交通要道和供暖锅炉附近空气中的PM2.5浓度与农田中的浓度相同，但三地的PM2.5毒性可能不同，对人体健康的影响也可能大不相同。北京大学研究小组的研究人员最近取得了跨学科的进展，集成了自动检测平台，如空气采样、酵母和酵母蛋白荧光。荧光标记酵母首次实现了对PM2.5各种毒性指标的实时在线监测

研究人员认为，该方法为研究PM2.5等颗粒物对人体健康的影响机制提供了开创性的研究思路和方法。它可以从分子水平上从多个角度了解PM2.5对人体可能造成的危害，有助于发现当前研究方法无法检测或忽略的健康效应和反应途径，从而避免“盲人摸象”的弊端。

酵母和人类基因有“同源性”

目前，对大气颗粒物毒性的研究大多采用细胞、小鼠等动物实验或人体观察。然而，动物暴露实验必须在高浓度剂量下进行，偏离实际环境暴露剂量。此外，灵敏度相对较低，响应时间相对较长，需要几个小时甚至几天。它落后了。当观察到损坏时，通常会出现损坏。

你为什么想到用酵母来监测PM2.5的毒性？北京大学环境科学与工程学院的研究人员希望芒塞尔解释酵母基因与人类基因具有“同源性”，并且有相似的反应。PM2.5对酵母基因的损伤可以推断出对人类基因的相关损伤。

例如，酵母的自噬。到了芒塞尔，日本教授大隅良纪发现人类细胞和酵母细胞具有自噬性，而且基本机制相似。大Yoshinori因其在自噬研究方面的成就获得了2016年诺贝尔生理医学奖。自噬是指细胞在面临生存压力时，通过降解自身的非必需成分来提供营养和能量，从而维持生命。自噬也可能降解潜在的有毒蛋白质以防止细胞损伤等。

为了繁荣，这种酵母通常被称为酿酒酵母，有6000多个基因。它的基因序列在1996年被完全测序，它也是第一个完成基因测序的真核生物。它被广泛用于人类疾病的研究。许多生命现象和蛋白质功能都来自于对这种酵母的研究。

“酵母的大小为5-10微米，半径很大，在显微镜下肉眼很容易看到。它有利于监测单细胞的荧光，从而能够实时在线显示PM2.5的毒性。对生茂来说，研究小组对数百种酵母基因蛋白进行了高通量筛选，发现空气中的氧化损伤蛋白(HSP60)、DNA修复蛋白(SSA1)等对PM2.5敏感。“例如，我们发现单个活酵母在氧化损伤后约20分钟发生了DNA修复，反应相当敏感。”

绿色荧光蛋白实时显示PM2.5的损伤

为了实现对PM2.5毒性的实时在线监测，有必要使大气中的PM2.5与酵母接触，产生相关的刺激，标记的基因可以及时表达，以显示相关的毒性。为了繁荣，它依赖于绿色荧光蛋白。

绿色荧光蛋白于1962年首次在维多利亚的多管发光水母中发现。当被蓝色波长范围的光激发时，由其基因产生的蛋白质发出绿色荧光。日本科学家夏村、美国科学家马丁·查尔菲和钱永健因发现和转化绿色荧光蛋白获得2008年诺贝尔化学奖。

为了繁荣，研究小组使用绿色荧光蛋白标记的酵母来“结合”待研究的酵母蛋白质。像“卧底”一样，当PM2.5对酵母造成一定损害时，相应的绿色荧光蛋白会表达并发光，然后被酵母蛋白荧光自动检测平台“捕获”。这就像“实时监控不同地区每辆车的行驶拥堵情况”，从而更好地了解PM2.5的损坏机理。测试数据也可以远程传输，“即使我在国外开会，也能及时从北京的设备上接收到测试信息。”

为了繁荣，该自动检测平台使用生物芯片，即在芯片的不同位置放置多个标记有不同绿色荧光蛋白的活酵母，酵母只能在芯片的培养液中小范围内移动。“当人体吸入PM2.5时，人体组织细胞与它的接触发生交互反应，就像这个系统中的酵母与颗粒物质接触一样。酵母蛋白与人类蛋白相似，所以PM2.5对酵母的损伤可以推断为对人体的相关损伤。然而，对酵母损伤的反应时间取决于PM2.5的浓度。”

图为180分钟后酵母对北京灰霾的反应。

揭示PM2.5对人体的特定致病毒性机制

芒塞尔认为，PM2.5毒性实时在线监测系统的成果离不开北京大学物理系副教授罗春雄领导的研究团队的努力，是在两项诺贝尔奖的科学成果基础上发展起来的“巨人之肩”，具有很强的跨学科性质。

目前，该研究成果已申请国家发明专利。该研究小组正在使用该系统检测和研究不同国家和地区大气中的二氧化氯的毒性。同时，也在筛选更具响应性的酵母蛋白，研究灵敏度的校准和响应毒性的准确性，从而进一步全方位揭示PM2.5对人体的特定致病机制。

“将来，我们还会人工合成一些敏感基因。结合新基因后，酵母对PM2.5毒性的反应将更加灵敏、快速和有针对性，从而实现准确检测。”向郁郁葱葱的说道。

生茂说，实时在线监测系统的毒性的2.5是基于他的“实时在线筛选空气中的病原微生物-大帕”的成就。

空气中的微生物无色、无味、潜伏且短暂。如果不能对空气中的微生物进行实时监测，就不能及时发现空气中潜在的微生物危害，这可能会造成非常严重的后果，如疫情爆发、生物恐怖袭击等。

“空气中病原微生物实时在线筛查”在应对突发公共卫生事件、临床呼吸道感染诊断、生物预警、国防和军事反恐等领域具有重要的应用价值。生茂希望在不久的将来，基于活性酵母传感器的PM2.5毒性实时在线监测系统将在中国应对烟雾危害和保护公众健康方面发挥积极作用。