从源头防疫｜食品组学提升应对健康风险和未来挑战的认知

科学家和医务工作者们日以继日的奋战，新型高致病性冠状病毒（COVID-19）攻坚战将迎来曙光。与此同时，科学家们也在加强人类健康和食品安全预警监测技术探索，以提升应对健康风险和未来挑战的认知，预防“病从口入”。基于高分辨Orbitrap技术的蛋白质组学在不同物种肉类鉴别中的应用，帮助从源头保障食品安全，预防食源性疾病发生。

2月7日，国际ding级学术期刊《柳叶刀》刊登了评论文章《Game consumption and the 2019 novel coronavirus》（野味消费与2019-nCoV）。评论认为，要避免民间因“食药同源”哲学痴迷吃野生动物而导致自然界中病毒感染人类，需要人们改变以往饮食安全观念。至此，进一步印证新型冠状病毒肺炎是“病从口入”而引发的疫病。

根据美国科普作家大卫·夸蒙估计，约60%新发和突发传染病，均为动物源性的病毒性传染病。人畜共患病，如SARS、禽流感以及裂谷热等疫病来源于动物，并经由人际传播而爆发。动物发生的非人畜共患病，如猪瘟、猪圆环病毒病、蓝耳病等，虽不直接传染给人类，但其继发感染产生的有害物质也可以使人类引起食物中毒。大量被人畜共患病病原或非人畜共患病病原污染的动物源性食品，将直接或间接对人类健康造成危害。

图1.病毒从动物到人类的传播

然而，近年潜藏风险的食品安全问题却日趋严重：贪吃“野味”，“僵尸肉”，“瘦肉精”，不法商贩更以狐狸、水貂、老鼠等未经检验检疫的动物肉制品制售假羊肉或网红食品“烤香肠”，等等。防控疫情，要溯源疫情源头，极ng准防控。预防疫病，更要从源头把控，防止食源性疾病发生。

面对新发疫病的威胁

如何做到尽早发现？

基于蛋白组的食品组学为不同物种肉类鉴别提供新的思路，能够对物种特异性生物标志物进行鉴定和定量，为确证物种的真实性、来源和含量提供有力技术平台，帮助提升应对健康风险和未来挑战的认知，从源头预防疫病。

不同物种肉类鉴别分析策略

蛋白组学技术应用于肉类品种鉴别，主要策略为：通过Orbitrap高分辨质谱平台鉴定蛋白质肽段，并将鉴定结果与数据库进行比对，筛选出不同物种特征性专属多肽。建立上述专属多肽的质谱定性、定量分析方法，从而实现对肉类品种的鉴别。

图2.靶向蛋白质组学方法用于不同物种肉类鉴别分析策略

生物信息学分析

通过靶向肽质量指纹分析（PMF）牛、马、羊、猪的肌红蛋白，肌球蛋白和血红蛋白的蛋白质特征性肽。基于这些初步结果，利用生物信息学对四种哺乳动物的肌红蛋白，肌球蛋白和血红蛋白进行完整的序列分析，找到特异性蛋白质肽段，比如肌红蛋白（MG）特异性蛋白质肽段位于氨基酸位置120和134之间。以这些特征性肽段作为母离子，MS²质谱分析特征性肽段的母离子/子离子信息。

图3.靶向哺乳动物肌肉蛋白的生物信息学分析

高分辨质谱分析

由于Orbitrap技术超高分辨率和超高质量精度，可对复杂蛋白质组样品的进行更全面的表征和更深入的探索。本实验中Orbitrap质谱仪分别在MS1 140K 和MS2 17.5K（FWHM）(m/z 200) 质量分辨率条件下分析，靶向肌红蛋白蛋白质特征性肽的质量精度为-0.67至1.34 ppm。经过计算机模拟，肌红蛋白蛋白质特征性肽具有很高的丰度。

图4.不同物种肉分析的TIC和XIC图

图5.肌红蛋白蛋白质特征性肽子离子图（120–134）

肉掺假实验

以1％（w/w）掺假水平将生猪肉添加到生牛肉，羊肉和鸡肉中，通过实验比较PRM和DIA两种策略，结果表明两种策略都满足不同物种肉类掺假鉴别分析，而DIA可实现对所有母离子的检测，与PRM相比，DIA数据采集不受指定目标肽段的限制，可用于未知蛋白和大规模蛋白进一步的数据挖掘。

图6.肌红蛋白蛋白质特征性肽XIC图（加入1%猪肉，蓝色空白对照）

除肌红蛋白外，靶向肌肉蛋白的计算机模拟序列分析还找到了myosin-1，myosin-2和β-血红蛋白特征性肽生物标记物，分别是肌球蛋白1619–638，肌球蛋白2619–639和β-血红蛋白肽40–58。计算机模拟生成b和y离子MS2 Venn图，清晰地显示可以用于区分物种的特征母离子/子离子对信息。

图7. 靶向肌肉蛋白计算机模拟序列分析鉴定出来自肌红蛋白，myosin-1，myosin-2和β-血红蛋白的蛋白质特征性肽。黑色表示序列一致性≥60％；红色和绿色表示用于区分不同物种的特征氨基酸。

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