苯乙烯致DNA间接损伤效应的光电化学生物传感器快速检测

许多有机化合物自身没有致癌毒性,但进入生物体内,经过体内代谢酶的催化后转化成活性中间体,与DNA形成共价化合物.这些间接的损伤会最终导致DNA分子结构和功能的变化,对人类的健康造成威胁.因此,建立一种快速有效的方法检测间接致癌化合物对DNA的损伤,成为当前研究的热点.论文建立了一种新型的光电化学生物传感器来检测有机化合物苯乙烯对DNA的间接损伤效应,该传感器以层层自组装的方式将光电信号分子、双链DNA和血红蛋白组装在半导体电极上.在H2O2存在的条件下,传感膜中的血红蛋白可将苯乙烯转化为氧化苯乙烯,氧化苯乙烯扩散到膜内,与DNA形成加合物,引起DNA结构变化,导致光电分子光电流信号的增加.实验中,将修饰好的电极置于终浓度为2mM H2O2和2%苯乙烯(体积比)的混合液(pH7.3的磷酸缓冲液配制)中反应一段时间后,在电解质溶液中进行光电流检测.实验结果表明,光电流信号随着反应时间逐渐升高,在30min后趋于稳定,表明苯乙烯在传感膜上的氧化和DNA的损伤反应基本完成.与反应前相比,反应后光电流增加了40%,并且酶催化苯乙烯生成的氧化苯乙烯经紫外可见光谱得到验证.论文建立的光电化学生物传感器模拟了体内DNA损伤反应过程,能快速有效地检测苯乙烯对DNA的间接损伤效应,有望为有机化合物潜在基因毒性的风险评估提供一个快速筛查工具。     

环境中丙烯酰胺检测方法和健康危害的研究进展

丙烯酰胺广泛应用于工业生产,是一种潜在的环境污染物。本文从丙烯酰胺的检测方法和健康危害2个方面总结了目前的研究进展。检测方法上,以高效液相色谱-质谱串联法(HPLC-MS/MS)最为常用,一些新技术也逐渐应用到分析中。健康危害方面,丙烯酰胺可引起实验生物的神经、生殖、遗传和发育等毒性和潜在致癌性。其毒性机理为:直接损坏神经元;使活性氧(ROS)积累导致氧化损伤;诱发基因位点突变,或与DNA形成加合物而致其损伤等。鉴于目前研究存在的问题,对以后的工作进行了展望:加强监管与治理工作,保护生态环境和人类健康;深入开展丙烯酰胺对生物体的毒性效应研究;加强我国环境中丙烯酰胺的跟踪监测工作;建立一种快捷的生物测试系统来评估水体(尤其是海洋环境)中丙烯酰胺的毒性风险。     

一些致突变剂与致癌剂分子流行病学的研究进展

分子流行病学是一种新兴的并迅速发展的研究领域。它结合了内剂量、生物有效剂量、生物效应和个体易感性效应等流行病方法学的实验检测方法,如接触性生物标记：尿中的代谢物、DNA加合物;蛋白质加合物和彗星实验参数检测的DNA损伤;效应性生物标记：染色体畸变、姊妹染色单体交换、策核、次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖转移酶基因（HPRT）的突变,编码p53或p21蛋白的肿瘤基因的活化;易感性生物标记：CYP1A1、GSTM1、GSTT1、NAT2等基因的多态性。但无论什么实验都需要人类监测的可靠根据。直到现在仍不能解释基因型、接触性生物标记与效应性生物标记之间的关系。     

农药致慢性细胞毒性及基因毒性机制研究进展

大量流行病学研究和体内、体外检测分析表明,长期低剂量接触农药可以导致人体细胞和分子损伤,诱导细胞凋亡。农药致细胞及DNA损伤的机制主要与DNA加合物的形成、DNA单链和/或双链的断裂有关。此外,氧化应激参与农药致细胞及DNA损伤的过程,可能成为农药致细胞及DNA损伤的促发因素。从总体上看,其具体分子机制还不十分清楚,有待进一步研究。     

农药致慢性细胞毒性及基因毒性机制研究进展

大量流行病学研究和体内、体外检测分析表明,长期低剂量接触农药可以导致人体细胞和分子损伤,诱导细胞凋亡。农药致细胞及DNA损伤的机制主要与DNA加合物的形成、DNA单链和/或双链的断裂有关。此外,氧化应激参与农药致细胞及DNA损伤的过程,可能成为农药致细胞及DNA损伤的促发因素。从总体上看,其具体分子机制还不十分清楚,有待进一步研究。     

2-硝基芴DNA加合物的研究

2-硝基芴直接与小牛胸腺DNA反应(in vitro),用~(32)P后标记方法能够测定出有多种DNA加合物生成.将定量的2-硝基芴一次注射入大鼠(SD)和经过Aroclor诱导的大鼠腹腔内,24h后取其肝、肾、肺、脾、血等诸器官,用P_1加强灵敏度的~(32)P后标记方法测定各组织中的DNA加合物.其结果是:在诱导和非诱导的大鼠体内各器官中均发现有DNA加合物的存在,Aroclor诱导对DNA加合物的生成有明显的促进作用.在非诱导的大鼠体内肝脏和血中,分别测出与体外反应相对应的多个DNA加合物,证明2-硝基芴有直接损伤生物体内DNA,形成DNA加合物的能力.     

用~(32)P后标记方法测定职业接触苯乙烯工人静脉血中DNA-环氧苯乙烯加合物

用~(32)P后标记方法,对一组22例接触苯乙烯的工人和8例未接触苯乙烯(空白)的工人进行测试,其静脉血中的淋巴细胞有4例(高浓度,大于40ppm)发现DNA-环氧苯乙烯加合物;而另外接触高浓度苯乙烯、低浓度苯乙烯和空白试样中,均未发现。在已测出的4例中,加合物形成水平为0.07—3.38加合物/10~7正常核酸,DNA的总损伤水平为5—9加合物/10~7正常核酸。 用小牛胸腺DNA、四种脱氧核苷3′-单磷酸分别与环氧苯乙烯进行体外反应,然后用~(32)P后标记法测定产物中的DNA加合物,初步确证有六种加合物及其衍生物存在,修饰位置是鸟苷碱基。并确证了其中三种加合物的化学结构,另外几种加合物的结构有待进一步鉴定。 ~(32)P后标记法测DNA加合物,灵敏度高达1加合物/10~(10)正常核酸,近于人体二倍体细胞基因水平(1.2×10~(10)碱基)。     

基于光谱学和电化学方法的莠去津毒理作用评价

为探索莠去津对DNA的损伤及其毒性作用机制,采用紫外吸收光谱法、荧光光谱法以及电化学方法研究了莠去津与鲱鱼精DNA的相互作用,探讨了二者形成DNA加合物的作用方式.结果表明,莠去津与鲱鱼精DNA作用后,莠去津的紫外光谱呈现减色效应,并有轻微红移现象,而其荧光光谱强度明显增强;循环伏安法显示莠去津与DNA作用能引起莠去津还原电位正移,峰电流减小.以上实验结果表明,莠去津平面分子能够嵌插到DNA双螺旋链中,形成较稳定的加合物.采用电化学方法测得莠去津与鲱鱼精DNA的结合比为1:1,结合常数为1.2×105.该研究为莠去津毒理作用评价提供了一种简便的方法。     

^32P后标记方法测DNA加合物

用~(32)P后标记的方法测DNA和环氧苯乙烯体外反应的加合物,是将小牛胸腺DNA和环氧苯乙烯仿照体内条件进行体外反应,反应产物在核酸内切酶及外切酶的存在下,水解成2’-脱氧核糖核苷3’-单磷酸(dNmP).这种水解后的3’-单磷酸在T_4多核激酶的存在下,使γ~(32)P ATP上的放射磷与核苷的磷进行交换反应,生成2’-脱氧核苷-3’,5’-二磷酸(dNDP).被标记的3’,5’-二磷酸及加合物,通过ODS薄层色谱板及PEI纤维阴离子交换色谱板进行适当的分离分辨分析,使DNA加合物从正常的核酸分子中分离出来.用自显影加上空白对照确定加合物的指纹图,最后用液体闪烁计数要定量分析DNA加合物的量。 用这种方法测DNA和环氧苯乙烯体外反应加合物,在自显影指纹图上发现5种多余的斑点,初步确定是DNA的5种加合物或加合物的衍生物.它们的修饰点是鸟嘌呤上的N-7,N-2,O~6位,修饰量在本实验的条件下是1加合物/10~4—6正常核酸.同时用这种方法测动物活细胞和环氧苯乙烯修饰反应产物,发现有DNA加合物存在.在职业接触苯乙烯工人静脉血中也发现有DNA-环氧苯乙烯的加合物,测定结果其样品指纹图与体外反应DNA指纹图类似. ~(32)P后标记方法是灵敏的,最高可侧到1加合物/10~(10)—11正常核酸,这已接近二倍体细胞的基因水平,是当今测DNA加合物方法中最     

基于生物光谱技术的污染物毒性效应研究进展

生物光谱技术能够有效反映生物、组织以及细胞等样本中生物化学的综合信息,能够精确检测和评价生物分子成分或构象的微观变化,具有快速、客观、无损、重现性好等优点。本文系统综述了生物光谱技术在环境污染物毒性效应研究方面的进展,其中常用的2种技术是红外光谱和拉曼光谱技术。红外光谱技术目前已被广泛用于单一污染物(重金属、有机污染物、纳米材料等)以及复合污染对细胞、植物、动物以及微生物的蛋白质、氨基酸、脂质、DNA/RNA、多糖以及碳水化合物等方面的影响研究之中;拉曼光谱技术包括常规拉曼技术和表面增强拉曼光谱技术,二者均可以用于污染物的毒性效应研究之中,表面增强拉曼光谱技术具有信噪比高、检测限低、灵敏度高等特点,并提供丰富的细胞生物化学指纹图谱信息。数据处理是生物光谱技术应用的重要一环,光谱数据分析大致分为光谱数据预处理、提取光谱信息特征、以及信息分类和光谱特征峰解析3个部分。本研究结果将为进一步系统地开展生物光谱技术在污染物毒性效应方面的研究提供支持。     

Effect of the chemical composition of organic extracts from environmental and industrial atmospheric samples on the genotoxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons mixtures

Particulate organic matter (PM) present in the atmosphere is a complex mixture of chemicals like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) that may exert adverse health effects including respiratory and cardiovascular disturbances and cancer. In this study, airborne samples from environmental or industrial areas exhibiting different physicochemical composition were compared for their capacities to induce DNA damage in human hepatocytes HepG2. DNA strand breaks and DNA adducts formed by benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE), the most reactive metabolite of the carcinogenic benzo[a]pyrene (B[a]P), were measured with the comet assay and by high-performance liquid chromatography (HPLC)/mass spectrometry, respectively. Cells were exposed to organic matter extracted from PM. Experiments were performed either at a constant concentration of B[a]P or at concentrations corresponding to fixed air volumes. Results show that industrial extracts tend to produce more benzo[a]pyrene diol epoxide-N ²-2′-deoxyguanosine (BPDE-N ²-dGuo) DNA adducts than strand breaks, whereas the opposite was observed with environmental extracts. The chemical composition of the extracts significantly impacts the nature and levels of DNA damage. The amount of B[a]P and interaction with other contaminants in the extracts need to be considered to explain the formation of DNA damage. These results emphasize the use of in vitro tests as promising and complementary tools to widely used toxic equivalent factor (TEF) approach in order to assess health hazards related to chemical exposure of the general population.     

邻苯二甲酸丁基苄酯致小鼠肥大细胞DNA损伤的初步研究

为探讨邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP)对小鼠肥大细胞DNA的损伤作用,采用不同浓度BBP(0、4、20、100μmol·L-1)对体外培养的小鼠肥大细胞染毒60min,应用单细胞凝胶电泳法和KCl-SDS沉淀法检测细胞DNA断裂和DNA-蛋白质交联.结果表明,低、中、高浓度(4、20、100μmol·L-1)的BBP均可引起小鼠肥大细胞DNA损伤,低浓度BBP引起的DNA损伤主要以DNA断裂为主,而中、高浓度BBP引起的DNA损伤主要以DNA-蛋白质交联为主。     

硝基甲苯对小鼠睾丸生殖细胞DNA的损伤作用

为提供硝基甲苯的环境遗传毒理学依据和建立鱼类生殖细胞的培养方法,采用昆明小鼠睾丸支持细胞/生殖细胞共培养法以及彗星实验,研究了2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)、2,6-二硝基甲苯(2,6-DNT)、对硝基甲苯(4-NT)对小鼠睾丸生殖细胞DNA的损伤作用.结果表明,3种受试硝基甲苯化合物均能够诱导小鼠睾丸生殖细胞DNA单链断裂,而且其受损率与剂量对数具有明显的剂量-效应关系.2,4-DNT、2,6-DNT以及4-NT的各个剂量浓度引起细胞DNA损伤的程度,与对照组相比,均具有显着性差异(p<0.01,p<0.05).受试化合物的毒性顺序为2,6-DNT>2,4-DNT>4-NT,DNA的损伤作用二硝基甲苯大于单硝基甲苯.提示在体外条件下,2,4-DNT、2,6-DNT和4-NT具有生殖毒性,可以引起小鼠睾丸生殖细胞DNA损伤.     

利用不同植物进行DNA损伤彗星实验的方法比较

为了研究彗星实验在植物DNA损伤检测中的应用,以多种植物材料为对象,进行了植物彗星实验的比较研究.分别分离了蚕豆、菠菜、洋葱、菜豆、大蒜、水稻等植物组织的细胞核,并以彗星实验方法研究了H2O2引起的植物细胞核DNA损伤.电泳后发现H2O2处理组植物细胞核出现明显拖尾,而对照组没有出现拖尾或拖尾较小.研究结果表明彗星实验是一种可以在单细胞水平上研究植物DNA损伤程度的手段,具有灵敏、简单、快速的优点.采用合适的细胞核分离方法,能够将彗星实验应用于多种植物,研究其DNA损伤.蚕豆、菠菜、洋葱、菜豆、大蒜等植物的根尖和叶片都可以应用于植物彗星实验,但在本实验条件下利用水稻组织进行彗星试实验并没有获得明显的彗星图像,能否进行彗星实验可能受植物本身性质或实验条件等多种因素的影响.     

Determination of nephrotoxicity and genotoxic potential of silver nanoparticles in Swiss albino mice

Silver nanoparticles (AgNPs) possess properties that are important for industrial and medical applications. This study is aimed to investigate intra-peritoneal toxicity of AgNPs at 26, 52 or 78 mg/kg/day for 5 days in mice Swiss albino mice. The effects on oxidative stress markers activities of serum superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), levels of serum glutathione (GSH), apoptosis (TUNEL assay), DNA strand breaks (comet assay) in lymphocytes, as well as histopathological of kidney tissue were determined. AgNPs significantly increased SOD and CAT activities reduced GSH levels. In kidney apoptosis (TUNEL assay) while DNA strand breaks (comet assay) in lymphocytes revealed that AgNPs at concentration 78 mg/kg produced significant apoptosis and DNA damage. AgNPs also produced associated histological renal tissue damage. Evidence suggests that AgNPs-mediated alterations may be attributed to oxidative stress.     

Voltammetric studies of damages in DNA by mutagenic and carcinogenic alkylating chemicals

Voltammetry provides new insights into the effects exerted in vitro by methylation of native DNA. Applying single sweep voltammetry at a stationary mercury electrode the successive steps of the destabilization of alkylated DNA are investigated. The methylation of the nucleic acids is manifested by a specific electrochemical response, due to the 7‐methylguanine, a major product of the methylation of DNA. Short time effects of the methylation include the labilization of 4 to 5 base pairs per methylated guanine base. Furthermore, uncommon protonation properties of the base 7‐methylguanine‐cytosine have been detected. Long term effects of the methylation are ultimately spontaneous hydrolytic strand breaks induced by the prior depurination connected with the release of the 7‐methylguanine from the methylated DNA. A half time t_1/2 of 102 h for the depurination at 37°C has been determined. The depurination and the subsequent strand breaks alter the hydrodynamic properties of the damaged DNA, an effect which can be sensitively followed with voltammetry via the resulting changes in the diffusion coefficient of the damaged biopolymer.     

DNA damage in mouse organs and in human sperm cells by bisphenol A

Abstract

The in vivo genotoxic potential of bisphenol A using the comet assay in mice and in human sperm cells in vitro without metabolizing enzymes was studied. Male mice were exposed by oral gavage to the following doses of bisphenol A (0 125, 250 and 500?mg/kg body weight). DNA damage was investigated in liver, kidney, testes, urinary bladder, colon and lungs cells. In testicular cells, a significant increase in DNA strand breaks was observed in the lowest, but not in the medium or highest dose groups. Histopathological investigation of the testicular samples did not show any treatment dose-related effects. No DNA strand breaks were observed in any of the other investigated tissues. In human sperm cells in vitro, bisphenol A did not induce DNA strand breaks.     

应用紫外及荧光光谱法研究三种醛类污染物对牛腺DNA的损伤作用

应用紫外光谱移动法和溴乙锭荧光法对三种醛类化合物与牛腺ＤＮＡ的加合以及它们引起的ＤＮＡ－ＤＮＡ交联进行了检测。结果表明,甲醛和乙醛能够与ＤＮＡ形成共价加合物,与四种脱氧核苷加合顺序分别为ｄＧ〉ｄＣ〉ｄＡ〉ｄＴ和ｄＡ〉ｄＧ〉ｄＣ〉ｄＴ,丙烯醛与ＤＮＡ的加合不能用紫外光谱移动法测定。甲醛能够显著地引起ＤＮＡ－ＤＮＡ的交联;乙醛也有这种作用,但不显著;丙烯醛的交联作用未测出,可能是由于羰基碳正电性较弱,     

气态甲醛对卡氏毛园蛛细胞遗传毒性的研究

为了研究气态甲醛对蜘蛛的遗传毒性,采用单细胞凝胶电泳实验及KCl-SDS沉淀法检测了卡氏毛园蛛(Eriovixia cavaleriei)暴露于气态甲醛(0、0.5、1.0、3.0mg·m-3)后的细胞DNA分子断裂、DNA-DNA交联、DNA-蛋白质交联状况,并以甲醛的水溶性实验为基础,总结了甲醛对不同动物细胞的遗传毒性.结果显示,中、低浓度甲醛(0.5、1.0mg·m-3)可引起卡氏毛园蛛细胞DNA链断裂,高浓度甲醛(3.0mg·m-3)除引起DNA链断裂外,还可诱导核内交联物的形成;随着甲醛染毒浓度的升高,DNA的损伤程度逐渐加重,显示出一定的剂量-效应关系.通过总结甲醛对不同动物的遗传毒性发现,随着甲醛浓度的升高(5～625μmol·L-1,生理盐水溶液),动物细胞DNA损伤基本表现为由DNA链断裂(DSB)→DNA-DNA交联(DDC)→DNA-蛋白质交联(DPC)的过渡;甲醛所致的DNA损伤在不同动物细胞中也存在差异,反映了不同动物细胞对甲醛的敏感性不同。     

酚类化合物对不同组织细胞DNA损伤的研究

应用单细胞凝胶电泳技术 ,研究了酚类化合物对不同组织细胞DNA的损伤 .试验结果表明 ,酚类化合物均能引起不同组织细胞不同程度的DNA损伤 ,并呈现剂量效应关系 .其高剂量组与对照组相比 ,均有极显著性差异 (P <0 0 1 ) .不同组织细胞对同一种药物呈现出不同的敏感性 .酚类化合物遗传毒性效应与其结构密切相关