重砷污染治理破国际性难题

2021-01-15许明阳

科学中国人 2020年23期

许明阳

十一期间，黑龙江鸡西“酸汤子”食物中毒事件令人心碎，一家九口遇难的悲剧，再次敲响了食品安全的警钟。然而，即使做好居家防范，环境中的有毒物质仍然让人防不胜防。以环境污染物砷为例，它可以通过海洋倾废等途径汇入海洋，传递至海洋鱼类，最终通过食物链，进入人体，引发神经损伤、肝坏死、皮肤癌等多种疾病。随着砷污染的步步逼近，目前，世界各国都在加快对砷污染的研究。为了加快解决这一世界难题，广州大学大湾区环境研究院张伟等科学家正马不停蹄地埋头实验，试图将“有毒的砒霜”进行无毒化处理。

打响砷污染治理保卫战

对于砷化合物的毒性，很多人可能并不了解，但要提起砒霜（三氧化二砷），大家就能大体感知砷化合物的毒性到底有多强。专家表示，砷及其化合物对人体内酶蛋白的巯基具有特殊亲合力，尤其与丙酮氧化酶的巯基结合，成为丙酮酸氧化酶与砷的复合体使酶失去活性，影响细胞正常代谢、导致细胞死亡。

砷一旦进入人体，便不容易排出体外，会逐渐累积，造成慢性中毒现象。据患者描述，“长期接触会出现皮炎，皮肤过度角化，皮肤色素沉着，消化系统和神经系统异常等。再后来，皮肤癌转移为肺癌，不断开花流脓的砷斑从头皮到脚，爬满全身”。

世界卫生组织公布，全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，而食品砷中毒数据呈日益上升的趋势。除了因为误食，食物中砷含量过高也会导致食用者中毒。而在海洋生物体内，砷化合物含量尤其高，海洋鱼类更是被称为海洋生物的“砷库”。因此，长期摄食这类鱼类，将有致癌风险。然而目前，人们对砷在海洋鱼类体内的生物累积、食物链中转移（生物可利用性）和在鱼体中转化解毒机理等问题尚不清楚。为解决水产品安全问题，从学生时代起，张伟就致力于海洋生物的解毒机制研究。

“我喜欢设定目标，然后按照计划一步步向前走，虽然付出并不一定有收获，但只要一直努力，结果总不会太差。”在乐观的人生态度引导下，从砷的形态到砷在食物链中的传递研究，张伟通过不断设置小目标，向解毒研究靠近。

常言道，积土成山，积水成渊，在经过一系列的研究后，张伟惊喜地发现，砷甜菜碱是环境中的砷进行生物化学转化循环过程的重要组成部分，海洋鱼类可将吸收的无机砷通过生物转化合成砷甜菜碱等有机砷形态，进行解毒。这一研究成果让张伟喜不自胜，也让她的解毒研究向前迈了一大步。

没有给自己片刻喘息的机会，张伟又投入“海洋鱼类高砷甜菜碱富集的调控机制研究”中。她深知，虽然找到了解毒的“中转站”，但人们对海洋鱼类高砷甜菜碱富集的调控机制尚不清楚，砷中毒危险仍然没有解决。在结合过往成果，并消化吸收各种外来资料后，张伟决定“从分子层面研究砷甜菜碱合成关键基因及其调控机制，以此解决水产品砷污染问题。”

在业界看来，这是一个大胆且极具创新的研究思路。因为目前，有关砷甜菜碱合成分子机制的认识还主要来源于生物信息学的数据挖掘和其类似物甘氨酸甜菜碱（动物）、甜菜碱（植物）的相关研究，对于海洋鱼类体内砷甜菜碱合成关键基因的研究尚较缺乏，张伟直接以砷甜菜碱为研究目标，挑战极大。

但张伟相信，科研的高峰始终需要有勇气的人来征服。在确定研究思路后，她综合运用毒理学、分析化学、分子生物学和微生物学等技术，试图从挖掘参与砷甜菜碱合成关键基因，到验证关键基因的作用和功能，系统解析海洋鱼类高砷甜菜碱富集的分子调控机制。“当前已经找到一些基因，我们将继续做后续验证。”在多年的摸索中，张伟对砷的判断研究越来越精确。

得益于11年的细致研究，目前在砷的海洋鱼类生物转化领域，张伟在Web ofScience排名第一。未来，她将继续在砷的研究中前行，为世界餐桌食品安全添上浓墨重彩的一笔。

除了致力于水产品安全问题研究，张伟对水体砷污染问题也同样关注。

这些年，水质越来越差，关于水的年代迭代，民间有这样形象的说法：50年代，淘米洗菜；60年代，洗衣灌溉；70年代，开始变坏；80年代，鱼虾绝代；90年代，拉稀生癌；21世纪，百病袭来。

根据专家评估，中国砷危害，特别是饮水型砷中毒，是21世纪中国急需解决的饮水卫生重大问题。人民网也曾刊发《全球两亿人的心声：请给我一杯无砷水》的报道，因此，砷中毒离每一个人并不远。

“有些地方，如贵州，井水里的砷污染非常严重，所以我希望通过我们的技术研究，实现理论和应用相结合，除去水体中的砷污染，免去村民得黑脚病的痛苦”。面对砷污染造成的巨大伤害，张伟希望未来能尽其所能地为水污染治理做贡献。

培养抗压抗挫的新生力量

科研道路上，除了要有解决问题的决心，还要有坚持的毅力和一代代的传承。张伟说，“对我整个学术生涯影响最大的是王文雄导师的科研态度。他始终处于很享受的状态，所以我们每次和他交流的时候，都会被他这种态度所感染”。

在导师的带领下，张伟也对科研事业充满热情。在科研中，不管遇到什么问题，她都会想尽办法解决，有时候即使结果不如意，她也不会放弃。“我硕士阶段是做生态的，没从事过实验室研究。所以刚进入环境科学领域时，全都是从零开始学。因为当时老师在香港，我在广州，交流不便，所以科研进展很慢。可以说，摸索半年，毫无成果。”那段时间，仪器设备问题频出，让张伟不胜其烦。

但张伟并没有被挫折击败。她说，“虽然焦虑，晚上会失眠，但是睡醒之后，我告诉自己，要继续使劲干！”在不服输的劲头下，经过不懈努力，张伟的进步得到导师的认可，导师评价她说，“你给了我一个surprise（惊喜）”。

时至今日，张伟依旧以饱满的热情对待科研。她也在努力将这一态度传递给自己的学生。张伟说：“我除了培养学生们的科研能力外，还培养他们积极处理困难的乐观态度，培养他们的抗压抗挫能力。”

环境科学相关研究是一个大工程，需要好几年才能完成。所以除了投身于自己的研究项目，张伟还将工作重点放在指导学生上。目前，她主要从三个方向指导学生们的课题研究。

首先是做纳米材料和砷的食物链传递效应研究。张伟介绍说，纳米材料二氧化锆的除砷效果极好，但是如果把它用来去除吸附在水里的砷，那二氧化锆会不会反过来解析到水里，对水体造成污染？另外，纳米材料和砷相互吸附后，它是会增强砷的危害，还是会减弱砷的危害？面对大胆质疑，张伟和学生积极进行探讨实验。“目前，相关研究已经有了初步的结果。”张伟高兴地说。

其次是小鼠对砷转化的研究。张伟介绍说：“海洋鱼类体内主要是没有毒的砷，但是因为生物体是一个复杂的转化过程，所以我们在思考，人类在吃了很多海洋鱼类后，肠道微生物会不会把无毒的砷再降解为有毒的砷？”面对“生物+化学”交叉问题，张伟鼓励学生大胆试验，积极寻找解题之法。令人欣喜的是，目前他们的实验已取得初步进展。