交通要(yao)道、供(gong)暖鍋爐與(yu)農田附近(jin)大(da)氣中的細顆粒物PM2.5濃(nong)度相(xiang)同，但(dan)三(san)地PM2.5的毒性也許并不一樣(yang)，對人體的健康(kang)影響也可能大(da)相(xiang)徑庭。北京(jing)大(da)學(xue)課題組研究人員(yuan)近(jin)期取得了(le)跨學(xue)科(ke)進展(zhan)，集成了(le)空氣采樣(yang)、酵(jiao)母菌以及酵(jiao)母菌蛋(dan)白熒光等自動檢測(ce)平(ping)臺，首次以熒光標(biao)記的酵(jiao)母菌實現了(le)對PM2.5毒性指標(biao)的多方面實時(shi)在(zai)線監測(ce)。

　　研究(jiu)(jiu)人(ren)(ren)員(yuan)認為，這種方法針(zhen)對(dui)PM2.5等顆粒物對(dui)人(ren)(ren)體健康(kang)效(xiao)應機制的研究(jiu)(jiu)提供了開創性的研究(jiu)(jiu)思路(lu)和方法，可以(yi)從(cong)分子水平多角度(du)理(li)解PM2.5對(dui)人(ren)(ren)體的可能(neng)損傷情況，有助于發(fa)現目(mu)前研究(jiu)(jiu)方法檢測不到(dao)或被忽(hu)略(lve)的健康(kang)效(xiao)應及響應通(tong)路(lu)，從(cong)而可以(yi)避免“盲人(ren)(ren)摸象”的弊端。

　　酵母(mu)菌(jun)與(yu)人類基因有(you)“同源性”人類細(xi)胞與(yu)酵母(mu)菌(jun)細(xi)胞一樣有(you)自噬現象，基本機理等也類似。并且(qie)具有(you)相(xiang)似的反應，通過PM2.5對(dui)酵母(mu)菌(jun)基因的損(sun)害可推斷出對(dui)人的基因的相(xiang)關損(sun)傷。

　　當(dang)前，對(dui)大(da)(da)氣顆(ke)粒物(wu)毒性研究，大(da)(da)多采用細胞、老(lao)鼠等(deng)動物(wu)實(shi)驗，或(huo)人體觀測。但動物(wu)暴露(lu)實(shi)驗必須在高濃度(du)劑(ji)量中進(jin)行(xing)，偏離(li)實(shi)際環(huan)境暴露(lu)劑(ji)量；而且靈敏度(du)較(jiao)低，響應時(shi)間(jian)較(jiao)長(chang)，需要(yao)幾小(xiao)時(shi)甚(shen)至(zhi)幾天；具有滯后性，觀測到損傷時(shi)，危(wei)害往往已經顯現。

　　為何(he)想到要(yao)用酵(jiao)母(mu)菌(jun)來對(dui)PM2.5毒性來監測？北(bei)京(jing)大學(xue)(xue)環境科學(xue)(xue)與(yu)工(gong)程學(xue)(xue)院(yuan)研究員要(yao)茂盛解釋(shi)說，酵(jiao)母(mu)菌(jun)基(ji)(ji)因與(yu)人的基(ji)(ji)因有“同源性”，并有相似的反應，PM2.5對(dui)酵(jiao)母(mu)菌(jun)基(ji)(ji)因的損(sun)害可推(tui)斷出對(dui)人的基(ji)(ji)因的相關損(sun)傷。

　　例(li)如，酵母(mu)(mu)菌(jun)的(de)自(zi)(zi)噬(shi)(shi)作用(yong)(yong)。要(yao)茂(mao)(mao)盛說(shuo)，日本(ben)教授大隅良典發現(xian)，人(ren)類細(xi)胞(bao)與酵母(mu)(mu)菌(jun)細(xi)胞(bao)一(yi)樣(yang)有(you)自(zi)(zi)噬(shi)(shi)現(xian)象，基(ji)本(ben)機理等也類似。正因(yin)為在(zai)細(xi)胞(bao)自(zi)(zi)噬(shi)(shi)研(yan)究(jiu)方面的(de)成就(jiu)，大隅良典獲得了(le)2016年諾貝爾生(sheng)(sheng)理學(xue)或醫學(xue)獎。自(zi)(zi)噬(shi)(shi)作用(yong)(yong)是指細(xi)胞(bao)面對(dui)生(sheng)(sheng)存壓力時(shi)，可(ke)通(tong)過降解自(zi)(zi)身(shen)非必需成分(fen)來(lai)提供營(ying)養和能(neng)(neng)(neng)量，從而維持生(sheng)(sheng)命(ming)；自(zi)(zi)噬(shi)(shi)作用(yong)(yong)也可(ke)能(neng)(neng)(neng)降解潛在(zai)的(de)毒性蛋白(bai)來(lai)阻止細(xi)胞(bao)損傷(shang)等。要(yao)茂(mao)(mao)盛說(shuo)，這種酵母(mu)(mu)菌(jun)俗稱釀酒酵母(mu)(mu)（Saccharomyces cerevisiae），共(gong)有(you)6000多(duo)個(ge)基(ji)因(yin)。其基(ji)因(yin)序(xu)列(lie)在(zai)1996年已全部(bu)測(ce)序(xu)完成，也是第一(yi)個(ge)完成基(ji)因(yin)測(ce)序(xu)的(de)真核生(sheng)(sheng)物(wu)。它被(bei)廣泛應用(yong)(yong)在(zai)人(ren)類疾病研(yan)究(jiu)中(zhong)，許多(duo)生(sheng)(sheng)命(ming)現(xian)象及蛋白(bai)功能(neng)(neng)(neng)都來(lai)自(zi)(zi)該酵母(mu)(mu)菌(jun)的(de)研(yan)究(jiu)。“一(yi)個(ge)酵母(mu)(mu)菌(jun)5—10微米大小，半徑較大，在(zai)顯微鏡下用(yong)(yong)肉眼就(jiu)能(neng)(neng)(neng)很容(rong)易看到，有(you)利(li)于監(jian)測(ce)單(dan)(dan)細(xi)胞(bao)熒光，從而得以對(dui)PM2.5毒性的(de)實時(shi)在(zai)線顯示(shi)。”要(yao)茂(mao)(mao)盛說(shuo)，課(ke)題組前期對(dui)酵母(mu)(mu)菌(jun)的(de)上百種基(ji)因(yin)蛋白(bai)進(jin)行了(le)高通(tong)量篩查(cha)，發現(xian)了(le)氧(yang)化損傷(shang)蛋白(bai)（HSP60）、DNA修復(fu)蛋白(bai)（SSA1）等對(dui)空氣中(zhong)的(de)PM2.5響應比(bi)較靈敏，“例(li)如，我們在(zai)單(dan)(dan)個(ge)活體酵母(mu)(mu)菌(jun)上發現(xian)DNA修復(fu)發生(sheng)(sheng)在(zai)氧(yang)化損傷(shang)后(hou)的(de)大約20分(fen)鐘(zhong)，反應相當靈敏”。

　　綠色熒光蛋(dan)白實時顯現PM2.5損害

　　當PM2.5對酵(jiao)(jiao)母菌發生(sheng)了某些損傷，相對應(ying)的GFP蛋白就會表達并發光(guang)，然后(hou)被酵(jiao)(jiao)母菌蛋白熒光(guang)自動檢測平(ping)臺“捕(bu)捉”到，這(zhe)樣就好(hao)像“實時監測到不(bu)同地區每輛車的行駛擁擠(ji)狀(zhuang)況”。

　　想實現(xian)對PM2.5毒性等實時(shi)在線監(jian)測(ce)，就必(bi)須讓(rang)大氣中的PM2.5與(yu)酵(jiao)母(mu)菌(jun)接觸產生(sheng)相(xiang)關刺激(ji)，所標記的基因得(de)到及時(shi)表達，從而顯(xian)示相(xiang)關毒性。要茂盛說(shuo)，這就依(yi)賴綠(lv)色熒光蛋白（GFP）。

　　綠(lv)色(se)熒光(guang)(guang)蛋(dan)白（GFP）最早于(yu)1962年在(zai)維多(duo)(duo)利(li)亞多(duo)(duo)管發(fa)光(guang)(guang)水母中發(fa)現(xian)，其基因所產生的蛋(dan)白質，在(zai)藍色(se)波(bo)長范圍的光(guang)(guang)線激發(fa)下，會發(fa)出綠(lv)色(se)螢光(guang)(guang)。日本科(ke)學(xue)家下村修(xiu)、美國科(ke)學(xue)家馬丁·查爾菲和錢永健等(deng)就是因為發(fa)現(xian)、改造了綠(lv)色(se)熒光(guang)(guang)蛋(dan)白獲得了2008年的諾貝(bei)爾化學(xue)獎。

　　要茂盛說(shuo)，課題組利用GFP標記的酵(jiao)母(mu)菌(jun)(jun)，與擬研究的酵(jiao)母(mu)菌(jun)(jun)蛋白一一“綁”在(zai)一起。就像(xiang)是個“臥底”，當PM2.5對(dui)酵(jiao)母(mu)菌(jun)(jun)發生了(le)某些(xie)損(sun)傷(shang)，相對(dui)應(ying)的GFP蛋白就會表達并發光(guang)，然后被酵(jiao)母(mu)菌(jun)(jun)蛋白熒光(guang)自(zi)動(dong)檢測(ce)平臺“捕捉”到，這樣就好(hao)像(xiang)“實時監測(ce)到不同地(di)區每輛車的行駛擁擠狀況”，從而(er)可以更好(hao)地(di)了(le)解PM2.5的損(sun)傷(shang)機理(li)。檢測(ce)數據還可遠距離信息(xi)傳輸，“即使我(wo)在(zai)國外開會，也(ye)能及時收(shou)到放(fang)在(zai)北京(jing)的設(she)備發出的檢測(ce)信息(xi)”。

　　要茂盛說，自(zi)動(dong)檢測平臺(tai)使用的(de)是生物芯片(pian)(pian)，即把多個不同GFP標記的(de)活體酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)放(fang)在(zai)一個芯片(pian)(pian)的(de)不同地(di)方，酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)在(zai)芯片(pian)(pian)里的(de)培養液中只能小范圍移動(dong)。“當人體吸入PM2.5，人體組織細(xi)胞與(yu)其接(jie)觸(chu)發生交互(hu)反(fan)應(ying)，如(ru)同該系統酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)與(yu)顆粒物的(de)接(jie)觸(chu)。酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)蛋(dan)白又與(yu)人體蛋(dan)白相似，所以(yi)PM2.5對酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)的(de)損(sun)害可推斷出(chu)對人體的(de)相關損(sun)害。不過(guo)，對酵(jiao)母(mu)(mu)菌(jun)損(sun)害的(de)響應(ying)時間快慢取決于PM2.5的(de)濃度。”

　　揭示PM2.5對人具(ju)體致病毒性(xing)機制

　　未(wei)來還將人(ren)工合成一些(xie)比(bi)較靈敏的基因，綁定新基因后，酵母菌對PM2.5毒(du)性的響應(ying)就會(hui)更(geng)靈敏、更(geng)迅速、更(geng)有針對性，可以實現精(jing)準檢測。

　　要(yao)茂盛(sheng)認(ren)為，PM2.5毒性的(de)(de)實時在(zai)線監(jian)測(ce)系統的(de)(de)成果，與北京大學物理(li)學院副教授羅(luo)春(chun)雄領導的(de)(de)研究團隊努力(li)是(shi)分(fen)不開的(de)(de)，而且是(shi)“站在(zai)巨(ju)人的(de)(de)肩膀”上(shang)，建立在(zai)兩個諾貝(bei)爾(er)獎的(de)(de)科(ke)學成果基礎之上(shang)研發的(de)(de)，具有非常強的(de)(de)學科(ke)交(jiao)叉性。

　　目前，此(ci)項研究(jiu)成(cheng)果已申(shen)請(qing)國(guo)家發明專利。課題(ti)組正在利用該(gai)系統對(dui)不(bu)同(tong)國(guo)家、不(bu)同(tong)地(di)區大氣中的PM2.5毒性(xing)進行檢測(ce)和研究(jiu)，同(tong)時也在篩查(cha)更多(duo)的有響應的酵母菌蛋白并研究(jiu)其靈(ling)敏度、響應毒性(xing)精準度的標(biao)定，從(cong)而進一步全方位揭示(shi)PM2.5對(dui)人(ren)體的具體致病(bing)機制。

　　“未來，我們還(huan)將人工合(he)成一(yi)些(xie)比(bi)較靈(ling)敏的基(ji)因(yin)，綁定新基(ji)因(yin)后(hou)，酵母(mu)菌對(dui)PM2.5毒(du)性(xing)的響應(ying)就會更(geng)靈(ling)敏、更(geng)迅速、更(geng)有針(zhen)對(dui)性(xing)，可以實現(xian)精準(zhun)檢測。”要茂(mao)盛(sheng)說。

　　要茂盛表(biao)示，對PM2.5毒性(xing)的(de)實時在(zai)(zai)線監測系(xi)統是建立在(zai)(zai)他的(de)“實時在(zai)(zai)線甄別(bie)空(kong)氣中(zhong)的(de)致病微生物(wu)系(xi)統-GREATpa”成(cheng)果的(de)基礎上的(de)。

　　空(kong)氣中的微生(sheng)物無色(se)無味、具有潛伏性、瞬間性。如(ru)果不能(neng)對空(kong)氣微生(sheng)物進行實時監測(ce)，那么就無法及時發現空(kong)氣中潛在的微生(sheng)物危害，從而(er)可能(neng)造成非(fei)常嚴重的后果，如(ru)疫(yi)情爆發、生(sheng)物恐怖襲擊等。

　　“實時在(zai)(zai)線(xian)(xian)甄(zhen)別空氣(qi)中的(de)致病(bing)微(wei)生(sheng)物系統(tong)”在(zai)(zai)應(ying)對(dui)突發(fa)的(de)公共(gong)衛(wei)生(sheng)事件以及臨(lin)床呼吸系統(tong)感(gan)染診(zhen)斷以及生(sheng)物預警、國防軍事防恐(kong)等領(ling)域具有重要的(de)應(ying)用價值(zhi)。要茂盛希望，在(zai)(zai)不(bu)久未(wei)來基(ji)于活(huo)體酵(jiao)母菌傳(chuan)感(gan)器的(de)PM2.5毒(du)性(xing)的(de)實時在(zai)(zai)線(xian)(xian)監測系統(tong)能夠(gou)在(zai)(zai)我國應(ying)對(dui)霧霾危害、保護公眾(zhong)健康方面(mian)發(fa)揮(hui)積極的(de)作用。