9.遗传毒性
第六章遗传毒性的类型及其形成机制
p147第六章遗传毒性的类型及其形成机制突变是遗传物质中不是由于遗传重组产生的任何可遗传的改变。
突变按发生原因又分为自发突变和诱发突变。
遗传毒理学主要研究理化因素的致突变作用，即诱发突变。
已知，理化因素对DNA的损伤如果不能及时正确地修复，DNA序列将改变并导致突变。
由于突变是单个基因和基因组信息结构的改变，因此常常引起基因功能的丧失或改变。
如果这些损伤是非致死的，将导致可遗传改变。
因此，遗传毒性(genotoxicity)通常被定义为损伤DNA和改变DNA序列的能力。
即遗传毒性是指遗传学的改变(或损伤)，而与一般毒性的概念有所不同，不是指遗传损伤的生物学后果如遗传病、肿瘤等。
鉴于此，本章所指的遗传毒性类型是指遗传学改变的类型，同样其形成机制也是指遗传学损伤的形成机制。
第一节遗传毒性的类型遗传毒性的类型依分类方法而异可分为不同的类型，至今尚无一致的意见。
从机制角度，可分为以DNA为靶的损伤和不以DNA为靶的损伤，前者包括基因突变(gene mu—tation)和染色体结构畸变(structural chromosome aberration)，后者主要指染色体数目畸变(numerical chromosome aberration)，包括整倍体(euploidy)和非整倍体(aneuploidy)改变。
从遗传损伤能否为光学显微镜所见分为细胞水平和分子水平两类损伤。
从遗传学角度或突变角度可分为基因突变、染色体结构改变和染色体数目改变三类。
从遗传毒性上来分，除三类遗传学改变外还包括DNA损伤(DNA damage)。
另外，Thilly于1986年认为整倍性改变与人类遗传病的关系极微，故主张分为基因突变作用(mutagenesis)、断裂作用(clastogenesis)和非整倍体作用(aneuploidization)。
须注意的是，近年来国外(包括国内分子遗传学界)常将mutation和mutagenesis狭义地指基因突变，而遗传毒性仅指DNA损伤。
遗传毒性的检测与评价的方法和技术
可以有几十种喷油量控制模式（瞬态与稳态）
喷油规律
在系统设计时考虑了适当的喷油规律
喷油提前角
完全由控制器ECU自动控制
喷油压力
完全由控制器ECU自动控制
怠速
可根据水温实时修正
可根据附件功率进行实时修P正PT课件
4
1.3 电喷系统的其他重要功能
电控还能：
提供附加的控制（各缸平衡、可变怠速和闭环控制、减速断油 和启动控制等等）
PPT课件
49
4.1.2 控制器ECU功能（整车部分）
车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用 档位计算
根据车速和发动机转速计算档位 用于挂档怠速控制，改善驾驶性 起动电机控制 排气制动控制 怠速和驱动怠速控制 挂档时发动机负载加大，采用驱动怠速控制可以实现分档控制 此时PID参数和指令怠速转速均发生变化 怠速微调——对发动机怠速转速进行细微调整 PTO控制——用于各种需要进行转速调整的场合(如：水泥搅拌机) 巡航控制——自动维持恒定的车速，减轻驾驶员的疲劳 防抖(ASD)控制 ——改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性 空调控制 根据空调负载调节发动机怠速转速 根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制 燃油水含量超标报警——油水分离器中的蓄水杯水位超过一定高度是会报警 CAN通讯——整车其它控制器和仪表之间的通讯
• 3．玉柴欧三系列共轨柴油机是国家实施国3、国4标准后，在原玉柴 欧二系列发动机的基础上专门开发，重新设计进气系统，功率覆盖范 围140～390马力。与原玉柴欧二系列发动机相比，主要应用电控高 压共轨、四气门及曲轴箱结构。
• 4．玉柴欧三系列共轨柴油机具有低排放、低噪声等特点
药物毒理学-遗传毒理学
• 破坏已组装好的微管。如灰黄霉素、秋水仙碱、乙酰甲 基秋水仙碱、长春花碱可导致组装好的微管解聚；毛地 黄皂苷能通过非特异的蛋白质变性作用而破坏微管；异 丙基－N－氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失 去定向能力。
• 妨碍中心粒移动。秋水仙碱能妨碍有丝分裂早期两对中 心粒的分离和移向两极。
毒作用效应谱 (spectrum of toxic effects)
死亡 中毒，患病 亚临床变化 体内过量负荷
致突变作用 致癌作用
药物遗传毒性评价
致突变作用的分类
• 基因突变（gene mutation)
base-pair substitution mutation frame shift mutation • 染色体突变 (chromosome mutation) chromosome aberration chromatrid aberration • 基因组突变 (genomic mutation) aneuploid euploid
遗传毒理学试验的基本类型
基因突变
染色体损伤
非整倍体
DNA 损伤
1 ·鼠伤寒沙门氏菌回复突 变试验(Ames 试验) ·大肠杆菌 WP2 色氨酸回
2 ·小鼠淋巴瘤细胞或人体 细胞 TK 位点基因突变试验
·中国仓鼠或人体细胞 HGPRT 位点基因突变试验
3 ·性连锁隐性致死突变试
4
·小鼠骨骼缺陷或白内障
遗传毒性（genetic toxicity）指对基因组的损害能力， 包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他不同效应。
致突变性（mutagenicity）指引起遗传物质发生突变的 能力，在一个实验群体中突变率可以定量检测。遗传毒 性的概念更为广泛，它包括致突变性。
毒理学名词解释
毒理学名词解释毒理学是研究毒物对生物体的有害作用及其机制的科学。
以下是一些常见的毒理学名词的解释。
1. 毒物（toxin）：指对生物体具有有害作用的物质。
毒物可以是天然产生的，如植物毒素、动物毒液、微生物产生的毒素等；也可以是人工合成的，如化学物质、药物等。
2. 急性毒性（acute toxicity）：指毒物在短期内（通常是24小时）造成的有害作用。
急性毒性通常通过LD50（致死剂量50%）或LC50（致死浓度50%）来评估。
3. 慢性毒性（chronic toxicity）：指毒物长期暴露下对生物体产生的有害作用。
慢性毒性通常通过长期实验或流行病学研究来评估。
4. 免疫毒性（immunotoxicity）：指毒物对免疫系统的有害影响。
免疫毒性可以导致免疫功能的下降，使个体对感染和肿瘤形成的抵抗力减弱。
5. 遗传毒性（genotoxicity）：指毒物对遗传物质（DNA）的直接或间接损伤。
遗传毒性可以导致突变，进而引发细胞的异常增殖及癌症。
6. 环境毒性（environmental toxicity）：指毒物对环境中其他生物的有害作用。
环境毒性评估通常包括对水生生物、土壤中微生物等的影响。
7. 积累毒性（cumulative toxicity）：指毒物在生物体内的蓄积及其产生的有害作用。
某些毒物如重金属可以在生物体内积累，并随着时间的推移增加对生物体的毒性作用。
8. 代谢毒性（metabolic toxicity）：指毒物在生物体内发生代谢变化后产生的有害效应。
某些毒物在代谢过程中，会形成更有毒、更活跃的代谢产物。
9. 致畸毒性（teratogenicity）：指毒物对胚、胎发育的有害影响。
毒物暴露在妊娠期间可能导致胚胎畸形、身体缺陷等。
10. 致突变毒性（mutagenicity）：指毒物对遗传物质产生突变的能力。
致突变物质可以引发细胞的DNA损伤，从而增加癌症和遗传病的风险。
这些是毒理学中常见的一些名词解释，它们是研究毒物对生物体影响的重要概念。
《遗传毒性及机制》课件
风险控制措施
物质的安全标准 和限值，限制其在食品、饮用
水等领域的含量。
加强监管
加强对遗传毒性物质的监测和 监管，确保其安全使用和管理
。
替代品研发
鼓励和支持科研机构和企业研 发低风险或无风险的替代品， 减少对遗传毒性物质的依赖。
提高公众意识
加强公众对遗传毒性物质的认 识和防范意识，倡导健康的生
染色体畸变检测的方法包括荧光原位杂交、染色体显带技术、比较基因 组杂交等，这些方法能够检测出染色体的畸变，并对其发生机制进行深 入研究。
微核检测
微核检测是评估遗传毒性物质对细胞分裂和染色体分离影响的重要手段。
微核是由于细胞分裂过程中染色体畸变或异常分离形成的微小细胞器，其数目和形 态可以反映细胞分裂和染色体分离的异常情况。
基因突变检测主要通过分析生物体基 因序列的变化，包括碱基对的替换、 插入和缺失等，以评估遗传毒性物质 对基因的损伤程度。
染色体畸变检测
染色体畸变检测是评估遗传毒性物质对生物体染色体结构影响的重要手 段。
染色体畸变检测主要通过分析染色体数目的变化和结构异常，如染色体 断裂、易位、重复等，以评估遗传毒性物质对染色体结构的损伤程度。
微核检测的方法包括流式细胞术、荧光显微镜观察等，这些方法能够快速、准确地 检测出微核的数量和形态，并对其发生机制进行深入研究。
遗传毒性物质的风
04
险评估与控制
风险评估方法
定量风险评估
01
通过数学模型和统计学方法，对遗传毒性物质的风险进行量化
和预测。
定性风险评估
02
基于专家判断和经验，对遗传毒性物质的风险进行评估和分类
DNA交联
某些化学物质能够使两个或多个DNA 碱基之间形成共价键，导致DNA复制 受阻或转录异常，引起基因表达异常 或细胞死亡。
遗传毒性及其评价
外源化学物的遗传毒性及其评价第二军医大学毒理学教研室张天宝基本概念遗传毒理学(genetic toxicology)研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作用, 阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制, 为防止环境因素对遗传物质的损伤、增加生物的遗传负荷，保护生态平衡和人体健康提供科学依据的一门毒理学分支学科。
遗传负荷(genetic load):一个群体由于有害等位基因存在而使适应度下降的现象。
以人群中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。
种瓜得瓜，种豆得豆遗传—生物子代与亲代之间的相似性世界上没有两片完全相同的树叶变异（Variation ）—物种在个体间或各代间性状存在差异1901年发表突变学说《Die Mutations theorie》,报告X线能改变生殖细胞的遗传物质, 首次提出突变(Mutation) 这一术语，并提出生物的进化是因突变产生的理论。
Mutation mutare(to change)荷兰植物生理学家和遗传学家窦佛里斯(de Vries,Hugo 1848—1935)托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan 1866~1945）1909年发现自发突变(在红眼果蝇中发现了白眼果蝇),并把400多种突变基因定位在染色体上被誉为“遗传学之父”1927年，遗传学家缪勒(Müller)发现离子辐射可以造成果蝇的“基因”突变，并且确定了这些突变发生在染色体上，可以遗传给后代。
因此，通常将缪勒的发现作为是突变研究起始的标志H. J. Muller夏洛特奥尔巴契(Charlotte Auerbach)(1899–1994)In 1941 University of Edinburgh geneticist Charlotte Auerbach and her pharmacologist colleague John Michael Robson discovered chemical mutagenesis.Auerbach findings, provided strong evidence that highly toxic chemicals were capable of changing the genetic structure of living organisms.突变研究简史年份事件作者1904 1927 1943 19511966 1969发现X射线可以改变生殖细胞的遗传物质用X射线照射发现可以引起基因突变发现芥子气可诱发基因和染色体畸变用X射线可诱发小鼠突变化学物可诱发小鼠突变成立国际环境诱变剂学会de VriesMullerAverbach&RobsonRussedGuttanach?突变（Mutation）变异（Variation ）=突变(Mutation)—遗传物质可遗传的变异（基因、染色体）突变是一种遗传状态，是可以通过复制而遗传的DNA结构的永久性改变。
遗传毒性
基因库(gene pooL) 是指一种物种的群体中在生殖细胞内具有、并能传给 下一代的全部基因的总和
遗传负荷(genetic load) 系指一种物种的群体中每一个个体携带的可遗传给下 一代的有害基因的平均水平。
第三节 遗传毒性的常用试验方法
第一类：检测基因突变 第二类：包括染色体结构和/或数目的异常改变 第三类：测定ＤＮＡ的损伤
1927年，Muller发现X射线引起果蝇性连锁隐性致死性突变
1942年，Auerbach和Robson发现芥子气的对果蝇有致突变性
1969年，国际环境诱变剂学会（EMS) 成立 创办Mutation Research杂志
20世纪70年代形成一个新的分支学科――遗传毒理学
1989年，我国环境诱变剂学会成立 同年创办《癌变.畸变.突变》杂志
最常用的是淋巴细胞
MN
图1-2-2 有1个微核的双核淋巴细胞（1000×）
图1-2-3 有3个微核的双核淋巴细胞（1000×）
三、DNA损伤的测试方法
1.单细胞凝胶电泳实验(SCGE)
也称彗星实验，1978年，Rydcbert B创建， 1988年， Singh等对操作方法具体描述。
原理：各种因素诱发细胞DNA损伤后影响DNA的高级结 构，使其超级螺旋松散，经原位裂解、DNA解链等过程 后，损伤的DNA断片在电泳时从核中溢出，朝阳极方向 移动，产生一个尾状带，未损伤DNA部分保持球形。
ABCDEFGHIJ ABCDEKLMFGHIJ ABCD GHIJ ABCKLMGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCDEFDEFGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCGFEDHIJ
图 7－2 DNA重排示意图
遗传毒性的分子机理研究与应用
遗传毒性的分子机理研究与应用遗传毒性是指某种物质在生物体内通过遗传变异或DNA损伤等方式引起的生物遗传系统的异常反应。
每年，环境中存在很多有毒有害的化学物质、毒素、重金属等物质，这些物质的存在给人体健康带来了很大的威胁。
因此，关于遗传毒性的分子机理研究和应用就变得尤为重要。
一、遗传毒性的分子机理研究1. DNA损伤和修复机制DNA是生物体中重要的遗传物质，而DNA的损伤是遗传毒性的始作俑者。
遗传毒性所引起的DNA损伤可以分为单一DNA链损伤和双DNA链损伤两种。
DNA损伤后，生物体的细胞通过一系列的修复机制来修复受损的DNA。
包括碱基切除修复（BER）、核苷酸切割修复（NER）、错配修复（MMR）和同源重组修复（HR）等。
这些过程中都包含了许多复杂的酶系统，以及对DNA损伤的识别和信号传递的分子通路。
这个研究范围极为广泛，因此，很多分子和信号通路的研究团队已经投入到了这个领域。
2. 色素体的DNA损伤色素体是有自己独立的DNA分子的细胞器。
色素体中的环氧酶、酰胺酰基转移酶等酶系统是毒性化学物质作用于色素体DNA的关键分子。
另外，与正常DNA不同，色素体DNA中没有自我修复和复制系统，一旦受损，就无法被排除。
而色素体DNA的损伤会引发氧化还原催化和洋葱化反应的发生等，最终导致癌症的生成。
3. 突变突变是DNA损伤的一种特殊形式，会导致信息的不完整传递或转换。
突变包含了点突变（包括碱基替换、硬应变、软馈应等）、插入突变、缺失突变等。
而突变引起的细胞损伤和癌症却是无法忽略的事实。
二、遗传毒性的应用1. 确定化学物质的毒性利用体外细胞毒性试验来评估某种化学物质的毒性，有很多的实际应用场景。
这样的技术可以减少动物实验的使用，提高测试的速度和准确性。
现在，已经有许多的细胞系列可以应用于这个测试，常规的只包括小鼠淋巴细胞体外细胞毒性试验（MN-Test）和细胞核微核实验（MNmicTest）。
2. 暴露监测和污染控制实践证明，环境中存在许多有毒有害的化学物质、毒素、重金属等物质，这些物质的存在对环境和人体健康都有很大威胁。
遗传毒性及其评价
（三）错配修复(mismatch repair,MMR) （四）链断裂的修复 （五）交联修复 （六）跨损伤的DNA合成
损伤耐受机制(tolerance mechanisms)-未清除DNA损伤，
但可允许细胞存活
（一）重组修复 －复制后修复
（二）SOS修复
在大肠杆菌，阻止DNA复制的损伤等可诱发SOS修复 系统，即诱导细胞产生特殊的DNA聚合酶，以不严格的 碱基配对使复制通过损伤部位 通过SOS修复，细胞得以存活，但常导入错误的碱基， 故为易错修复
二、DNA修复
遗传毒性的机制
DNA损伤修复按其机制可分为: 损伤修复机制（repair mechanisms） 损伤耐受机制（tolerance mechanisms）
损伤修复机制(repair mechanisms) (一) 损伤的逆转—直接修复
(二) 切除修复 碱基切除修复(Base excision repair, BER)
野生型
未发生突 变的基因
正向突变 回复突变
突变型
基因内存 在突变位点
遗传毒性的类型
染色体结构畸变
由于染色体或染色单体断裂，造成缺失或引起各种 重排，从而出现染色体结构的异常 断裂剂—凡能引起染色体断裂的化学物质
染色体型畸变－两条染色单体均涉及 （DNA复制前损伤） 染色单体型畸变－仅涉及一条染色单体（DNA复制后损伤）
个群体由于有害等位基因
存在而使适应度下降的现
象。以人群中平均每个个
体携带的有害基因的数量
来表示 。
第五节 遗传毒性的检测方法
检测基因突变 检测染色体畸变 检测DNA损伤
检测基因突变 细菌回复突变试验
哺乳动物细胞基因突变试验
昆虫突变试验 昆虫突变试验 哺乳动物体内突变分析
《遗传毒性及机制》课件
碱基损伤
可能导致突变和基因功能异 常，增加遗传病和肿瘤发生 的风险。
交联损伤
可能导致DNA融合和染色体 缺失，影响细胞功能和生存 பைடு நூலகம்力。
DNA修复机制及其功能
1
错配修复
2
识别和纠正DNA链上碱基对错误匹配。
3
直接修复
通过一系列酶的作用将DNA损伤的部 分直接还原到正常状态。
核苷酸切除修复
通过切除受损DNA片段并合成新的 DNA链来修复严重的DNA损伤。
2
体外试验
利用体外细胞模型和生化方法评估物质对DNA的损伤和遗传毒性。
3
计算模拟
利用计算机模拟和预测方法估计物质的遗传毒性潜力。
毒性测试中的遗传毒性评估
细胞突变试验
通过观察细胞中基因的突变 频率评估物质的遗传毒性。
染色体畸变试验
观察物质对细胞染色体结构 和数目的影响，评估遗传毒 性。
小鼠基因突变试验
《遗传毒性及机制》PPT 课件
遗传毒性是指特定物质对基因组的损伤，本课件将介绍遗传毒性的概述、 DNA损伤与修复机制、遗传毒性的影响及预防控制等内容。
遗传毒性概述
遗传毒性是指化学物质和其他因素对基因组的损伤，可能导致遗传变异和疾病。了解遗传毒性的原因和 机制可以帮助我们更好地评估和预防潜在的遗传风险。
在活体动物模型中观察物质 对小鼠基因的突变频率，评 估遗传毒性。
化学物质的遗传毒性及评估
遗传毒性机制
化学物质可能通过与DNA发生 反应或干扰细胞生物学过程而 引发遗传毒性。
暴露风险评估
监管措施
评估人类接触化学物质的频率、 剂量和持续时间，以预测遗传 毒性的风险。
制定法规和标准以确保化学物 质的安全使用，保护公众健康 和环境。
遗传毒性及其评价
03
遗传毒性物质检测与识别
化学分析方法
色谱法
利用物质在固定相和流动相之 间的分配系数不同，实现物质 的分离和检测，如气相色谱法 、液相色谱法等。
质谱法
通过测量离子质荷比来鉴定化 合物结构，具有高灵敏度、高 分辨率和高准确性等优点。
核磁共振法
利用核磁共振现象研究物质的 分子结构和化学性质，提供丰 富的结构信息。
常用的试验系统有小鼠淋巴瘤细胞试验和大鼠肝细胞试验等。
02 03
哺乳动物生殖细胞染色体畸变试验
通过观察化学物质是否诱导哺乳动物生殖细胞染色体结构和数目的改变 来评价其遗传毒性。常用的试验系统有小鼠精子畸形试验和大鼠微核试 验等。
转基因动物模型试验
利用转基因动物模型来评价化学物质的遗传毒性，如转基因小鼠模型可 用于检测化学物质对特定基因的影响。
评估人群对遗传毒性物质的暴露水平，包括暴露 途径、暴露频率和暴露时间等。
风险特征描述
综合分析暴露评估和危害识别的结果，对遗传毒 性物质的风险进行定量或定性描述。
危害识别
识别遗传毒性物质可能对人体造成的危害，如致 癌性、致畸性、致突变性等。
预警机制建立
建立遗传毒性物质的风险预警机制，及时发现潜 在风险并采取相应的风险控制措施。
分析结果
体外试验结果显示该药物具有遗传毒性，但体内试验未观 察到明显遗传毒性表现。综合分析认为，在推荐剂量下使 用该药物，遗传毒性风险较低。
案例三：某食品添加剂安全性评估
添加剂概述
评估方法
采用细菌回复突变试验、哺乳动物细胞基因突变试 验和小鼠精子畸形试验等方法进行评估。
该食品添加剂常用于改善食品口感和色泽。
评估结果
该食品添加剂在多个遗传毒性试验中均未表 现出阳性结果，提示其在推荐使用量下对人 类的遗传毒性风险较低。
遗传毒性及机制
VS
某些遗传毒性物质如某些化学物质、 辐射等，可能引起DNA突变或染色体 异常，导致基因缺陷或缺失，从而引 发遗传疾病，如唐氏综合征、威廉姆 斯综合征等。
05 遗传毒性物质暴露途径与 风险评估
暴露途径
吸入
通过空气吸入遗传毒性物质是 最常见的暴露途径，如吸入苯
、甲醛等有害气体。
食入
摄入含有遗传毒性物质的食物 或饮用水，如摄入农药残留、 重金属超标的食品。
DNA损伤与修复
DNA损伤
物理、化学、生物因素引 起的DNA损伤。
DNA修复
细胞内DNA修复机制对损 伤进行修复。
DNA突变
DNA损伤未被修复而导致 的基因突变。
表观遗传学改变
DNA甲基化
DNA序列中特定位置的甲基基团添加或去除。
甲基化调控
甲基化影响基因表达，调控细胞功能。
表观遗传修饰
除甲基化外的其他表观遗传修饰，如组蛋白 乙酰化、磷酸化等。
皮肤接触
直接或间接接触含有遗传毒性 物质的物品或环境，如接触有 毒化学物质或放射性物质。
母婴传递
遗传毒性物质可通过胎盘或哺 乳传递给胎儿或婴儿。
风险评估方法
暴露量评估
对个体或群体接触遗传毒性物质 的量进行定量评估，包括吸入量、 食入量、皮肤接触量等。
健康影响评估
根据暴露量评估结果，结合毒理 学和流行病学数据，评估遗传毒 性物质对个体或群体的健康影响。
3
通过遗传毒性研究，可以发现潜在的致突变物质， 为新药研发接遗传毒性物质
致癌物质
致癌物质可以与DNA结合，导致基因突变，进而引发癌症。常见 的致癌物质包括多环芳烃、芳香胺、亚硝胺等。
诱变剂
诱变剂能够诱导基因突变，增加后代发生遗传性疾病的风险。常见 的诱变剂包括烷化剂、碱基类似物等。
遗传毒性检测方法及其应用
遗传毒性检测方法及其应用不可否认，科技的迅速发展给人们的生活带来了极大的便利和改变，同时也带来了一些新的问题。
其中，遗传毒性就是一个热点话题。
遗传毒性是指化学物质对生物体所遗传的遗传物质（DNA）或染色体造成的变异或损伤。
它不仅会对人类的健康产生影响，同时也会影响环境的稳定。
因此，一些监管机构逐渐意识到了遗传毒性检测的重要性。
1. 遗传毒性检测方法遗传毒性检测方法主要分为实验室检测和无损检测两种，下面分别介绍。
1.1 实验室检测实验室检测是目前遗传毒性检测方法中最常用的一种。
它可以通过加入化学物质到细胞培养物中来模拟生物体内的环境。
加入化学物质后，观察细胞的DNA是否存在缺陷来评价化学物质的遗传毒性。
实验室检测方法主要包括菜单酵母基因突变试验、显微镜评估显微核形态和小鼠淋巴细胞染色体畸变试验等多个检测方法。
这些方法可以在实验室中进行，速度快，结果准确，是一种可靠的检测方法。
1.2 无损检测无损检测也是一种常用的检测方法，它可以在不伤害生物体的前提下对化学物质的遗传毒性进行检测。
无损检测主要包括单细胞凝胶电泳检测法、荧光背景下细胞成像技术、细胞膜电位检测等。
这些技术可以在体外、无创伤地检测出化学物质的遗传毒性，成本和时间都相对低廉，是未来发展的一个方向。
2. 遗传毒性检测的应用目前，遗传毒性检测在食品安全、环境保护、新药研发等方面得到了广泛的应用。
2.1 食品安全食品中存在很多的添加剂和杂质，有部分会对人体造成遗传物质的损害，从而导致健康问题。
例如合成甜味剂，如果不进行遗传毒性检测，可能会对人的DNA造成损伤，引起突变或癌症等一系列问题。
因此，对于食品添加剂和杂质，进行遗传毒性检测，可以有效地保障食品安全。
2.2 环境保护随着经济的发展和城市化的进程，环境问题越来越受到关注。
化学物质污染成为环境污染的主要源头之一。
对于污染源进行遗传毒性检测，可以有效地评估化学物质对环境安全所带来的潜在危害。
这样，可采取相应的措施防止环境污染，从而保障自然生态的平衡。
遗传毒性试验
04
实验步骤与操作
样品准备
样品类型
选择相关样品类型，如细胞、 细菌、病毒等，根据实验目的
和要求准备。
样品浓度
确定样品浓度，以适应细胞生 长和实验需求。
样品纯度
确保样品纯度，避免杂质干扰 实验结果。
细胞培养与处理
01
02
03
细胞来源
选择合适的细胞系或原代 细胞，确保细胞株的遗传 背景和性质清楚。
细胞培养条件
提供适宜的细胞培养条件 ，包括温度、湿度、气体 等。
细胞生长与传代
根据实验需求，对细胞进 行生长和传代。
细胞收获与制片
细胞收获
在适当的时机终止细胞生 长，并进行收获。
细胞制片
将收获的细胞制作成适合 观察和计数的制片。
制片染色
根据实验要求，对制片进 行染色或特殊处理。
结果观察与计数
观察指标
建议与改进
采用标准化的实验方法
为了保证实验结果的可靠性，建议采用国际上认可的标准 化的实验方法，如国际化学物质毒性评价委员会（CTA） 推荐的方法。
对实验结果进行统计…
对于实验结果，应该进行统计学分析，以确定结果是否具 有统计学显著性，并比较不同组之间的差异。
增加实验样本数量
为了提高实验结果的可靠性，可以增加实验样本数量，以 减少误差和偶然因素的影响。
2023
遗传毒性试验
目录
• 实验简介 • 实验种类与方法 • 实验原理 • 实验步骤与操作 • 实验结果解读 • 实验注意事项与建议
01
实验简介
定义与目的
定义
遗传毒性试验是一种生物学试验，用于检测化学物质、辐射 等对生物体遗传物质的损伤，评估其致癌风险。
遗传毒性试验
结合生物信息学技术，对基因组学、蛋白质组学和代谢 组学等数据进行分析，有助于更深入地了解遗传毒性作 用的机制和预测模型。
联合毒性作用研究
混合暴露
研究多种化学物质同时暴露对人体的联合毒性作用，评估真实世 界中的风险。
剂量加和与协同作用
研究不同化学物质之间的剂量加和与协同作用，解释联合毒性作 用的机制。
试验流程与步骤
01
02
试验流程：一般包括样 品准备、试验实施、结 果分析等步骤。
试验步骤
03
04
05
1. 样品准备：选取适量 的待测化学物质，进行 适当溶解和稀释，以制 备不同浓度的样品。
2. 试验实施：将样品分 别加入到含有细菌或哺 乳动物细胞的试验体系 中，观察并记录各浓度 下细胞的生长情况、突 变情况等。
样品预处理与制备
样品预处理
为满足试验要求，需对收集的样品进行预处理，如干燥、粉 碎、过滤等。
样品制备
根据试验方案要求，将预处理后的样品进行制备，如混合、 溶解、稀释等。
样品检测与质量控制
样品检测
采用可靠的检测方法对样品进行定量和定性分析，以确定样品的质量和纯度 。
质量控制
为确保试验结果的准确性和可靠性，应建立严格的质量控制体系，包括检测 标准、检测方法、检测频率等。
03
试验结果分析与解读
数据分析方法
描述性统计
对试验数据进行整理、分类、归纳 ，找出数据的集中趋势和离散程度 。
假设检验
根据预先设定的假设，对试验数据 进行检验，判断是否拒绝或接受该 假设。
方差分析
比较不同组别数据的差异，确定实 验因素对结果的影响。
回归分析
研究两个或多个变量之间的相互关 系，确定影响结果的多个因素及其 权重。
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菌株
TA 1535 TA 1537 TA 98
组胺酸 缺失 突变 修复 LPS VIT G 46 urvB- rfa- bioC3076 urvB- rfaD3052 urvB- rfabiobio-
质粒 ----pKM101
化学物质直接与DNA相互作用
• 碱基类似物取代：如5-溴脱氧嘧啶核苷化学结构：如亚硝酸能
使腺嘌呤和胞嘧啶发生脱氨基作用；
• 碱基烷化形成加合物：主要烷化剂包括烷
基硫酸酯（如甲基磺酸甲酯）、N－亚甲基 化合物（如二甲基亚硝胺）、环状化合物
（如氮芥）以及卤代亚硝基脲4类。
TK -/- cells (TFT resistant & THMG sensitive) TK +/- cells (L5178Y, TK6, WTK1) treated by chemicals, and then selected by TFT (trifluorothymidine) The growing colony — TFT resistant ( TK -/- ) mutant
Spontaneous reverse mutation (selected by THMG medium)
L5178Y-3.7.2 cell line （ tk +/- ）
TK +/- cells (TFT sensitive & THMG resistant) Mutagen treatment
Target cell：Mouse lymphoma L5178Y tk +/- 3.7.2C cell line ( D.Clive & P.Voytek. Mutat Res, 1977 )
L5178Y-3 cell line （ tk +/+ ）
EMS treatment
L5178Y-3.7 cell line （ tk -/- ）
和染色体结构畸变）和非DNA为靶的损伤
（染色体数目畸变，包括整倍体和非整倍
体改变）；
基因突变
• 定义：基因在结构上发生了碱基对组成和 排列顺序的改变； • 基本类型： 碱基置换（base substitution） 移码突变（frame shift mutation）
大段损伤（large segment damage）
培养基
• 不含马血清的RPMI1640培养基
染色体畸变
• 包括染色体结构畸变和染色体数目畸变；
• 在观察细胞中期分裂相时可以看到； • 基本类型为断裂，能诱发染色体断裂的物 质称为断裂剂；
染色体结构畸变
• 染色单体型 • 染色体型
类型
• 裂隙（gap） • 断裂（break） • 缺失（deletion），断片，微小体 • 环形染色体（ring chromosome）或无着丝粒环 （acentric ring） • 倒位（invertion）
可检测的 突变类型
碱基置换 移码 移码
TA 100
G 46
urvB- rfa-
bio-
pKM101
pKM101
碱基置换
碱基置换
WP2uvrA tryp E uvrA
-
剂量设置
• 阴性对照组/溶剂对照组；
• 受试物至少五个剂量组； • 阳性对照组；
方法
• 平板掺入法：
1）0.1 mL受试菌液；
2）0.1 mL受试物、溶剂对照或阳性物溶液； 3）0.5 mL磷酸钠缓冲液/S9混合液； 4）2.0 mL融溶的顶层琼脂 （0.6％琼脂、0.5％ NaCl、0.5 mM生物素和0.05mM L－组胺酸 ） 混合后，铺于底层琼脂上，室温凝固。
• DNA嵌入分子链：如某些多环烃的环氧化 合物。
有丝分裂毒物
• 不直接作用于DNA，而是作用于纺锤体、
中心粒和其它核细胞器，干扰有丝分裂，
间接诱发染色体畸变。
DNA损伤的修复
• DNA具有自身修复能力，清除受损的DNA
片断，合成新的片断来替换；
• 修复过程依靠酶（核酸内切酶和外切酶，
以及DNA聚合酶）
DNA损伤的修复
• 复制前改正错误（损伤逆转和切除修复）；
• 复制时避免错误(DNA聚合酶和3’,5‘－核酸外切
酶）；
• 复制后避免错误； • 复制后DNA修复。
遗传毒性的危害
DNA损伤 体细胞突变 （胚胎接触） 修复效率 生殖细胞突变
良 性 肿 瘤
恶 性 肿 瘤
细 胞 衰 老
已分化 的胚胎 细胞受 损
伤
• 自发突变率高，需要定期清除自发突变。
Thymidine Kinase (TK): 233 amino acids Coded by the autosomal tk gene tk gene: Situated at the distal end of the q-arm of chromosome 11 (mouse) or chromosome 17 (human) Size of tk gene: 11 kb with 5 introns tk locus mutation: tk+ tk- allele caused by T G transversion at position 489
• 遗传损伤
1.姐妹染色单体交换试验（SCE） 染色体同一位点上DNA复制产物的互换，
可能与DNA断裂的复合有关。主要发生在
DNA合成期，可以表示细胞在S期受损后修 复的程度。
2 程序外DNA合成试验
程序外DNA合成指细胞内由DNA修复系统
进行的DNA合成。可检测受试物引起DNA 损伤、启动修复机制的能力。
程中的伴随现象，来确定化学物质产生遗
传物质损伤并导致遗传性改变的能力。
一般原则
• 目的：识别人群接触的诱变剂并确定其危 险度。评价化学物质对生殖细胞的损伤，
引起下一代的健康危害。
• 方法学原则：应用不同范围，不同观察终 点（基因和染色体水平）的一组试验方法 来评价。
常用遗传毒性测试方法
• 基因突变
自发突变和诱发突变
• 自发突变：由于普遍存在的未知因素的作用下，
在自然条件下发生的突变；特点是发生过程长，
频率低，与物种进化有关；
• 诱发突变：由已知的某种化学、物理和生物等因
素所引起的突变，特点是发生过程短，频率高，
对人类造成不可逆的危害；
• 诱变性（Mutagenicity)：化学物质或其它环境 因素引起的遗传物质发生突变的能力。 • 致突变作用（Mutagenesis）：化学物质和其 • 诱变剂（Mutagen）：能引起生物体遗传物质
它环境因素引起生物体遗传物质的致突变效应。
发生改变的化学物质或任何环境因子，也称为
遗传毒物。
• 直接诱变剂：化学物质或环境因子本身就
能引起突变的；
• 间接诱变剂：化学物质本身不能引起突变， 必须经过体内代谢活化成活性代谢产物后，
才能具有致突变性。
诱发突变的类型
• 遗传终点－－基因突变（gene mutation） 和染色体畸变（chromosome aberration）； • 作用机制－－DNA为靶的损伤（基因突变
鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames）
哺乳动物细胞基因突变试验（TK，HGPRT) 果蝇伴性隐性致死试验（检测果蝇X染色
体上的隐性致死性突变）
• 染色体畸变 染色体畸变试验 微核试验
显性致死试验（显性致死是精子发生过程中多个
染色体断裂引起的杂合子死亡，可用于检测受试 物对整体哺乳动物生殖细胞遗传损伤作用，观察 胚胎死亡情况）
内重复： ABC DEFDEF GHIJ
放大：ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ
倒位： ABC FED GHIJ
正向突变和回复突变
• Forward mutation：
野生型→突变型 • Back/reverse mutation： 突变型→野生型
3 测试DNA加合物
大多数化合物在体内代谢产生的活性中间
产物具有很强的化学活性，常与大分子发 生共价结合，形成DNA加合物，其有不同
的分布特征，常用于肿瘤的生物标记物。
新药安全评价中遗传毒性试验的标准组合
• 细菌回复突变试验
• 小鼠淋巴瘤细胞突变试验/染色体畸变试验 • 微核试验
Ames试验
• 测试系统：细菌
• 包括代谢活化和非代谢活化条件
• 在处理后24和48小时收获细胞 • 代谢活化条件下，受试物处理时间为3小时
读片分析
• 有丝分裂指数－毒性
• 染色体结构畸变 • 染色体数目畸变
小鼠淋巴瘤细胞突变试验（MLA）
• 试验系统 小鼠淋巴瘤L5178Y TK+/-细胞 • 既能够检测点突变，也能够检测出大的染色体损
• 预培养法
将下列物质在冰浴上混合： 0.5 mL S9混合液或0.5 mL磷酸缓冲液 0.1mL过夜培养菌液（大约108菌量） 0.01 mL受试物溶液（或对照，溶剂和阳性对照 物溶液） 将该混合液在37℃下培养20分钟（水浴中）。 然后加入2mL含有0.6％琼脂、0.5％NaCl、0.5 mM 生物素和0.05mM L－组胺酸的融溶顶层培养基， 铺至基础培养琼脂表面（V-B培养基E），在室温 下凝固。
代谢活化系统
• 大鼠肝S9混合液
• S9制备方法：取5只雄性大鼠，处死大鼠的前5天
单次腹腔注射给予500 mg/kg的Aroclor 1254。处
死，放血，无菌取肝组织，匀浆，经9000g离心10
分钟后的上清液部分为S9。将S9分装成2-4mL/管，