本文關(guān)鍵詞：基于大腸桿菌—秀麗隱桿線蟲二元食物鏈體系的納米銀生物有效性研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：銀納米顆粒(Silver nanoparticles,AgNPs)及其相關(guān)產(chǎn)品,因其特有的理化性質(zhì)得以廣泛應(yīng)用。然而,生產(chǎn)生活中AgNPs產(chǎn)品的大規(guī)模使用,將不可避免地導(dǎo)致其進(jìn)入環(huán)境。許多研究表明AgNPs可能對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成危害,如研究表明AgNPs對(duì)不同模式生物鼠、蚯蚓、秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans,C.elegans)和斑馬魚等均具有顯著的生物有效性。然而,納米銀的生態(tài)毒性研究尚不充分。食物鏈作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,利用其對(duì)AgNPs毒性進(jìn)行評(píng)估具有重要的意義。本研究主要利用大腸桿菌(Escherichia coli,E.coli)和C.elegans組成的二級(jí)食物鏈模型,研究了AgNPs沿該食物鏈傳遞及產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng),并且分析了粒徑及環(huán)境因子富里酸(Fulvic acid,FA)對(duì)AgNPs在食物鏈中生物有效性傳遞的影響。此外,本論文還建立了一種評(píng)價(jià)納米材料生物有效性的半流體線蟲培養(yǎng)體系,借助此體系,利用線蟲模式生物得到的納米銀生物有效性評(píng)估相對(duì)于其他傳統(tǒng)培養(yǎng)體系(NGM、KM)更加靈敏,表明半流體培養(yǎng)體系更加適合于利用線蟲進(jìn)行納米生物有效性研究。在AgNPs沿食物鏈傳遞及生物有效性研究中,分析了聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl pyrrolidone,PVP)包被的不同粒徑AgNPs(25 nm,75 nm)生物有效性。通過透射電子顯微鏡(Transmission electron microscopy,TEM)與電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,AgNPs能夠在E.coli體內(nèi)累積,并且通過食物鏈傳遞給C.elegans,分布在消化道、皮下組織、肌肉層和生殖腺等器官;我們的研究進(jìn)一步表明,通過食物鏈累積的AgNPs可導(dǎo)致C.elegans一系列的毒性效應(yīng),包括影響生殖腺細(xì)胞的死亡、生殖力及壽命等。相對(duì)于粒徑較大的AgNPs(75 nm),小粒徑的AgNPs(25 nm)更容易在食物鏈中累積,并對(duì)線蟲造成更大的毒性效應(yīng)。更為重要的是,通過食物鏈累積在C.elegans體內(nèi)的AgNPs可以傳遞給后代,并對(duì)后代造成一定的損傷,表現(xiàn)出了AgNPs的遺傳損傷效應(yīng)。富里酸(Fulvic acid,FA)是一種重要的天然有機(jī)質(zhì),廣泛存在于環(huán)境中。我們的結(jié)果顯示,FA可以顯著改變AgNPs的環(huán)境行為,包括促進(jìn)AgNPs在大腸桿菌與秀麗隱桿線蟲體內(nèi)的累積,并導(dǎo)致AgNPs的生物學(xué)效應(yīng)增加。這一結(jié)果表明環(huán)境相關(guān)因子顯著影響環(huán)境中納米材料的生物有效性。為了進(jìn)一步揭示AgNPs食物鏈傳遞的機(jī)制,我們分析了胰島素信號(hào)通路在AgNPs食物鏈傳遞引發(fā)的毒性效應(yīng)中的作用。結(jié)果表明,胰島素通路的重要組成基因DAF-2、AGE-1和AKT-1的失活將導(dǎo)致AgNPs食物鏈傳遞毒性增加;由AgNPs誘導(dǎo)的AKT-2和SGK-1的失活或者PDK-1和AKT-1的激活,引起DAF-16突變?cè)黾?導(dǎo)致線蟲細(xì)胞凋亡減弱,結(jié)果顯示DAF-2/IGF-1R、AGE-1/PI3K、PDK-1/PDK1和AKT-1/PKB對(duì)AgNPs誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用。從而揭示在AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的胰島素信號(hào)通路中,關(guān)鍵基因攔截點(diǎn)DAF-16/FOXO對(duì)AgNPs造成的脅迫具有較高的敏感性。這些結(jié)果顯示,胰島素信號(hào)通路在AgNPs食物鏈傳遞引發(fā)的毒性效應(yīng)中起到了重要的作用。利用C.elegans對(duì)納米材料進(jìn)行生態(tài)毒性評(píng)估的最大難題在于納米材料在培養(yǎng)介質(zhì)中的分散問題。納米材料在傳統(tǒng)的線蟲培養(yǎng)基,如NGM、KM中,非常容易團(tuán)聚或解離。我們使用半流體線蟲生長培養(yǎng)基(Nematode growth gelrite,NGG)研究了其對(duì)線蟲暴露的有效性,表明AgNPs可以非常均勻的分散在NGG中,并且Ag+的解離相對(duì)穩(wěn)定,說明AgNPs在NGG中可以穩(wěn)定存在。TEM等表征也顯示AgNPs在NGG中有非常好的分散性。C.elegans毒性研究表明,相比于傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法(如NGM固體,KM液體等),利用NGG培養(yǎng)系統(tǒng)得到的納米毒性分析更加準(zhǔn)確和靈敏,比如利用種群增長指標(biāo),0.01μg/ml AgNPs在NGG中就表現(xiàn)出了對(duì)C.elegans顯著的毒性。這些結(jié)果表明NGG可作為評(píng)價(jià)納米材料生物有效性的一個(gè)較理想的體系。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X171.5;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐麗明;陳亮;董U，

本文編號(hào)：1320659