基于纳米探针的DNA损伤检测新方法及其在化学品基因毒性评价中的应用

DNA damage is the key procedure for mutation and cancer induced by chemicals. It is important to develop rapid, sensitive and high throughput method for detection of DNA damage, which is significant in medicine, pesticide and food fields. Novel methods for sensitive detection of DNA damage by using spectroscopy, electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence method based on nanoprobe are intended to be developed in this project; High throughput detection systems are schemed by using chip or array sensors and CCD camera, which is important to study single drug's dose-response relationship and synergistic and antagonistic roles for several drugs. In addition, the mechanism of DNA damaged by chemicals and its corelation with DNA repair, mutagenic and carcinogenic behavior are also intended to be studied. Based on these results, new method for evaluation of chemicals' genotoxicity based on the detection of their damaged effect on DNA could be developed.

化学品致DNA损伤是其致突变和致癌的关键环节，发展灵敏、快速、高通量的DNA损伤检测方法，实现对化学品致突变和致癌性的快速准确评价，是医药、农药和食品安全领域的迫切需求，具有重要的现实意义和应用前景。本项目拟以几种易感环境应答基因为研究对象，设计合成新型纳米生物探针，结合各种光谱、电化学或电致化学发光技术，建立DNA损伤检测的新方法；构建DNA损伤高通量检测系统，研究化学品致DNA损伤的剂量关系、不同化学品之间的协同和拮抗作用，揭示其致DNA损伤的动力学机制；利用统计学方法原理在细胞层面上研究化学品致不同类型和不同程度DNA损伤的修复与其致突变及致癌性的相关性，建立利用DNA损伤检测评价化学品基因毒性的新原理新方法，为医药、农药、食品等领域的化学品筛查、设计和毒性评价提供新途径。本项目研究对于人类健康、食品安全和生命分析化学的发展具有十分重要的意义。

三年来， 在国家自然科学青年基金21205014的资助下，围绕基于DNA损伤检测的化学品基因毒性评价与筛查新方法的关键科学问题，1）以金纳米粒子、银纳米簇、石墨烯等纳米材料为基础，结合二氧化硅包裹的量子点（QDs@SiO2）、二茂铁标记的信号分子构建了具有紫外、荧光、圆二色谱、电化学、电致化学发光信号响应的分子信标。2）结合DNA工具酶如核酸外切酶III、内切酶HpaII及甲基化转移酶等建立了比色、荧光、电化学、电致化学发光、圆二色谱等多种检测DNA损伤及DNA甲基化的检测新方法，方法灵敏度高、特异性好。各方法基本上都能检测单核苷酸多态性。3）建立了以透明96孔板为模板的高通量比色检测DNA损伤的新方法。4）研究了不同化合物：氧化苯乙烯、亚砷酸钠、Fenton试剂（Fe2+，H2O2）和DMSO、CH3CHO所造成的DNA损伤机制。结果表明，这些试剂不同程度地损伤DNA，其中Fenton试剂（Fe2+，H2O2）和DMSO、CH3CHO可造成DNA甲基化，而氧化苯乙烯、亚砷酸钠可使DNA断链。以这些化合物为模型，证明所建方法可以区分完整的与损伤的DNA，可以区分出由碱基甲基化造成的DNA损伤。以此为基础，建立了化合物基因毒性筛查的初步方法。上述成果共发表SCI收录论文16篇，包括Chemical Communications 2篇（其中1篇封面论文）、Biosensors and Bioelectronics 1篇、Journal of Materials Chemistry B 1篇、Analytica Chimica Acta 1篇、 Analyst 4篇、Talanta 2 篇、Microchimica Acta 1篇、Journal of Electroanalytical Chemistry 1篇、Spectrochimica Acta Part A 2篇 Analytical Methods 1篇。其中，影响因子6.0以上论文4篇。获授权中国发明专利2件、已授理中国发明专利2件，培养已毕业硕士生5人，在读博士生2人，硕士生6人。发表会议论文4篇。