天津大学仰大勇团队EST：DNA示踪系统在水环境保护中的应用

DNA是生命系统的重要生物分子，主要功能是存储和编码基因信息。DNA的分子结构具有可设计性、多样性和多功能性等优点。这些独特理化和生物特性使得DNA纳米示踪系统能够全面克服传统示踪系统存在的不足。例如，DNA纳米示踪系统具有数量无限且独立可彼此区分、无环境背景值影响、运移和降解特性一致等诸多传统示踪剂所不具备的优点，并且环境友好，十分适合于研究复杂水文地质条件下的多污染源识别问题。

近期，天津大学化工学院仰大勇教授课题组提出了DNA示踪系统的设计、制作和检测方法。近些年，工业和农业污染物肆意向环境水体中排放，严重污染了有限的水资源。而且，不同水体之间通过流动、入渗、蒸发等复杂水文地质过程相互交换，导致水环境中污染源的识别极为困难，加大了水环境保护的难度，致使水环境持续恶化。因此，水环境污染控制迫在眉睫，而如何定位污染源位置是水环境保护的前提和关键，也一直是世界各国科学家共同关注的热点问题。

仰大勇教授课题组从DNA示踪剂的设计和制作方法入手，详细介绍了DNA示踪剂在序列设计、保护、信号读取等方面的重要内容，综述了其在水环境示踪研究领域中的应用情况，着重探讨了DNA示踪剂制作材料的选取、DNA分子的保护和环境影响效应等关键问题，并深入讨论了DNA示踪技术应用过程中可能困扰大家的问题，最后对DNA示踪技术未来主要研究内容的发展方向提出了思考。DNA示踪系统的建立为准确识别水环境中污染物的来源，从而制定有效的控制策略提供了新的思路。

图1．DNA示踪系统应用的总体概念图。

在工厂、医院、社区、农场等可能存在排污的场所放置不同的DNA示踪剂，在河流下游取水样进行检测，通过qPCR分析DNA示踪剂的类型和数量，就可以定位污染物的来源和污染物排放量。

图2．DNA示踪系统应用流程图。

首先对DNA分子序列进行特异性设计，确保其无环境背景值影响，经过BLAST特异性比对后进行生物和化学合成；判断水环境状况，在相对清洁的水环境中可以进行直接投放应用，在水环境条件复杂的环境中，采用粘土、高分子聚合物或硅等材料对其进行保护后再投放应用。

相关综述论文发表在环境科学权威期刊Environmental Science and Technology（Environmental Science and Technology, 2018, 52, 1695-1703．DOI: 10.1021/acs.est.7b02928）。相关研究成果已申请中国发明专利（CN201710640169.7 ，CN201710642830.8 ）。中国水利水电科学研究院廖人宽工程师(天津大学在职博士后）为本文第一作者，天津大学仰大勇教授和康奈尔大学罗丹教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、国家千人计划（青年）项目和中国博士后基金资助支持。

原文链接： 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

仰大勇教授简介

仰大勇 博士，天津大学化工学院教授。华中科技大学学士、硕士，国家纳米科学中心博士，美国康奈尔大学和荷兰奈梅亨大学博士后。2015年入选“国家青年千人计划”，2016年获国家自然科学基金委“优秀青年”资助。从事DNA Engineering（DNA分子工程）方面的研究，主要包括DNA功能高分子、生物传感器和体外合成生物学。戳我查看仰大勇教授课题组主页。

本文由天津大学化工学院仰大勇教授课题组提供，特此感谢！

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