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微生物代谢组学分析根据研究对象的空间分布不同可分为代谢足迹(胞外代谢物)分析和代谢指纹(胞内代谢物)分析,后者的主要步骤可概括为代谢淬灭、代谢物提取和代谢物检测三个主要部分。色谱-质谱联用技术以其对复杂生物体系具有高分辨分离、高灵敏检测等强大的化学信息表征能力,在微生物代谢特征研究中有着极为广泛的应用。本文以大肠杆菌AS1.1566为主要研究对象,利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术,首先优化了代谢淬灭和代谢物提取方法。该法利用-80℃生理盐水达到快速淬灭大肠杆菌目的,试验测得的胞内能荷值为0.89,与理论值相符；该法淬灭还能使细胞内代谢物渗漏发生率是常规冷甲醇方法十分之一左右(6%对60%)；通过D-optimal实验设计,发现甲醇与水比例在21：79时能实现代谢物提取效率的最大化(决定系数0.81)。以上述方法为基础,选择AS1.I566和一株形态学与其极为相似,同为革兰氏阴性菌,而代谢特征不明确的未知菌株,进行了GC-MS结合液相色谱-质谱(LC-MS)联用的代谢指纹分析,分析结果首先利用SAM分析筛选出显著变化的组分并进行化合物鉴定,可鉴定化合物再经绝对定量后进行代谢途径富集分析(PEA)和拓扑分析(PTA)。发现两株菌的代谢特征差异主要体现在与氧利用相关的能量代谢途径上,进一步的氧利用差异分析证实,未知菌株为一需氧菌。为有效研究大肠杆菌未知基因功能,本文建立了一种基于96孔板的高通量筛选方法,利用标样验证结合饱和烷烃锁定保留指数建立48种常见化合物保留时间锁定。将上述化合物定量加入96孔板,然后分别将1.1566、△yfcC和1.1566过表达yfcC基因菌株两两配对方式培养在96孔板内,培养24h后分别混合同株菌各孔培养物进行GC-MS代谢足迹分析,结果发现yfcC基因与氨基酸、糖类及有机酸等3种物质的代谢相关。如前所述,核苷类化合物作为显著性差异化合物,以及其相对含量低的特点,引起了实验者的广泛关注。为反映大肠杆菌不同生长时期核苷变化,本文还基于液相色谱-串联质谱连用(LC-MS/MS)分析平台建立了一种同时检测19种核苷的分析方法。在对处于不同生长时期的大肠杆菌细胞内核苷的检测中发现,至少7种核苷可被准确定量。SAM分析提示鸟苷随生长时间的延长,胞内含量显著下降,为变化最为显著的核苷组分。