一种评估稀土元素毒性的方法技术

本发明专利技术公开了一种评估稀土元素毒性的方法。所述方法包括以下步骤：(1)在含有稀土元素的液体培养基中培养线虫，获取培养后的线虫的代谢物，进行核磁共振代谢组学分析，得到代谢物的碎片信息；(2)建立模型对代谢物的碎片信息进行筛选，得到稀土元素影响下的差异代谢标志物；(3)对差异代谢标志物进行代谢通路富集分析，获得不同浓度稀土元素影响下的线虫关键代谢通路中的代谢物，进而评估稀土元素的毒性。本发明专利技术利用核磁共振代谢组学，以线虫为模式生物，得到稀土元素与代谢物以及代谢通路之间的关联，能够从分子水平评估稀土元素的毒性，能够为稀土元素污染生态风险评估和环境质量标准建立提供科学依据。量标准建立提供科学依据。量标准建立提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】
一种评估稀土元素毒性的方法


[0001]本专利技术属于代谢组学
，涉及一种评估稀土元素毒性的方法。

技术介绍

[0002]中国拥有世界上最大的稀土矿床，是名副其实的稀土大国，其中镧的储量要高于铅或钼，镧的含量与铅相似，是稀土元素中含量最多的两种元素。在过去的几十年来，越来越多的稀土元素应用到周围的农业、商业的实践当中来。稀土元素凭借其优势被广泛应用于包括清洁能源技术、电子、军事应用、医疗设备等各个领域。由于对含有稀土元素的材料的不当使用和处置，导致了水和土壤等生态系统中的稀土的排放量大幅度增加。稀土元素的大量使用和残留引发了人们对于稀土元素暴露增加相关的生物影响的担忧。
[0003]目前的研究热点主要在于稀土元素的应用领域，而有关健康问题和环境的研究相对较少。关于稀土元素的健康益处与毒性效应，仍存在争议。根据之前的研究发现，适量的稀土元素暴露通常会对有机体产生保护或正向的刺激作用，而过高的稀土元素水平则会对土壤中的无脊椎动物、植物和淡水甲壳动物产生不利影响。由于稀土元素的广泛应用以及处理不当，大量的稀土元素进入到环境循环之中，并且可以通过如食物链等的各种方式被人体吸收进而在体内发生蓄积。已有研究观察到稀土元素在人类不同器官中的积累，包括肺、肝、脾以及大脑等。稀土元素的暴露除了影响不同的器官之外，还对儿童的智商也产生了不利影响，此前的一项研究表明，居住在镧元素含量过高区域的儿童智商得分明显低于居住在非暴露区域的儿童。但是目前我们对于稀土元素的摄入影响及其在生物体内的代谢进程仍知之甚少。特别是各种稀土元素之间的用量以及生物效应差异仍然存在争议。为了证实稀土元素的相互作用和潜在毒性，目前的研究有必要向阐明稀土元素的内在机制以及稀土元素代谢调控下的生物的生长发育过程等方向倾斜。
[0004]目前评估稀土元素毒性的方法多数以植物为模型，但是植物与人体差异较大，代谢指标不同，难以用于评估对人体健康产生的毒性，而以哺乳动物小鼠为模型，实验成本高，个体差异大，周期长，不适合代谢标志物的批量初筛，此外，小鼠还需要消耗大剂量的药物，整体投入成本明显偏高，不适宜高通量代谢物初筛。
[0005]综上所述，目前评估稀土元素毒性的方法存在模式生物与人体代谢差异大，检测成本高，不适合高通量筛选等问题。如何提供一种评估稀土元素毒性的方法，已成为目前代谢组学
亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足和实际需求，本专利技术提供一种评估稀土元素毒性的方法，解决了目前评估稀土元素毒性的方法存在的模式生物与人体代谢差异大，检测成本高，不适合高通量筛选等问题，实现了低成本，高通量地筛选差异代谢物，能够有效评估稀土元素的毒性，为稀土元素污染生态风险评估和环境质量标准建立提供科学依据。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种评估稀土元素毒性的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)在含有稀土元素的液体培养基中培养线虫，获取培养后的线虫的代谢物，进行核磁共振代谢组学分析，得到代谢物的碎片信息；
[0010](2)建立模型对代谢物的碎片信息进行筛选，得到稀土元素影响下的差异代谢标志物；
[0011](3)对差异代谢标志物进行代谢通路富集分析，获得不同浓度稀土元素影响下的线虫关键代谢通路中的代谢物，进而评估稀土元素的毒性。
[0012]本专利技术利用核磁共振代谢组学，以线虫为模式生物，得到稀土元素与代谢物以及代谢通路之间的关联，能够从分子水平评估稀土元素的毒性，能够为稀土元素污染生态风险评估和环境质量标准建立提供科学依据。
[0013]本专利技术首先通过核磁共振代谢组学技术对不同浓度稀土元素元素影响下的秀丽隐杆线虫体内的代谢物进行分析，得到代谢数据信息；然后对数据进行预处理，以验证数据的有效性以及消除奇异数据所产生的偏差；建立正交偏最小二乘法判别分析模型根据变量差异倍数绝对值大于1.2、p值小于0.05的条件筛选数据，得到在稀土元素溶液暴露下线虫体内存在的潜在生物标志物；通过数据库验证，得到有显著差异的代谢物；根据这些有差异的代谢物进行代谢通路富集，得到稀土元素造成秀丽隐杆线虫代谢紊乱发生发展的相关重要代谢通路；将所得到的关键代谢通路连接起来，得到综合代谢网络以提示稀土元素使用剂量应引起重视，并为建立健全稀土元素使用标准以及健康风险评估提供依据。
[0014]优选地，步骤(1)中所述线虫的代谢物的获取方法包括：
[0015]取L4期的线虫分6组，每组7000
‑
10000只，在稀土元素浓度为0、5
‑
15nM、50
‑
150nM、0.5
‑
1.2μM、1.5
‑
2.5μM、5
‑
15μM的液体培养基中培养9
‑
11天后收集线虫样本，进行预处理，即得到所述线虫的代谢物。
[0016]优选地，所述液体培养基包括Smedium。
[0017]优选地，所述稀土元素包括镧。
[0018]优选地，所述预处理的方法包括：
[0019]收集每组线虫样本，漂洗液漂洗后空腹处理，研磨线虫样本后离心取上清，浓缩上清后用重悬液重悬。
[0020]优选地，所述漂洗液包括SBasal。
[0021]优选地，所述重悬液包括SMB。
[0022]优选地，步骤(2)中所述模型包括正交偏最小二乘法判别分析模型。
[0023]优选地，步骤(2)中所述差异代谢标志物的获取方法包括：
[0024]根据稀土元素的浓度将线虫分为6组，获取6组的线虫代谢物，并设置空白对照组，空白对照组为放在含有二甲基亚砜的液体培养基中培养的线虫代谢物，分别对各组进行前处理、主成分分析、偏最小二乘法判别分析和正交偏最小二乘法判别分析筛选，对照组和实验组中差异最为明显的标志物即为差异代谢标志物。
[0025]优选地，所述前处理的具体方法包括归一化和峰对齐。
[0026]优选地，所述差异最为明显的判断标准为差异倍数绝对值大于1.2且p值小于0.05。
[0027]优选地，步骤(3)中所述对差异代谢标志物进行代谢通路富集分析的具体方法包
括：
[0028]将所得的差异标志物数据上传至数据库，录入差异代谢物的名称，进行分析富集相关通路。
[0029]优选地，所述数据库包括KEGG。
[0030]优选地，所述差异代谢物包括氨基酸代谢物和脂质代谢物。
[0031]作为优选的技术方案，所述评估稀土元素毒性的方法具体包括以下步骤：
[0032](1)取L4期的线虫分6组，每组7000
‑
10000只，在稀土元素浓度为0、5
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15nM、50
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150nM、0.5
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1.2μM、1.5
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2.5μM、5
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15μM的液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估稀土元素毒性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在含有稀土元素的液体培养基中培养线虫，获取培养后的线虫的代谢物，进行核磁共振代谢组学分析，得到代谢物的碎片信息；(2)建立模型对代谢物的碎片信息进行筛选，得到稀土元素影响下的差异代谢标志物；(3)对差异代谢标志物进行代谢通路富集分析，获得不同浓度稀土元素影响下的线虫关键代谢通路中的代谢物，进而评估稀土元素的毒性。2.根据权利要求1所述评估稀土元素毒性的方法，其特征在于，步骤(1)中所述线虫的代谢物的获取方法包括：取L4期的线虫分6组，每组7000
‑
10000只，在稀土元素浓度为0、5
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15nM、50
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150nM、0.5
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1.2μM、1.5
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2.5μM、5
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15μM的液体培养基中培养9
‑
11天后收集线虫样本，进行预处理，即得到所述线虫的代谢物；优选地，所述液体培养基包括Smedium；优选地，所述稀土元素包括镧。3.根据权利要求2所述的评估稀土元素毒性的方法，其特征在于，所述预处理的方法包括：收集每组线虫样本，漂洗液漂洗后空腹处理，研磨线虫样本后离心取上清，浓缩上清后用重悬液重悬；优选地，所述漂洗液包括SBasal；优选地，所述重悬液包括SMB。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的评估稀土元素毒性的方法，其特征在于，步骤(2)中所述模型包括正交偏最小二乘法判别分析模型。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的评估稀土元素毒性的方法，其特征在于，步骤(2)中所述差异代谢标志物的获取方法包括：根据稀土元素的浓度将线虫分为6组，获取6组的线虫代谢物，并设置空白对照组，空白对照组为放在含有二甲基亚砜的液体培养基中培养的线虫代谢物，分别对各组进行前处理、主成分分析、偏最小二乘法判别分析和正交偏最小二乘法判别分析筛选，对照组和实验组中差异最为明显的标志物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，蓝文宁，张芳榕，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：