新兴消毒副产物毒性识别及毒性作用机制研究

发布时间：2020-07-30 05:43

【摘要】：消毒副产物(DBPs)是原水中的有机物与杀灭病原体的消毒剂发生反应时形成的。流行病学的研究发现,一些癌症的发生与所产生的副产物有直接关系。但人们对许多DBPs的毒性知之甚少,而且目前存在的检测毒性的方法大多存在成本高昂、操作时间长的问题,所以采用一种新的技术方法来探究DBPs的毒性作用效应是非常必要的。毒理基因组学是在高通量技术手段的应用上发展起来的新领域,具有高通量、节约成本、耗时短的特点,因此毒理基因组学可为DBPs的毒性作用研究提供更加便捷有效的全新技术支持。本文以20个DBPs为研究对象,采用基于基因毒理学的实时基因表达谱方法对DBPs的毒性进行研究,从应激反应及基因水平分析其作用模式(MOA)及作用途径;同时采用定量构效关系(QSAR)研究方法对DBPs的物理化学结构参数及所测得的毒性终点进行分析,确定影响毒性的DBPs自身的性质。研究得出以下结论:(1)20个受试DBPs中的12个在毒理基因组学测定中表现的毒性MOA与文献报道结果相一致,同时还发现一些现有研究中不曾存在的应激反应,说明DBPs可能存在多种潜在毒性作用途径。(2)应用定量方法对DBPs的分子毒性进行表征,采用四参数模型建立剂量-效应关系。其中,6个DBPs呈现出扁平的剂量效应曲线,7个DBPs的剂量效应曲线表现出典型的“S形”或部分“S形”,其他大部分DBPs的剂量效应曲线呈现较为平缓的趋势。同时采用剂量-效应曲线可以计算出受试DBPs的定量分子毒性终点,如最大效应指标TELImax、EC-TELI115。(3)不同DBPs所诱导的基因表达具有很强的动态性和复杂性。在主要关注的氧化应激、膜应激及DNA损伤三种应激机制中,大部分DBPs所诱导的主要为氧化应激及DNA损伤。大多数DBPs诱导的不同作用模式的基因表达随着种类及浓度不同而改变,说明DBPs的类型及暴露水平都对基因组活性存在较大影响。(4)通过对表达改变的基因及不同浓度的DBPs进行的相关性聚类分析,结果发现同一DBPs在不同浓度下的毒性机制及具有相似分子式结构的DBPs的基因毒性机制可能不同,同时说明采用高通量的毒理基因组学实验提供的毒理指纹图谱可对给定的化学品进行毒性相似性分析。(5)对20个DBPs的QSAR研究发现,量子化学及拓扑结构参数与大部分DBPs的毒性终点相关性较强,说明影响DBPs基因毒性的主要化学结构参数为涉及整个化合物分子的量子化学参数和反映分子骨架及分支度的拓扑结构参数。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU991.2
【图文】：

过程图,环境化学,风险评估,过程

是水处理过程中不可或缺的部分，但在有效减少病原微生物的同时消毒也带来了公问题：产生可能导致癌症或生殖、发育问题的消毒副产物（DBPs）。消毒所使用的消毒剂是很强的氧化剂，可以氧化水体（河流、湖泊、地下水）中存多数有机物、人为污染物和溴化及碘化物，从而增加了可能对人体存在潜在危害DB的几率。常用的消毒剂包括液氯、臭氧、二氧化氯和氯胺，每种消毒剂各自产生的会在水体中形成混合体系[2]，因此DBPs种类非常多样庞大。目前，大多数发达国家已经出版法规或监管规范，为在充分保证消毒并控制目标病同时，限制DBPs的含量（MCL）以此最小化消费者暴露在DBPs中的可能性。但被DBPs只占极少部分，这部分DBPs对人体健康的危害主要体现在其具有致癌性、致及生殖发育毒性，而大部分DBPs的潜在毒性还未被确认。新兴消毒副产物是指“新之前未确认”、“未受法规规范”、且“对人体健康及生态环境具有潜在或实质威胁”。大多数新兴消毒副产物的监测资料缺乏，人群暴露和剂量效应资料有限，对于Ps我国尚未制定限值，所以需要重视其暴露监测数据的积累，关注其低剂量持续有害效应，研究人群暴露的不良健康效应与评价，为建立相应的水质卫生标准奠定基础。

细胞成像,实验仪器,培养箱,工作站

储存在 4 ℃备用。9 培养基：每 50 ml M9 培养基中添加 10 ml 5x M9 培养基l 1M MgCl2、5 μl 1M CaCl2及 100 ml 12.5 mg/ml 卡那霉素，仪器及设备使用的主要实验仪器及设备如下表 2-3 所示。表 2-3 实验仪器及设备Table 2-3 Experimental instruments and equipments仪器名称仪器型号生产动移液工作站 epMotion 5075t 德国 Eppe板细胞成像系统 Cytation5 USA B培养箱 WP25AB 天津泰斯特仪纯水机 Direct Q 5 UV 法国 Mill超低温冰箱 Inova C585 德国 Ep超声清洗仪 Jipad22-500 上海旌派仪式压力灭菌器 LDZX50KBS 上海申安医

氯乙腈,碘乙酸,应激反应,途径

2相关的氧化应激。图4-3b 为CAN及 IAA 暴露时产生的DNA应激途径，两者相比发现 CAN诱导的SOS修复、碱基切除修复及错配修复等 DNA 应激途径较多，而 IAA 主要导致与核酸切除及双链断裂修复相关的基因表达水平的改变，说明 CAN 诱导的 DNA 损伤程度更加严重，而且这些 DNA 损伤所维持的时间相对持久，甚至 120 分钟后才能消除。与多重药物外排及细胞壁/膜结构相关的基因在 2 个 DBPs 的暴露过程中都表现出调

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