天津大學仰大勇團隊EST：DNA示蹤系統在水環境保護中的應用

DNA是生命系統的重要生物分子，主要功能是存儲和編碼基因信息。DNA的分子結構具有可設計性、多樣性和多功能性等優點。這些獨特理化和生物特性使得DNA納米示蹤系統能夠全面克服傳統示蹤系統存在的不足。例如，DNA納米示蹤系統具有數量無限且獨立可彼此區分、無環境背景值影響、運移和降解特性一致等諸多傳統示蹤劑所不具備的優點，并且環境友好，十分適合于研究復雜水文地質條件下的多污染源識別問題。

近期，天津大學化工學院仰大勇教授課題組提出了DNA示蹤系統的設計、制作和檢測方法。近些年，工業和農業污染物肆意向環境水體中排放，嚴重污染了有限的水資源。而且，不同水體之間通過流動、入滲、蒸發等復雜水文地質過程相互交換，導致水環境中污染源的識別極為困難，加大了水環境保護的難度，致使水環境持續惡化。因此，水環境污染控制迫在眉睫，而如何定位污染源位置是水環境保護的前提和關鍵，也一直是世界各國科學家共同關注的熱點問題。

仰大勇教授課題組從DNA示蹤劑的設計和制作方法入手，詳細介紹了DNA示蹤劑在序列設計、保護、信號讀取等方面的重要內容，綜述了其在水環境示蹤研究領域中的應用情況，著重探討了DNA示蹤劑制作材料的選取、DNA分子的保護和環境影響效應等關鍵問題，并深入討論了DNA示蹤技術應用過程中可能困擾大家的問題，最后對DNA示蹤技術未來主要研究內容的發展方向提出了思考。DNA示蹤系統的建立為準確識別水環境中污染物的來源，從而制定有效的控制策略提供了新的思路。

圖1．DNA示蹤系統應用的總體概念圖。

在工廠、醫院、社區、農場等可能存在排污的場所放置不同的DNA示蹤劑，在河流下游取水樣進行檢測，通過qPCR分析DNA示蹤劑的類型和數量，就可以定位污染物的來源和污染物排放量。

圖2．DNA示蹤系統應用流程圖。

首先對DNA分子序列進行特異性設計，確保其無環境背景值影響，經過BLAST特異性比對后進行生物和化學合成；判斷水環境狀況，在相對清潔的水環境中可以進行直接投放應用，在水環境條件復雜的環境中，采用粘土、高分子聚合物或硅等材料對其進行保護后再投放應用。

相關綜述論文發表在環境科學權威期刊Environmental Science and Technology（Environmental Science and Technology, 2018, 52, 1695-1703．DOI: 10.1021/acs.est.7b02928）。相關研究成果已申請中國發明專利（CN201710640169.7?，CN201710642830.8?）。中國水利水電科學研究院廖人寬工程師(天津大學在職博士后）為本文第一作者，天津大學仰大勇教授和康奈爾大學羅丹教授為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學基金、國家千人計劃（青年）項目和中國博士后基金資助支持。

原文鏈接：?Renkuan Liao, Peiling Yang, Wenyong Wu, Dan Luo*, Dayong Yang*, A DNA tracer system for hydrological environment investigations. Environmental Science & Technology, 2018, 52, 1695?1703. DOI: 10.1021/acs.est.7b02928

仰大勇教授簡介

仰大勇 博士，天津大學化工學院教授。華中科技大學學士、碩士，國家納米科學中心博士，美國康奈爾大學和荷蘭奈梅亨大學博士后。2015年入選“國家青年千人計劃”，2016年獲國家自然科學基金委“優秀青年”資助。從事DNA Engineering（DNA分子工程）方面的研究，主要包括DNA功能高分子、生物傳感器和體外合成生物學。戳我查看仰大勇教授課題組主頁。

本文由天津大學化工學院仰大勇教授課題組提供，特此感謝！

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