天津大學(xué)仰大勇團(tuán)隊(duì)EST：DNA示蹤系統(tǒng)在水環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

DNA是生命系統(tǒng)的重要生物分子，主要功能是存儲(chǔ)和編碼基因信息。DNA的分子結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性、多樣性和多功能性等優(yōu)點(diǎn)。這些獨(dú)特理化和生物特性使得DNA納米示蹤系統(tǒng)能夠全面克服傳統(tǒng)示蹤系統(tǒng)存在的不足。例如，DNA納米示蹤系統(tǒng)具有數(shù)量無(wú)限且獨(dú)立可彼此區(qū)分、無(wú)環(huán)境背景值影響、運(yùn)移和降解特性一致等諸多傳統(tǒng)示蹤劑所不具備的優(yōu)點(diǎn)，并且環(huán)境友好，十分適合于研究復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的多污染源識(shí)別問(wèn)題。

近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組提出了DNA示蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作和檢測(cè)方法。近些年，工業(yè)和農(nóng)業(yè)污染物肆意向環(huán)境水體中排放，嚴(yán)重污染了有限的水資源。而且，不同水體之間通過(guò)流動(dòng)、入滲、蒸發(fā)等復(fù)雜水文地質(zhì)過(guò)程相互交換，導(dǎo)致水環(huán)境中污染源的識(shí)別極為困難，加大了水環(huán)境保護(hù)的難度，致使水環(huán)境持續(xù)惡化。因此，水環(huán)境污染控制迫在眉睫，而如何定位污染源位置是水環(huán)境保護(hù)的前提和關(guān)鍵，也一直是世界各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

仰大勇教授課題組從DNA示蹤劑的設(shè)計(jì)和制作方法入手，詳細(xì)介紹了DNA示蹤劑在序列設(shè)計(jì)、保護(hù)、信號(hào)讀取等方面的重要內(nèi)容，綜述了其在水環(huán)境示蹤研究領(lǐng)域中的應(yīng)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(hù)和環(huán)境影響效應(yīng)等關(guān)鍵問(wèn)題，并深入討論了DNA示蹤技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中可能困擾大家的問(wèn)題，最后對(duì)DNA示蹤技術(shù)未來(lái)主要研究?jī)?nèi)容的發(fā)展方向提出了思考。DNA示蹤系統(tǒng)的建立為準(zhǔn)確識(shí)別水環(huán)境中污染物的來(lái)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(tǒng)應(yīng)用的總體概念圖。

在工廠(chǎng)、醫(yī)院、社區(qū)、農(nóng)場(chǎng)等可能存在排污的場(chǎng)所放置不同的DNA示蹤劑，在河流下游取水樣進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)qPCR分析DNA示蹤劑的類(lèi)型和數(shù)量，就可以定位污染物的來(lái)源和污染物排放量。

圖2．DNA示蹤系統(tǒng)應(yīng)用流程圖。

首先對(duì)DNA分子序列進(jìn)行特異性設(shè)計(jì)，確保其無(wú)環(huán)境背景值影響，經(jīng)過(guò)BLAST特異性比對(duì)后進(jìn)行生物和化學(xué)合成；判斷水環(huán)境狀況，在相對(duì)清潔的水環(huán)境中可以進(jìn)行直接投放應(yīng)用，在水環(huán)境條件復(fù)雜的環(huán)境中，采用粘土、高分子聚合物或硅等材料對(duì)其進(jìn)行保護(hù)后再投放應(yīng)用。