利用GC/MS代谢组学技术检测纳米TiO2对多头绒泡菌代谢途径的扰动作用

纳米TiO_2(n TiO_2)具有广泛的应用价值.但n TiO_2在阳光或紫外线下具有很强的氧化作用,可对细胞产生强烈的毒害作用,因此其对生态环境的可能破坏作用值得关注.有关n TiO_2在暗环境中对生物的毒性作用报道还不多,还不能全面揭示n TiO_2的毒性作用机理.代谢组学分析是发现代谢差异、识别被干扰的代谢途径、了解n TiO_2毒性作用机理、评估n TiO_2细胞毒性的重要手段.本文采用GC/MS(气相色谱/质谱)技术检测了n TiO_2在暗环境下对多头绒泡菌原质团(单细胞)代谢组的影响,根据多变量识别模式分析发现了60余个被n TiO_2显著干扰的代谢物.这些代谢物涉及糖代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、多胺生物合成、次生代谢途径等,为全面了解n TiO_2对细胞的毒性作用机理提供了有益补充.     

基于代谢组学技术分析磷酸三苯酯诱导斑马鱼胚胎发育毒性的分子机制

磷酸三苯酯(TPhP)是广泛存在于环境介质和生物体内的一种典型有机磷阻燃剂。为探求TPhP诱发水生动物发育毒性的分子机制,本研究以斑马鱼为模式动物,将发育至2.5 hpf (hours post fertilization)的斑马鱼胚胎暴露于0.0025、0.1、1、10、100和1 000μg·L~(-1)TPhP溶液至7 dpf (days post fertilization),考察斑马鱼胚胎生长发育指标和线粒体功能的变化,通过代谢组学分析揭示相关分子机制。结果表明,环境相关浓度(0.0025、0.1和1μg·L~(-1)) TPhP对斑马鱼胚胎发育无显著影响,但是轻微干扰了斑马鱼的代谢过程。100和1 000μg·L~(-1)TPhP暴露引起斑马鱼心跳速率、孵化率和线粒体膜电位明显下调,畸形率分别增加6.8倍和12.5倍,死亡率分别增加7.2倍和16.5倍。代谢组学分析发现,10、100和1 000μg·L~(-1)TPhP显著抑制斑马鱼氨基酸代谢,降低缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸水平,抑制氨酰-tRNA生物合成过程;同时引起葡萄糖糖酵解过程和三羧酸循环发生障碍。氨基酸和糖代谢异常可能是TPhP引起斑马鱼发育畸形的主要原因,线粒体功能紊乱可能是TPhP诱发三羧酸循环障碍的原因。上述研究结果为TPhP发育毒性机制分析提供了新思路。     

代谢组学技术在环境毒理学研究中的应用

代谢组学作为系统生物学的一部分,通过考察机体受刺激后体液或组织中内源性代谢物的动态变化规律,并结合生物信息统计方法,可系统全面地揭示内因和外因作用于机体的毒性效应和机制。代谢组学技术具有快速、灵敏度高、选择性强的特点,逐渐在低剂量环境污染物长期暴露的毒性效应评估方面发挥出优势。本文综述了代谢组学技术的主要研究手段,在毒理学研究中的发展历程和优点,以及在环境毒理学研究中的应用及前景展望。重点讨论了代谢组学技术在重金属和持久性有机污染物(POPs)毒性评估以及环境胁迫耐受性评价中的应用。     

碳基纳米铜复合材料对普通小球藻胁迫作用的研究

随着科技的飞速发展,纳米类材料在电化学、药物运输、生物传感器等领域中得到了广泛的应用,这导致了其通过各种途径进入水、土壤、大气等环境介质中,对生态环境安全造成潜在威胁。以水体中环境浓度的碳基纳米铜复合材料为受试浓度范围,以环境适应性和污染物耐受性均较强的普通小球藻(Chlorella vulgaris)为对象,研究了水体中不同浓度碳基纳米铜复合材料对普通小球藻的细胞胁迫作用,使用分光光度法检测了0,0.05,0.5,5,50 mg·L^-1碳基纳米铜暴露条件下普通小球藻叶绿素a含量的变化。运用非靶向代谢组学(气相-质谱联用)检测法探究了不同浓度碳基纳米铜胁迫条件下第8天普通小球藻细胞内代谢物相对丰度变化、代谢通路及相关代谢组学特性的变化。结果表明,在培养周期的第8天,藻细胞叶绿素a含量随碳基纳米铜浓度的升高而降低,当碳基纳米铜达到50 mg·L^-1时,将严重抑制藻细胞叶绿素a的产生。代谢组学检测结果表明,当碳基纳米铜复合材料的浓度达到50 mg·L^-1时,藻细胞中与叶绿素合成密切相关的碳固定过程、氨基酸代谢过程均受到了严重抑制。这表明,高浓度碳基纳米铜会扰乱普通小球藻的细胞代谢并产生明显胁迫作用。文章旨在评估水体中碳基纳米铜复合材料对水体初级生产者普通小球藻的胁迫作用,以期为水体污染修复与藻细胞生态毒理学的研究提供一定的数据支持与参考。     

系统毒理学及其应用

系统毒理学是近5年来发展起来的一门新兴学科,代表着后基因组时代毒理学发展的新方向.所谓系统毒理学是指通过了解机体暴露后在不同剂量、不同时点的基因表达谱、蛋白质谱和代谢物谱的改变以及传统毒理学的研究参数,借助生物信息学和计算毒理学技术对其进行整合,从而系统地研究外源性化学物和环境应激等与机体相互作用的一门学科.系统毒理学有望在阐明毒物对机体损伤分子机制、分子生物标志物和危险度评价等方面取得突破.在总结国内外相关研究的基础上,综述了系统毒理学的诞生背景、研究策略、研究技术及其主要应用.尽管还有不足之处,但可以肯定系统毒理学的发展和应用将会对人类的环境与健康研究产生极大的推动作用.     

代谢组学方法在生态毒理学中的应用进展

代谢组学方法越来越多地用于研究有机体与生态环境的相互作用。近年来,该方法已被应用于化学物风险评价和野生动物的疾病诊断,成为环境科学,特别是生态毒理学中充满活力的研究方向之一。本文介绍了应用于代谢组学研究的核磁共振波谱和质谱2种检测技术,着重讨论了生态毒理学研究中代谢组学方法在生物标志物的发掘和毒性评价,以及有机体对环境影响因子的代谢响应、野生水生动物疾病的诊断和监测等方面的应用。这些代谢组学在生态毒理学领域的应用将促进对有机体与环境相互作用的认识。     

亚致死剂量氯吡嘧磺隆胁迫对斑马鱼典型肝脏代谢物的影响

为获知水环境中亚致死剂量的氯吡嘧磺隆对斑马鱼肝脏的影响,将斑马鱼暴露在亚致死剂量的氯吡嘧磺隆药液中8 d,采用超高效液相色谱与四级杆-轨道离子阱质谱串联对斑马鱼的肝脏代谢物进行分析,采用SIEVE软件将图谱信息转换为含有保留时间、质荷比和相对峰面积的二维数据阵.同时,结合mz Cloud、Human Metabolome Database(HMDB)数据库共鉴定出33种代谢物,包括氨基酸、糖、有机酸等物质.最后,采用SIMCA软件对正离子和负离子模式下的检测结果进行主成分、偏最小二乘法和正交校正的偏最小二乘法分析.主成分和偏最小二乘法结果表明,对照组与处理组在2种检测模式下均存在差异代谢物.为了寻找造成对照组与处理组之间差异的代谢物,对代谢物进行S-Plot分析,结果表明,肌酸酐、牛磺酸、多巴胺和5b-胆甾醇硫酸酯组间差异最大(p0.01).4种代谢产物可作为斑马鱼在氯吡嘧磺隆亚致死剂量胁迫下肝脏代谢异常的潜在标记物.     

双酚A暴露对斑马鱼胚胎期代谢作用的影响

运用基于GC/MS的代谢组学方法,以受精卵在双酚A(BPA)中暴露4d后的斑马鱼胚胎为对象,研究了其体内挥发性和半挥发性代谢组分变化.暴露浓度设定为0,0.5,1.5,4.5mg/L,包括US EPA假定的“安全水平”(1.5mg/L).结果表明,1.5mg/L BPA暴露能使斑马鱼体内花生四烯酸和胆固醇的相对百分含量极显著降低,饱和脂肪酸、氨基酸、葡萄糖和肌糖的相对百分含量显著升高.因此,1.5mg/L BPA能干扰斑马鱼胚胎期的正常代谢.