文章标题：Identification of metabolite biomarkers in Salmonella enteritidis-contaminated chickens using UHPLC-QTRAP-MS-based targeted metabolomics
期刊：Food Chemistry:X
影响因子：6.1
客户单位：扬州大学
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肠炎沙门氏菌(S.enteritidis)是一种严重威胁畜牧业和人类健康的人畜共患病原体，它引起的污染已成为中国乃至世界细菌性食物中毒的主要原因。本研究旨在研究肠炎沙门氏菌在鸡体内的代谢特征，寻找肠炎沙门氏菌在鸡体内的代谢标志物。作者采用高通量靶向代谢组学方法分析污染鸡和对照组鸡，对348种代谢物进行定量，并应用深度学习(Least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)模型分析，最终得到肠炎链球菌潜在的8个代谢物生物标志物。这项研究的结果为开发一种创新的方法来识别和检测肠炎链球菌引起的食源性污染提供了理论基础。
1、代谢组质谱数据分析
基于靶向代谢组学，使用内标法对检测样品中目标代谢物进行定量分析，研究了肠炎沙门氏菌污染鸡肉样品和空白对照组鸡肉样品的代谢产物差异。由质控结果可以看出（图1 C-E），该仪器系统稳定，实验数据可靠。
图1.数据质控、样品主成分分析和代谢物分类的饼图分析
对肠炎链球菌污染组和空白对照组鸡肉样品的代谢物进行了定性和定量分析。共鉴定出348种代谢物，分为14类（图2），其中含量最高的分别为氨基酸多肽类（101种，占比29%）、核苷核苷酸类（53种，占比15%）、碳水化合物类（46种，占比13%）。比较发现，污染组鸡肉样本中L-焦谷氨酸、5-羟赖氨酸和N，N-二甲基精氨酸浓度显著高于空白对照组。另外，与肉类变质有关的代谢物，如肌苷、肌苷酸和尿苷，能够显著的将两组样本区分开。
图2.20个样品中14类348种代谢物丰度的热图
2、差异代谢物(differentially abundant metabolites，DAMs)的鉴定
作者通过计算正交偏最小二乘法判别分析(Orthogonal Partial Least Squares-Discriminant Analysis, OPLS-DA)模型，来识别鸡肉样品中肠炎沙门氏菌污染的潜在代谢物生物标志物。从OPLS-DA得分散点图可以看出两组样本能够很好的分开，表明沙门氏菌污染显著改变了样本的代谢特征。为了评估OPLS-DA模型的有效性，作者进行了200次排列测试。模型的R2Y值为0.998，以及Q2值为0.983，表明该模型具有较好的稳健性、拟合度和预测能力（图3）。根据预测的重要变量投影度VIP>1，P<0.05和fc>1，共筛选出152个差异代谢物，其中包含115个上调的代谢物和37个下调的代谢物。
图3.鸡肉中肠炎沙门氏菌代谢产物生物标志物的鉴定
3、差异代谢物通路富集分析
作者通过通路富集分析发现152个DAMs在8种代谢途径中显著富集，包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、维生素B6代谢、精氨酸和脯氨酸、嘌呤代谢、谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和铝酸代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成以及氨基酰tRNA生物合成。氨基酸代谢被认为与鸡肉的腐败有关，而嘌呤代谢在生肉降解中起着重要作用。推测这8条代谢途径与肠炎链球菌感染鸡肉的关系更为密切。另外，L-羟赖氨酸、褪黑素和邻氨基苯甲酸酯在氨基酸代谢途径中含量较高，可能是肠炎链球菌感染鸡肉中的重要代谢产物。
4、标志物筛选
作者为了更好的区分肠炎沙门氏菌污染的鸡肉样品和对照鸡肉样品，使用lasso回归对实验结果进行深度分析，经过200次迭代，共鉴定出8种标志性差异代谢物：邻氨基苯甲酸、焦谷氨酸、5-羟基赖氨酸、n，n-二甲基精氨酸、羟基苯甲酸、甲肾上腺素、甘氨酰苯丙氨酸和5-甲基-2‘-脱氧胞苷（图3 H）。如聚类热图（图3 I）和小提琴曲线图（图4 A-F）所示，甘氨酰苯丙氨酸和5-甲基-2‘-脱氧胞苷在肠炎沙门氏菌污染鸡中显著下调(P<0.01)(图4 receiver="" operating="" area="" under="">0.9，6个代谢物生物标志物的联合AUC值为0.99，灵敏度为0.99，特异度为1（图4 I），综上表明，6种代谢物生物标志物的组合对肠炎沙门氏菌污染的鸡样具有良好的预测能力。
图4.鸡肉中肠炎沙门氏菌潜在代谢物生物标志物稳定性评价
本研究利用靶向代谢组学方法，成功地鉴定了肠链球菌污染组和对照组鸡之间的152个差异代谢物。随后，通过lasso分析、代谢物丰度变化分析和ROC曲线分析，确定邻氨基苯甲酸、L焦谷氨酸、5-羟基赖氨酸、N，N-二甲基精氨酸、4-羟基苯甲酸和甲肾上腺素为肠炎链球菌污染鸡肉的代谢物生物标志物。总之，本研究中确定的6种代谢物生物标志物为开发快速、有效和定量控制生肉和肉制品中肠炎沙门氏菌污染的方法提供了有价值的信息。
