10多年来,团队以“大数据—菌种基因—新靶标—控制关键技术”为主线,构建起中国食品微生物安全科学大数据库,有效解决了我国食品微生物安全的重要技术问题,显著提升了防控效率,使微生物污染率下降90%以上。该成果已推广至全国6000余家食品企业。

“在影响食品安全的三大要素中,微生物是最重要的因素,60%以上的食物中毒都是由致命微生物引起的。”中国工程院院士、广东省科学院微生物研究所名誉所长吴清平一直潜心微生物学科研究,他深知微生物危害是食品安全的首要威胁。

面对潜在的安全风险,10多年来,他带领科研团队深入研究,以“大数据—菌种基因—新靶标—控制关键技术”为主线,构建起中国食品微生物安全科学大数据库,有效解决了我国食品微生物安全的重要技术问题,显著提升了防控效率,使微生物污染率下降90%以上。该成果已推广至全国6000余家食品企业。

近日,“中国食品微生物安全科学大数据库构建及其创新应用”项目获得2021年度广东省科技进步奖特等奖。

建成全球最大的单库风险识别数据库

核心种质和系统组学大数据缺乏、高毒力持留基因型(HVPG)危害与传播规律不清、高通量靶向HVPG检测和控制技术与装备亟须突破、不同食品行业的HVPG精准防控技术体系尚未建立……食品安全领域中,一系列尚未解决的关键问题,制约了我国食品安全体系建设。

正是意识到微生物在食品安全领域的重要性,吴清平和团队致力于构建中国食品微生物安全科学大数据库,希望通过这一科学大数据库解决食品卫生安全的问题,实现对整个国家食品安全的风险识别。

“我们按照东北区、华北区、华南区、中南区、西南区和西北区六大行政区,进行了全国范围内的采样以及综合分析。其中华南区还包括了澳门、香港。”据吴清平介绍,在此基础上,团队构建起了6个数据库:风险识别数据库、菌种资源数据库、分布数据库、全基因组数据库、条码指纹数据库、溯源追踪数据库。

“通过数据库,可以呈现中国食品微生物安全整体风险水平,以及发现主要污染的致病微生物是什么。”他说,“原来我国是以菌种为识别单位的,这次深入到了基因型的水平进行识别,使得我们可以更加清晰地认知到我国面临的主要食品微生物安全风险。”

在构建科学大数据库的基础上,科研人员可以进一步研究食品危害是如何形成的,把危害机理搞清楚,有助于未来对微生物的控制。“我们建成的单库风险识别数据库是全球最大的,菌种量是最多的,单库的测序量也是最大的。我们测序了2万多株实验性致病微生物,才找到它的基因型。并因此挖掘出了接近200个新的检测靶标,顺利实现了对实验性致病菌检测全覆盖。”吴清平介绍。

科学大数据库的建立为进一步开展微生物研究与产业应用奠定了基础,团队开始推动从科学大数据库构建到产业防控应用的系统性探索,研发了食源性致病菌和病毒的高通量快速检测技术及检测芯片,推动相关产业实现检测全覆盖。

微生物污染率下降了90%以上

食品工业是我国第一大制造业,保障食品安全是食品工业发展的根本。吴清平介绍:“我们的系统探明了HVPG的主要型别,明确了我国食品安全防控的关键;阐明了主要HVPG持留和危害形成机制,实现了产业链中精准溯源。同时,创制了系列靶向HVPG高效控制技术,提高控制效率1—2倍。”

科学大数据库构建后,针对不同的食品行业加工技术,团队与全国食品行业龙头企业开展深度合作研究,创建了不同行业的HVPG精准防控关键技术和体系,开创了应用科学大数据解决关键问题的新模式。“安全控制技术覆盖了我国主要的食品产业链,使微生物污染率下降了90%以上,为食品安全保障提供了强有力的支持。”吴清平说。

“企业分离出任何一个菌种,对照我们的数据库,就可以知道它的危害性、分布情况和处理分离方式等。”吴清平表示,食品企业可以在生产加工链条中设置关键控制点,并在该点建立数据库。当企业数据库与中国食品微生物安全科学大数据库进行链接时,在线监控系统就能自动识别风险水平,为企业控制生产环节提供参考。

这样一个菌种保有量达12万株、单库体量国际最大的食品微生物安全与健康菌种资源库,真正构建起来又谈何容易。仅以采样为例,据吴清平介绍,从2007年开始组建超过200人的团队以来,团队成员采集的一手微生物样本接近4.5万余份,足迹遍布全国;随后的菌种分离鉴定工作量同样巨大。“采样、分离鉴定,这些都是非常基础的工作,需要有甘坐冷板凳的奉献精神。正是有了研究者的贡献和努力,我们才能建成。”吴清平说。

该研究项目实现了我国多个首次:首次建成我国最大、具代表性和国际影响力的食品微生物安全科学大数据库,明确我国大宗食品及产业链中系统风险;首次建成具有代表性及组学信息特征的标准菌种资源库,打破了发达国家对于核心菌种的垄断。挖掘出特异性分子靶标184个,摆脱了对国外检测靶标的依赖,灵敏度提高5—10倍、检测时间缩短70%以上……

成果已推广至全国6000余家食品企业

据统计,此次获奖的“中国食品微生物安全科学大数据库构建及其创新应用”项目,其成果已推广至全国6000余家食品企业。在广东,近3年10家应用该成果的单位新增销售额109.09亿元,新增利润15.70亿元。

“更重要的是,该项目全面提升了我国食品产业微生物安全保障水平,引领了国家食品微生物核心种质和科学大数据创制,领衔建立了国家微生物种业战略创新联盟,并在脱贫攻坚与乡村振兴中发挥了重要作用。”吴清平强调,“只有将珍贵的资源库、核心关键数据掌握在自己手中,才能甩掉‘卡脖子’的手。”

“其实现在也只是万里长征走完第一步。”吴清平告诉记者,“不仅要识别微生物的过去、现在,还要预测微生物未来的变化,在食品安全领域,我们将继续往全基因组进行研究。”

吴清平透露,下一步,团队将继续完善食品微生物安全科学大数据库,将数据库进一步延伸到农业微生物、环境微生物、医药微生物、大气空间微生物、水生微生物、海洋微生物等领域。计划在未来5年将菌种保有量提升至20万株,10—15年提升至100万株,届时数据库菌种保有量将占全球总菌种量的30%左右。

“推进中国微生物菌种基因的大科学装置建设,提升我国微生物科学研究和产业水平,立足于国际前沿,并吸引高端人才。”在吴清平的规划中,还将建立面向公众开放的微生物安全与健康网络平台,以丰富的科普内容向公众普及微生物安全健康知识。

“现在是我国科学家做科研、创新最好的时期,国家将科技创新摆到了前所未有的高度。”这些年来,吴清平最大的感受是,国家的支持,使得科研人员能够专心、潜心进行创新,推进成果产业化。

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