利用酵母生物标志物高通量检测系统研究环境-基因相互作用机制及其在污染早期预警和健康风险评价中的意义

针对目前我国环境污染日益严重及癌症发病率不断增高的现状，本申请拟利用现代分子生物学高通量研究技术，以典型POPs多环芳烃为模式化学致癌物，以DNA、蛋白质等生物分子损伤的响应信号为环境污染的早期生物标志物，以酵母为简单模式生物，建立化学致癌物特征性易感基因图谱和酵母生物标志物的高通量检测系统，研究易感基因突变对化学致癌物和分子生物标志物剂效关系的影响，分析环境风险因子和遗传风险因子。 同时，将其应用于我国典型污染地区的实际环境与人体样品中化学致癌物污染的筛查,通过化学与生物检测结果的比较，以验证该检测系统的有效性和可操作性。利用该系统研究环境典型致癌物与基因的相互作用机制及精细生物学过程，研究结果将可为我国建立有效、准确的环境污染早期预警和健康风险评价体系提供新的研究方法和重要科学依据。

目标：本项目的核心目标是以酵母为模式生物，以DNA损伤响应信号为化学致癌物的分子生物标志物，建立全基因组化学致癌物易感相关基因的高通量筛选技术方法,由此建立化学致癌物特征性易感基因图谱，研究易感基因突变对化学致癌物和分子生物标志物剂效关系的影响，分析环境风险因子和遗传风险因子,并进行关联,用于提高环境污染早期预警和健康风险评价水平。.结果摘要：1、构建了响应于DNA损伤信号的酵母RNR3-GFP 生物传感器和另一个更加灵敏的生物传感器HUG1-GFP响应元件，并将其分别转入了酵母单基因缺失突变文库中,建立了两个含有DNA损伤响应生物传感器的酵母单基因缺失突变文库，通过流式细胞仪将响应于化学致癌物不同荧光强度的细胞进行分选，用第二代深度DNA测序技术鉴定酵母缺失基因，在基因组水平上对化学致癌物相关易感基因进行了筛选，通过生物信息学分析,建立了与烷化剂MMS和抗癌剂顺铂这两种化学致癌物特性相关的特征性易感基因图谱，并通过直系同源基因的分析，将酵母易感基因与人类疾病进行了关联。2、对一株易感基因突变株进行了转录组学分析,并用宏转录组和宏蛋白质组学方法对酵母单基因缺失文库进行了探索性分析。3、研究了斑马鱼响应于化学致癌物的转录组学和蛋白质组学，并与酵母的相关信息进行了关联。4、构建了超敏感生物传感器，为实现野外环境化学致癌物的检测优化了检测条件。5、研究了酵母易感基因缺失突变对DNA损伤生物传感器检测多种与环境污染相关的化合物和重金属纳米材料灵敏度的影响。6、对6个癌症村和浙江台州的环境样品进行了采集和化学分析。.结论：完成了本项目最核心的目标，即成功利用酵母生物传感器建立了全基因组的化学致癌物相关的易感基因的筛选技术平台和方法，首次建立了具有化学致癌物特征的易感基因图谱，并将环境和遗传风险因素进行了关联。其突破点是将DNA损伤响应的生物标志物作为化学致癌物的检测指标，弥补了现阶段该技术仅用细胞的致死率和生长速度作为检测指标的缺陷，使得化学致癌物的DNA损伤效应与遗传因素能够进行关联。.存在的问题：酵母因缺乏高等动物的P450系统，不能活化以苯并芘为代表的一类间接化学致癌物。通过现有活化技术的努力都没有解决问题。