肿瘤患者的身体质量指数与基因组DNA甲基化的关联研究获进展,生态中心在环境抗性组学研究中取得进展

全球已探明的油藏中很大一部分是含硫原油,有不少高硫原油经历了生物降解。此外,全球供给的原油含硫量呈逐年上升趋势,高硫原油泄露引发的环境问题也相当突出,微生物修复技术已被成功地应用于漏油事件的处理中。已有研究表明,无论是在有氧还是在厌氧条件下,微生物都可以将一些结构简单的模型有机硫化物作为碳源和/或硫源,但对原油中结构复杂的有机硫化物的降解机理的研究仍不够深入。这是因为原油中的大多数有机硫化物不仅分子结构和组成都非常复杂,极性弱且不稳定难以离子化,其降解产物的浓度也非常低,因此很难对有机硫化物的降解机理进行深入的研究。近期,中国科学院广州地球化学研究所研究员廖玉宏课题组通过原油好氧生物降解模拟实验的方法,结合中国石油大学教授史权课题组研发的加入HCOONH4的方法来增强弱极性的硫化物的电离效率,采用广州地化所最新引进的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR
MS,型号为SolariX XR
9.4T),研究了高硫原油的有氧生物降解过程。型号为SolariX XR
9.4T的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪能够提供极高的分辨率和灵敏度,比常规的GC-MS都要高几个数量级,因而能很好地分辨出原油中各种浓度悬殊的有机硫化物及其降解产物。

DNA甲基化是一种不改变DNA序列而化学修饰DNA的表观遗传机制,参与肿瘤的发生和发展,可作为肿瘤的早期筛查、风险评估及治疗监测的重要指标。吸烟、汽车尾气等环境因素会导致基因组DNA的甲基化或去甲基化,从而造成基因异常的表达或沉默,研究发现这种改变与肿瘤的起因有直接的关系。

从弗莱明发现青霉素开始,抗生素的使用挽救了世界上成千上万人的生命。然而近年来,抗生素的环境效应引发了越来越多的关注——因抗生素滥用导致抗生素抗性基因在环境中累积并威胁公共健康,尤以养殖场、农田、河流等受人类活动影响较大的环境最为典型。事实上,在抗生素被人类使用之前,自然界中生物来源的抗生素一直对环境微生物进行着长期驯化,微生物的耐药性在天然环境中也早已广泛存在。其中,土壤作为一个与人类关系极为密切的生态系统和抗性基因的重要来源,是抗生素环境效应形成的主要场所,但人们对大尺度上天然环境中ARGs的基础背景值及其驱动机制仍然知之甚少。

模拟实验中使用的含硫原油来自江汉盆地潜江组,所用的降解菌富集培养自内蒙古扎赉特旗露头油砂矿的油浸土壤,培养的时间最长达到了17周,从0周到17周每隔1到数周取出一个油样进行分析。随着降解时间增加,原油中的正构烷烃逐渐减少,最终正构烷烃几乎消耗殆尽,异构烷烃也部分损失,因此这些降解油处于轻微-中度生物降解阶段。与烷烃的减少相对应的是,原油中羧酸的含量随着生物降解的加剧而呈上升趋势。这与研究人员之前对一高蜡原油的好氧生物降解模拟实验结果一致(Pan
& Liao*等, 2017, Energy &
Fuels
)。这是因为烷烃发生末端氧化生成了羧酸。有趣的是,原油中的长链有机硫化物的降解似乎有着与烷烃降解类似的降解机理:随着降解时间增加,正构烷烃迅速减少直至基本被消耗完毕,随后发生降解的主要对象变成了只含有一个五元或六元硫环、与正构烷烃结构具有较高相似性的长链有机硫化物,说明长链有机硫化物在降解过程中也发生末端氧化形成了相应的有机酸类,这可以从原油中的含硫羧酸类化合物的快速增加得到印证。

肥胖已被确认为肿瘤疾病的风险因素之一,身体质量指数是一个广泛应用的评估肥胖的指标。高水平BMI,指BMI数值大于25
kg/m2,包括过重和肥胖,对多种类型的肿瘤的发病和死亡都发挥着重要的作用。当前,高水平BMI的发病率逐年上升,随之,肿瘤的发病率也大量上升。研究结果已经表明:在血液和肥胖组织中,代谢相关基因的DNA甲基化水平会因肥胖因素而发生改变。然而,在肿瘤患者中,DNA甲基化水平与BMI的关系尚未清楚。

通过对我国从海南到漠河、跨域了近4000公里典型森林生态系统的调查研究,中国科学院生态环境研究中心贺纪正等发现这些自然土壤中广泛存在着8个大类共计160余种抗性基因;ARGs的多样性与细菌多样性、草本植物多样性以及可移动遗传原件MEGs的多样性显著相关,其组成也与细菌和草本植物的群落组成密切相关。在考虑空间、气候和土壤等因素的条件下,土壤细菌和草本植物的群落对于ARGs地理格局的形成具有非常重要的影响。该研究揭示了地上地下群落的相互作用对森林生态系统中土壤抗性组大尺度分布格局的影响,对研究环境抗性组学的起源及其演变具有重要科学意义。

此外,研究人员并没有发现原油中的亚砜和砜类化合物与对照组相比有明显增加,这也从另一侧面证实了长链有机硫化物的降解产物主要为含硫羧酸而不是亚砜和砜类,即降解优先从烷基侧链开始。此外,研究还发现有机硫化物的环数增加可以提高其抗生物降解性能。这与Oldenburg等在储层中观察到的含硫原油的降解规律类似。这样的相似性可能表明储层中含硫原油的生物降解是好氧和厌氧微生物共同作用的结果。

中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学检验技术研究室高山课题组联合军事科学院教授叶琪浓使用癌症基因组计划(The
Cancer Genome
Atlas,TCGA)数据库的15种肿瘤的甲基化芯片与相应的临床数据,将BMI等于25
kg/m2作为阈值,将每种肿瘤的患者分为对照组与高BMI组,差异甲基化分析结果显示:肝外胆管癌、结肠癌、子宫内膜癌具有与高水平BMI相关的甲基化位点,结肠癌的差异甲基化位点所在的基因主要富集于PI3K-AKT、hippo
signaling
pathways等生物通路,子宫内膜癌的差异甲基化位点所在的基因主要富集在focal
adhesion、platelet activation、estrogen signaling
pathway等生物通路。研究人员进一步将BMI作为连续变量,使用一般线性回归模型对甲基化位点和BMI值进行关联分析,同样发现肝外胆管癌、结肠癌、子宫内膜癌具有与BMI存在线性相关的甲基化位点。并且,在子宫内膜癌中,与BMI线性相关的四个甲基化位点,cg12645852、cg09621472、cg27131667和cg14044785都随着该肿瘤的恶化程度加深而甲基化水平逐步升高,高水平的cg09621472、cg27131667和cg14044785对子宫内膜癌具有较差的预后效果,表明其有望成为子宫内膜癌潜在的预后标志物。

研究成果(Diversity of herbaceous plants and bacterial communities
regulates soil resistome across forest
biomes
)近期发表于环境微生物领域杂志Environmental
Microbiology
。该研究得到了中科院战略性先导科技专项等的资助。

该项成果得到中科院先导科技专项B和A、国家自然科学基金面上项目以及有机地球化学国家重点实验室自主课题资助。论文近期发表在国际期刊Organic
Geochemistry
上,论文的第一作者为博士生刘卫民,通讯作者为廖玉宏,共同作者还包括广州地化所助理研究员潘银华、工程师蒋彬、实验员曾清,以及中国石油大学教授史权和佛罗里达州立大学教授许强。

在该研究中,研究人员探讨了与BMI因素相关的DNA甲基化改变对肿瘤所发挥的作用,以期为肥胖肿瘤个体的个性化治疗提供理论指导。该研究工作的意义不仅仅在于发现了四个潜在的可用于子宫内膜癌预后诊断的生物标志物,并揭示了BMI的改变可能通过影响DNA甲基化的水平而介导肿瘤的发生。相关成果发表在Journal
of Cancer
上。

论文链接

论文信息:Liu, W., Liao, Y.*, Pan, Y., Jiang, B., Zeng, Q., Shi, Q. and
Hsu, C.S., 2018. Use of ESI FT–ICR MS to investigate molecular
transformation in simulated aerobic biodegradation of a sulfur-rich
crude oil. Organic Geochemistry
, Vol.123, pp.17-26.

此外,相关成果已申请专利:一种人肿瘤相关的甲基化位点及其筛选方法和用途。专利申请号:201710509801.4,目前申请已公开。基于cg12645852、cg09621472、cg27131667和cg14044785的甲基化水平对子宫内膜癌的进展程度与生存状态进行预后诊断,其应用能显著提高子宫内膜癌诊断的精准度,降低子宫内膜癌的诊治费用。

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