液氮进行淬灭，
并对比了 6 种不同的萃取方法，即冷甲醇、冷乙醇、
冷甲醇、热乙醇、冷氯仿 / 水 / 乙醇和热水，发现用
冷（≤ 6℃）60% 的乙醇提取效果最好，既有效又
稳定 ；且在细胞内代谢物提取前需对细胞进行破碎，
因为仅仅使用有机溶剂不会破坏细胞壁。Winder［19］
在研究大肠杆菌代谢组学时也得出相类似的结果，
他们发现用甲醇和乙醇提取时得到的代谢物数目最
表 1 代谢组学研究中同步采样和分步采样步骤的优缺点
采样步骤 优点 缺点
分步采样步骤 ：
冷甲醇或者是液氮淬灭
不同代谢物的提取方法
同步采样步骤 ：
同步淬灭和直接用酸 / 碱 / 热乙醇 / 沸水提取
定量分析所有（细胞内和细胞外）代谢物
可以从上清液中分离出生物细胞（目标明确）
样品基质更干净（无盐）
不同提取步骤（选择需要的代谢物）
操作步骤简单
无需从上清液中分离出生物细胞
定量分析所有（细胞内和细胞外）代谢物
非特定性
在淬灭过程中可能有代谢物的渗漏
特定的代谢物需要多次提取步骤
费时
数据难以解释
样品基质复杂
样品中盐浓度高
代谢物浓度过低，定量定性分析困难
2012年第2期 23薛金红等 ：微生物代谢组学及其在工业中的应用
多。而氯仿 / 甲醇只适合于某些非极性化合物的提取，
不适合于代谢物的全面高通量分析，且该方法存在
技术要求高、费时、不能自动化等缺点。
由于代谢物的性质差异，仅凭借一种提取方法
无法试验细胞内代谢物的全部提取。因此，可以结
合不同的提取和分析方法来获得更多的代谢物。
1.2 微生物代谢组学中的分析方法
代谢组学分析的方法有核磁、质谱和基于色谱
和电泳分离的方法。核磁和质谱都可以单独使用，
也可以和分离技术联用来增强它们分析混合物的性
能。目前经常采用的分离分析手段是 GC-MS、LC-
MS、CE-MS 及核磁。
1.2.1 气质联用（GC-MS） GC 以及后来的 GC×GC
与质谱检测联用可以实现代谢组学的全面分析，因
其较高的分辨率和检测灵敏度，且有可供参考对比
的标准谱图库，近年来在微生物代谢组学研究中得
到广泛的运用。
GC-MS 的主要限制是只能直接检测一些挥发性
物质，对于一些不易挥发的物质，需要进行衍生化
后才能检测。通常采用的衍生化手段主要包括两个
步骤 ：首先，用乙氧基胺或者 MeOx 在 37℃下进行
肟化作用 90 min，然后在加热器中 37℃条件下三甲
硅烷基化 30 min。Liebeke 等［20］采用快速微波辅助
衍生化代谢物，缩短了衍生化所需时间，与常规方
法相比，所获得的代谢物差异很小，并成功运用于
枯草芽胞杆菌和金黄色葡萄球菌的代谢组学研究。
与 GC-MS 相比，GC×GC-MS 具有更高的分辨
率和峰容量。其原理是将分离机理不同且相互独立
的两个色谱柱，以串联的方式连接，样品进入第一
柱（一般为较长的或者液膜较厚的非极性柱）后，
各化合物根据沸点的不同进行分离，然后经过调制
器聚焦，进入到第二柱（一般为较短的或者液膜较
薄的极性柱或者中等极性柱），根据化合物极性差异
进行分离［21］。Ralston 等［22］运用 GC×GC/TOF-MS，
对无脊椎动物的毒理代谢组学进行了研究。Koek
等［23］ 发 现 GC×GC-MS 系 统 中， 采 用 内 径（0.32
mm）较宽的色谱柱作为第二柱时，与内径为 0.1 mm
色谱柱为第二柱相比，质谱负载能力提高了 10 倍。
1.2.2 液质联用（LC-MS） 近年来，液质联用技术
因其分析领域宽、选择性和灵敏度较好及样品制备
简单等特点在代谢组学中得到广泛的运用。用于高
效液相色谱分析的样品不需要进行衍生化处理，避
免了衍生化过程中引入的操作误差，简化了色谱峰。
一些液态生物样品，如尿液经水稀释后可以直接进
行液相色谱分析，而血浆样本经过简单的预处理后
也可以直接分析。HPLC 分析领域宽，可以根据代
谢的理化性质的不同，选择不同色谱柱，如反相柱、
正相柱、离子交换柱和亲水性相互作用柱。
二维液相色谱具有更高的峰容量和分离能力，
因而在代谢组学研究中得到得越来越广泛地运用。
二维液相色谱将两种不同的分离模式加以在线组合，
样品中不同组分基于多种物理化学性质的差异可以
得到更好的分离。分离小分子化合物时正相色谱与
反相色谱的选择性差别最大，理论上正相液相色
谱 / 反相液相色谱（NPLC×RPLC）组合模式分离效
果最好［24］。
Edwards 等［25］用离线二维液相色谱分析了复
杂的代谢混合物。他们采用离子交换柱（SAX）为
第 一 维 色 谱 柱， 反 相 柱（RPLC） 为 第 二 维 色 谱
柱，ESI 为电离源，对胰岛和大肠杆菌提取物进行
分析，与一维液质联用仪相比可以获得更多的代谢
图谱。利用毛细管液相色谱柱 - 四极离子阱质谱仪
可以检测出 111±9（n=3）种大肠杆菌代谢物。当
色谱柱内径从 50 μm 减少为 25 μm 时，可以检测出
156±17（n=3）种代谢物。他们认为这可能是分离
效率和灵敏度的提高以及加合物的形成的减少造成
的。而采用二维液相色谱柱时可以检测出 391±33
种小分子化合物。结果表明，减小柱内径和使用二
维分离系统可以检测出更多的代谢物。
Stoll 等［26］介绍了一种在线二维高效液相色谱，
采用快速高温梯度洗脱反相柱提高分离效率，他们
运用该设备对野生型和突变型幼苗进行了植物代谢
组学研究。
LC-MS 的结构鉴定方法还处在快速发展阶段，
到目前为止，还没有一个与 GC-MS 类似的标准图谱
数据库。但是 LC-MS 产生的加合分子离子峰较为稳
定，可以获得精确的代谢物质量数，直接用于数据
库检索。
1.2.3 毛细管电泳质谱联用（CE-MS） 相对于 GC
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第2期24
和 LC，毛细管电泳法主要用于目标代谢物的分析，
只有少数运用于全代谢组学分析。CE-MS 具有灵敏
度高，所需样品少等优点。CE-MS 对于极性较强、
离子性代谢物具有较好的分析效果。
研究表明，与液相相比，CE 在分析某些具体成
分或者有价值的植物组织中更具有吸引力。如未经
脱硫处理的芥子油苷，在通常使用的液相反相柱中
亲和力很低，所以只能用 CE-MS 进行分析［27］。他
们在酸性条件下分离检测阴离子，选择性好和基质
组分干扰小。另外，结合质谱的准确性和由 TOF-
MS 获得的正确的同位素模式，加上 CE 的高灵敏度，
可以鉴定拟南芥种子中的多种芥子油苷。与液相反
相柱相比，CE-MS 能更好地分离木糖低聚糖，分离
状况与阴离子交换色谱柱相似［28］。
Sato 等［29］对 4 个独立的 CE-MS 条件进行优化，
分离检测了稻叶（Oryza sativa L.）中不同种类的代
谢物。与二极管阵列检测器（DAD）联用，可以检
测几乎所有的水溶性物质，一共检测出 88 种存在于
糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、光合作用及
氨基酸合成途径中的主要代谢物。
1.2.4 核磁 核磁在高通量指纹识别和轮廓识别研
究中具有独特的优势，因为它不需要大量的样品分
离，无需结构破坏，就可以检测所有化合物。它的
主要缺点是灵敏度差和所需药品多。目前常用的有
氢谱（1H-NMR）、碳谱（13C-NMR）、氟谱（19F-NMR）
和磷谱（31P-NMR）。Son 等［30］首次运用 1H-NMR 结
合多种统计分析手段对酒精发酵过程中代谢变化进
行检测。对比了 3 种不同麦酒酵母菌株（RC-212、
KIV-111.6 和 KUBY-501）对发酵液和酒中代谢物变
化的影响。同位素的方法通常用于生物提取物中代
谢通量定量分析。在同位素标记代谢组学研究中，
包含 13C 标记的代谢物和没有标记的代谢物，NMR
图谱信号峰重叠严重以至于不能用于全面定量分
析，限制了同位素标记法在代谢组学研究中的运用。
Lewis 等［31］介绍了一种 ITOCSY 脉冲序列，用于检
测代谢混合溶液中同位素 13C 的浓度。可以将包含
12C 和 13C 的分子的信号峰区分开来。
1.3 数据处理方法
通 过 GC-MS、LC-MS、CE-MS 和 NMR 等 分 析
手段获得的原始数据，不能直接用于代谢组学分析，
需进行预处理转换成可用于代谢组学研究的格式。
研究者们根据不同分析手段的特点，开发出相应的
算法对原始图片的数据进行滤噪、重叠峰解析、峰
对齐、峰匹配、标准化和归一化等预处理。
如何从大量的数据中找出有用信息，并将其与
细胞表型相关联是代谢组学研究的关键步骤和难点
之一。通常代谢组学得到的是大量、多维的信息，
采用常规的统计分析方法难以发现样品之间或各组
分之间的异同，更难以发现造成差异的变量。因此，
代谢组学数据分析过程中应用的技术主要集中在模
式识别技术上。目前主要的数据分析技术有寻找模
式的非监督方法和监督方法两种。常见的非监督方
法有聚类分析（CA）和主成分分析（PCA）；监督方
法有线性判别分析（LDA）、偏最小二乘法（PLS）、
偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）和人工神经网络
（ANN）等。主成分分析（PCA）和偏最小二乘法判
别分析（PLS-DA）是代谢组学中最常见的方法，通
常以得分图获得样品分类信息，载荷图获得对分类
有贡献的变量（代谢物）及贡献大小，从而用于发
现可作为生物标记的变量（代谢物）［4］。
陈静等［32］在血清代谢组学研究中发现，用此
试验数据建立的 PLC-DA 模型发生了过拟合，不能
保证模型的有效性。为此，他们采用 OPLS 方法（正
交校正的偏最小二乘模式）来区分宫颈癌组和健康
对照组筛选潜在标记物，该方法可以去除和分离与
信息无关的变量，使判断集中在这些与类别相关的
变量上，从而提高分类准确性，消除过拟合，确保
模型有效。然后根据模型的变量重要性因子（VIP
值）、非参数校验结果和 z 值筛选潜在标记物。
2 代谢组学在工业微生物中的应用
2.1 代谢图谱法在生物医药开发中的应用
微生物（尤其是放线菌和小型真菌）会产生大
量不同种类，且有生物活性的次级代谢产物。已工
业化生产的真菌类，如青霉菌、曲霉菌等表明这些
化合物的生成与菌种有关。这意味着通过现代信息
技术——代谢图谱法，如质谱和核磁可以用于培养
基和天然样品中菌株的代谢组学研究。Larsen 等［33］
对代谢图谱法在生物医药开发中的应用进行了综述，
2012年第2期 25薛金红等 ：微生物代谢组学及其在工业中的应用
讨论了化学型 / 代谢组学作为智能筛选和标记部分，
结合现代去重复化手段，在丝状真菌的分类鉴定和
新型化合物的发现中的应用，对有效药物的开发有
着重要的作用。
2.2 代谢组学在微生物分离鉴定中的应用
传统的细菌鉴定依靠从标本中分离纯化细菌并
进行形态学、生物化学及血清学鉴定等，鉴定过程
耗时费力，且一些细菌只能鉴定到属。代谢组学是
无针对性的微生物生理的研究方法，可普遍应用于
细菌及细菌生态学［34］。Bundy 等［35］通过核磁代谢
谱图成功区分了 6 种不同的芽孢杆菌，将实验室非
致病杆菌和临床致病杆菌区分开来。
2.3 突变体功能基因研究
高通量 DNA 测序技术的发展实现了数百个细
菌基因的测序。然而，了解一个生物体分子基础主
要步骤是测定基因组中所有基因的功能。目前通过
同源性基因测序会产生大量的未知功能的目标基因。
通常不能很准确地反映有机体内生物化学功能和潜
在的生物特征，即使目标基因同源性很好。Villas
等［36］通过代谢足迹分析方法对半纤维素降解瘤胃
细菌 Tn916 插入基因突变体进行表征，突变体有明
显的表型变化。细胞外代谢物数据结合基因信息是
一种花费少效率高的方法，实现了对单个基因缺失
突变体的快速筛选和表征。
2.4 代谢组学在代谢途径及微生物代谢工程中的
应用
刺激反应试验可以获得代谢流的动态变化信息，
所获得的这些数据的最终目的在于对生产菌进行改
造，提高目的代谢物的产量。Peyraud 等［37］通过 13C
代谢组学方法验证了丙二酰乙基 -CoA 代谢通路，揭
示了甲基营养酵母生长过程中乙醛酸的产生过程。
2.5 在微生物降解环境污染物中的应用
人类活动使得环境污染越来越严重，生物治理，
即通过生物体除去污染物，是一种环境友好且经济
的物理化学净化方式。然而，生物净化的策略和结
果依赖于各种物理化学和生物因素，需要对之进行
检测。微生物在生物净化中起着关键的作用，如何
对它们的分解代谢潜力和动态进行快速高效的表征
是研究的重点［38］。利用代谢组学及其相关技术研究
生物净化过程中生物降解过程及中间产物，提供了
污染物有效降解的信息，从而有效地预测有毒代谢
物在环境中的积累和去除。
3 问题与展望
近年来，代谢组学在工业微生物领域已经得到
飞速的发展，但是还没有建立一套通用的微生物代
谢组学方法以用于所有微生物代谢物活性的淬灭、
所有低分子量代谢物的提取以及这些代谢物的分析。
因此，我们需要根据不同的工业微生物特点、代谢
物理化性质制定合适的代谢组学研究方案。
有待解决的问题仍然是淬灭过程中细胞内代谢
物的渗漏（尤其是原核生物），因此对细胞内代谢物
进行精确定量分析时，检测细胞内代谢物渗漏情况
是很有必要的［17,18］。最终，代谢组学数据可以与其
他组学数据（即蛋白质组学、转录组学、基因组学
和 fluxomic 技术）相结合形成一个完整的系统生物
学体系，便于人们获得更全面的系统生物信息，为
工业微生物改造提供技术支持。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）