甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法技术

本发明专利技术提供一种甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法，属于环境分析化学领域。利用具有较高分离能力，峰容量和灵敏度的GC

【技术实现步骤摘要】
甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法


[0001]本专利技术涉及一种甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法，属于环境分析化学领域。

技术介绍

[0002]环境污染对人体健康造成的不利影响与其中的有机组分密切相关。虽然目前已研究了环境中一些已知污染物的健康效应，但这只占复杂环境组分中总有机碳的一小部分，导致人体不良结果的其他关键化合物和分子机制可能被忽略。由于环境中有机组分极其复杂，全面认识和甄别环境样品中对人体健康存在较高风险的污染物具有较大挑战。
[0003]全二维气相色谱相较于传统的一维色谱，极大地增加了色谱分辨率，峰容量和灵敏度，是复杂环境样品中有机污染物分析的有力工具。为了快速评估大量化学物质的毒性，美国环境保护局自2007年起发起了一项大规模的毒性预测(ToxCast)项目，通过体外测定和计算机建模目前已评估了约4500种化学物质覆盖700多个终点300个信号通路的活性。结合不良结局途径概念的暴露组学研究，将有助于打破对环境中现有有机成分的认识，从复杂混合物中识别主要风险驱动因素并理解其诱导的不良反应机理，揭示环境暴露与人体不利健康结果之间的关键联系。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法，将全二维气相色谱与ToxCast数据库相结合开展环境中毒性效应污染物筛查，并通过评估各组分的相对贡献进行优先级排序，通过系统生物学揭示主要化学
‑
生物效应途径的分析方法。
[0005]本专利技术所提供的甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法，包括以下步骤：
[0006](1)样品前处理
[0007]利用加速溶剂萃取法对复杂环境样品进行提取后浓缩，得到浓缩后提取液；
[0008](2)利用GC
×
GC
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TOFMS对浓缩后提取液进行分析；
[0009](3)鉴定未知污染物分子结构及利用ToxCast数据库实现毒性效应化合物筛选；
[0010](4)利用污染物的毒性因子、暴露量和人体内毒代动力学性质进行优先级排序；
[0011](5)利用二分网络可视化需优先关注污染物的生物效应，揭示主要作用通路。
[0012]上述方法步骤(1)中，以正己烷:二氯甲烷(1:1,v/v)为提取溶剂对复杂环境样品进行提取；
[0013]采用旋转蒸发和平稳氮气流对提取液进行浓缩，得到浓缩后提取液；
[0014]浓缩后还可进一步包括采用0.22μm有机滤膜对所得浓缩后提取液进行过滤，收集滤液的操作；
[0015]上述方法步骤(2)中，GC
×
GC
‑
TOFMS的具体条件可为：色谱柱组合为Rxi
‑
5ms(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)+Rxi
‑
17Sil MS(1m
×
0.25mm
×
0.25μm)；载气流速1.0mL/min；不分流进样；进样口温度280℃；第一柱温箱从60℃(1min)开始，以20℃/min的速率升温至100℃，维持1min，然后以2.5℃/min的速度升温至310℃，维持5min；第二柱温箱比第一柱温箱始终高10℃；调制器周期8秒，比第二柱温箱高25℃；传输线温度310℃；EI模式；电离能70eV；离子源温度250℃；数据采集范围m/z 20
‑
1000；采集速度180谱图/秒；
[0016]上述方法步骤(3)的操作为：对GC
×
GC
‑
TOFMS分析得到的海量数据通过NIST谱库进行质谱信息匹配和保留指数比对，根据置信水平将鉴定结果分为三类：特征片段阐明取代基(level 3)，谱库检索提出可能结构(level 2)以及参考标准品确证结构(level 1)；再借助EPA ToxCast项目数据库，筛选出其中会对人类产生毒性效应的化合物；利用ClassyFire方法根据不同化合物所含的官能团进行结构分类，并通过化学品和产品数据库(CPDat)对已识别化合物的功能用途进行表征；
[0017]上述方法步骤(4)的操作为：根据从ToxCast数据集中提取的与有效阳性参照对应的50％最大活性时所需浓度(AC
50
)计算每种化学物质在各活性试验中的毒性当量因子(TEF)，并结合每种化学品的暴露浓度(定量或半定量结果)计算其毒性当量(TEQ)及毒性贡献比例(TEQ％)；通过ADMETlab软件预测不同化合物在人体内的毒代动力学性质(吸收、分布、代谢和排泄)，从而实现体外到体内分析结果的有效内推，明确人体暴露于复杂环境中多种化学物质时的主要风险驱动因素；
[0018]上述方法步骤(5)的操作为：通过计算“基因得分”将通过步骤(4)确定的需优先关注的污染物在同一分子靶点多个细胞系中的研究结果进行总结，再利用Gephi软件构建一个二分网络对复杂交错的化学品
‑
生物效应关系进行可视化，从而在多尺度层面解释来自ToxCastDB预测的潜在不良结果的多种途径和过程，揭示环境样品中高毒性贡献污染物的主要人体暴露终点和作用途径，
[0019][0020]where
[0021][0022][0023]其中，G(X，g)为化合物X在基因g的基因得分，n
assay
(g)为基因g对应的细胞特征数，{A1，
…
，A
nassay(g)
}为所有细胞特征的集合，Z(X，A)为化学物质X和细胞毒性终点A的标准化评分，对于具有两个或两个以上细胞毒性终点的化学品X，总结对应这些终点的AC
50
值的对数集(log
10
)，m(X)表示集合的中位数，并计算集合的中位数绝对偏差(MAD)。M
global
是所有化学品MADs的中位数。
[0024]本专利技术与现有毒性化合物筛查方法相比具有以下优点：
[0025](i)利用具有较高分离能力，峰容量和灵敏度的GC
×
GC
‑
TOFMS实现环境样品中成千上万种有机污染物的同时有效分离，为后续未知化合物结构鉴定提供保障。
[0026](ii)利用覆盖多物质多靶点的ToxCast数据库快速筛选出会对人体产生不利生物
效应的污染物。
[0027](iii)结合污染物的ADME特性排除假阳性结果，实现体外到体内分析的合理内推
[0028](iv)通过系统生物学方法构建二分网络，揭示环境污染对人类健康产生不利影响的复杂表型层次，既可以从分子水平上为先前流行病学调查结果阐明内在原因，也有助于发现新的致病途径。
附图说明
[0029]图1为本专利技术利用GC
×
GC
‑
TOFMS测定复杂大气样品中有机化合物的总离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.甄别复杂环境样品中毒性效应化合物并优先级排序的方法，包括以下步骤：(1)样品前处理利用加速溶剂萃取法对复杂环境样品进行提取后浓缩，得到浓缩后提取液；(2)利用GC
×
GC
‑
TOFMS对浓缩后提取液进行分析；(3)鉴定未知污染物分子结构及利用ToxCast数据库实现毒性效应化合物筛选；(4)利用污染物的毒性因子、暴露量和在人体内毒代动力学性质进行优先级排序。(5)利用二分网络可视化需优先关注污染物的生物效应，揭示主要作用通路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以正己烷:二氯甲烷(1:1,v/v)为提取溶剂对复杂环境样品进行提取；采用旋转蒸发和平稳氮气流对提取液进行浓缩，得到浓缩后提取液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，GC
×
GC
‑
TOFMS的具体条件为：色谱柱组合为Rxi
‑
5ms(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)+Rxi
‑
17Sil MS(1m
×
0.25mm
×
0.25μm)；载气流速1.0mL/min；不分流进样；进样口温度280℃；第一柱温箱从60℃(1min)开始，以20℃/min的速率升温至100℃，维持1min，然后以2.5℃/min的速度升温至310℃，维持5min；第二柱温箱比第一柱温箱始终高10℃；调制器周期8秒，比第二柱温箱高25℃；传输线温度310℃；EI模式；电离能70eV；离子源温度250℃；数据采集范围m/z 20
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1000；采集速度180谱图/秒。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)的操作为：对GC
×
GC
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TOFMS分析得到的海量数据通过NIST谱库进行质谱信息匹配和保留指数比对，根据置信水平将鉴定结果分为三类：特征片段阐明取代基(level 3)，谱库检索提出可能结构(level ...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丽荣，乔林，郑明辉，黄帝，刘杨，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：