[发明专利]一种基于生物组学整合技术的水体毒性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体毒性评价方法，更具体地说是一种基于生物组学整合技术的水体毒性分析方法，即一种基于生物组学整合技术综合分析水体复杂毒性及其致毒机理的高通量筛选方法。

背景技术

目前，污水处理厂二级出水、饮用水源水乃至自来水中均检测出多种微量有毒有害有机污染物及重金属，这些污染物质会带来环境健康风险，甚至威胁人体健康。因此，急需全面、准确、灵敏的水体毒性分析技术和方法，深入分析受污水体的毒性作用及机理，预测其潜在的人体健康风险。

现有的水体毒性评价方法主要为生物测试法，包括体外检测和活体检测。这些检测方法通过生物反应终点（如致死率、应激反应、氧化损伤等）来反映污染物的毒性效应，具有简便快速的优点。但这些传统方法也存在不足：（1）传统方法只能反映生物体或组织器官个别的生化功能和状态，缺乏整体的、系统的毒性评价指标。（2）这些方法不够灵敏，只对高浓度的污染物有响应，对于水体中痕量污染物的毒性作用则检测不出。（3）受污染水体组分复杂，很难逐一对其进行鉴别和检测，对每个化合物都进行生物毒性测试则更加不现实，加之不同的污染物间可能存在的协同或拮抗等联合毒性，即便获得所有污染物的浓度和毒性，也难以准确评价水体的综合毒性及致毒机理。

实际环境中的污染过程或毒性效应极为复杂，如何真实地反映污染物的毒性作用，一直以来都是困扰研究人员的一大难题。在这种大背景下生物组学技术就应运而生了。生物组学技术就是综合运用基因组、转录组、蛋白质组和代谢组技术全面分析生物体的生命变化。生物体的遗传信息从底层代码（基因组和转录组的信息）到最终表现型（蛋白质组和代谢组的表达）的传递会受到很多因素的制约。因此，在考查环境污染物的毒性作用时，既要考虑毒物对基因组和转录组等底层遗传信息的影响，同时也要考虑毒物导致的蛋白质表达变化及代谢组的改变。这就需要整合不同组学检测得到的数据，相互串联，深入挖掘潜在的生物学信息，才能更真实、准确地阐明污染物的毒性作用机制。目前，生物组学技术用于水体毒性分析，大多数仅限于不同组学内部的分析，缺乏不同组学间的有效串联。本发明引入了一套不同组学间串联分析方法，可以有效地进行高通量的生物信息学分析，准确定位水体毒性作用影响的生物学通路。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有水体毒性检测分析方法在灵敏度、整体性和准确度等方面的不足，本发明提供一种基于生物组学整合技术的水体毒性分析方法，即基于转录组和代谢组整合的生物组学技术的水体毒性评价方法，通过本发明可以对受污染水体的复杂毒性和致毒机理进行高通量测试分析，提供全面准确的生物信息学参数和指标。

2.技术方案

本发明的技术方案如下：

一种基于生物组学整合技术的水体毒性分析方法，其具体步骤如下：

（1）染毒实验：受污染水体样品作为受试水样，以纯净水作为空白对照，选取模型动物（如斑马鱼、小鼠、大鼠等有完备遗传信息背景数据的模式动物）进行染毒实验，每组10只模式动物；

（2）样品采集：染毒周期结束后，采集提取肝脏总RNA样品；采集血液，经3000转/分钟，离心20分钟，得到血清样品；

（3）转录组检测：每3个RNA样品混合成1个样品，进行转录组基因芯片检测，基因芯片Mouse Genome430A2.0由Affymetrix公司（美国）提供，染毒组和对照组每组做3张芯片，进行统计分析，得到受试动物全基因组表达数据；

（4）代谢组检测：染毒组和对照组每个受试动物取300μL血清样品，加入300μL pH7.4的磷酸盐缓冲液混合均匀后取550μL上清液，采用Bruker AV600型核磁共振仪（Bruker公司，德国），进行核磁共振检测；

（5）差异表达基因筛选：根据基因芯片的检测结果，将染毒组和对照组基因表达信号进行比较，筛选表达倍数>2.0且错误发现率（False Discovery Rate,FDR）<0.1的基因作为差异表达基因，这一标准既可以排除芯片假阳性信号的干扰，又能从上万个全基因组基因中筛选足够数量的差异表达基因用于后续的生物学通路分析；