生物组学技术应用于城市再生水安全性评价的基础研究

The safety is crucial for city reclaimed water. However, there are several classes of toxic organic pollutants in reclaimed water, which may induce potential environmental health risks and has been of public concern. Most of the evaluation methods for the safety of city reclaimed water use traditional toxicological methods, which lack innovation accuracy and can hardly evaluate human health effects.In this study, typical and stable reclaimed water treatment process will be selected, and water samples of the influent and each process segment effluent will be collected. Combined transcriptomic and metabonomic methods will be established to evaluate the safety of reclaimed water. In addition, real-time quantitative PCR, ELISA, histopathological detection and serum biochemical detection will be used to analyze the comprehensive toxic effects of reclaimed water and to reveal its molecular biological mechanism and variation. The results of this study will provide scientific information for the regulation of treatment process.

城市再生水的安全性对再生水的利用意义重大，而再生水因含有有毒有机污染物，潜在环境健康风险，其毒性作用受到广泛关注。目前城市再生水安全性评价方法以传统的毒理学检测方法为主，方法上缺乏创新，存在毒性检测不够准确，无法评估人体健康效应等不足。因此，本项目将选取稳定运行的典型的城市再生水处理工艺，以再生水处理工艺的进水及各工艺段出水为研究对象，以转录组学和代谢组学相结合的生物组学方法为核心，建立城市再生水安全性评价方法，并结合实时定量PCR技术、酶联免疫法、组织病理学检测、血清生化指标检测等分子生物学和生理生化指标检测方法，系统分析城市再生水综合毒性效应，探索其毒性作用的分子生物学机理，以及再生水综合毒性随处理工艺流程的变化规律，为再生水处理工艺的调控策略提供理论依据。

本项目以典型再生水处理工艺各工艺单元出水为研究对象，系统分析了城市再生水综合毒性效应。选取稳定运行的再生水处理工艺，对各工艺单元出水微量有机污染物进行了检测分析，发现再生水处理工艺未能有效除去微量半挥发性有机物。采用转录组和代谢组相结合的生物组学方法，建立了城市再生水环境健康评价方法，发现再生水处理工艺个单元出水均导致小鼠发生代谢组毒性和转录组毒性。综合运用代谢组学和转录组学方法对再生水处理工艺最终出水进行了毒性作用机理解析，结果表明再生处理工艺的最终出水主要通过氨基酸代谢、脂代谢和能量代谢等生物学通路造成关键基因和代谢物差异表达，产生代谢组毒性和转录组毒性。研究成果对于系统分析再生水综合毒性效应，探索其毒性作用的分子机理具有重要意义。项目共发表SCI论文2篇，其中环境学科顶级期刊ES&T 1篇；申请发明专利3项；培养研究生2名。