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金属组学: 引领生物金属分析科学迈向新的高度

金属组学是一门新兴的前沿交叉学科,是对若干涉及金属元素相关生命过程或环境过程分子机制,及组织与细胞内全部金属离子或金属配合物进行综合研究的学科,其研究对象是生命体系或环境过程中的所有金属元素,故金属组学也可称为金属辅助的功能生物或环境化学。金属组学的提出目前已经引起了学术界的广泛关注,国内外关于金属组学研究的进展十分迅速,不论基础理论还是技术方法,都在不断进步和完善。

在金属组学中,生命体系中所有的金属蛋白质、金属酶以及其他含金属的生物分子统称为金属组,这个概念与基因组学中的基因组和蛋白质组学中的蛋白质组相类似。组学研究方法的最大特点是高通量分析,金属组学的研究方法必须能够同时检测多种金属组,如金属元素的含量、分布、化学种态及其相互作用等。因此,金属组学的研究方法主要包括:高通量金属组定量分析技术,如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和中子活化技术(NAA)等;高通量金属组分布研究技术,如激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)和同步辐射X射线荧光成像(SR-XRF)技术等;高通量金属组形态分析技术,如分子活化分析技术(MAA)和同步辐射X-射线吸收光谱(SR-XAS)技术等;高通量的金属组结构分析技术,如分子质谱学技术(MALDITOF-MS或ESI-MS等)和穆斯堡尔谱等,以及其他分析技术。其中,先进的核分析技术因其在元素分析方面的独特优势,如对样品前处理简单,原位无损分析等,越来越多地被应用于生命、环境过程中的金属归趋研究。

硒是人体及动物维系生命活动所必需的微量元素之一,对汞等重金属的毒性具有显著的拮抗作用。全面准确地了解生物体内汞和硒的分布和存在形式,研究生物组织中汞的吸收、迁移、转化和蓄积过程,以及硒对汞的这些生物学行为和效应的影响,对于环境汞污染和汞毒性危害的控制具有现实意义,同时有助于理解生物体内汞和硒的相互作用过程和机制。

金属组学研究目前正处于蓬勃发展的阶段, 金属组学以及金属组学研究技术的不断发展, 正将该领域相关研究推向一个新的高度。

《科技导报》 2015 年第 12 期发表了赵甲亭等的综述文章 “金属组学方法研究生物体内汞和硒相互作用”, 就常用的金属组学方法在植物、 动物、 人体内汞和硒相互作用方面的相关研究做了较为详尽的介绍。

本期封面图片为采用金属组学方法研究植物体内汞和硒相互作用的示意图, 由赵甲亭提供。本期封面由王静毅设计。 (责任编辑  刘志远)