可长期、自动工作的“水下分子生物学实验室”

全球第一套可在水下原位对产毒藻（和藻毒素）进行定性定量监测的系统

近30年来，全球水体富营养化日趋严重，各地水体频繁爆发有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）。在海洋中，主要由甲藻和硅藻引起的赤潮对海洋生态造成了严重破坏，每次赤潮往往都对水产养殖业造成巨大损失，人们由于误食富集了赤潮毒素（如麻痹性贝毒PSP、腹泻性贝毒DSP、神经性贝毒NSP、遗忘性贝毒ASP等）的水产品后导致中毒的现象也频见报道。在淡水中，经济发达地区的湖泊、水库等水体经常爆发蓝藻水华，由于这些水体多是城市供水水源地，蓝藻水华伴生的蓝藻毒素（如微囊藻毒素、鱼腥藻毒素等）严重威胁着人们的饮用水安全！有害藻华的爆发对生态系统有严重的破坏，而如果藻华能产毒的话，就直接威胁到人们的生命安全！

 

目前，我国各级监测部门已将藻毒素的监测纳入日常监测项目中，但这还远远不够！我们知道，能形成藻华的藻中有一部分是能产毒的，而这些能产毒的藻并不是在整个生活史中都时时刻刻在产毒。对于预警而言，当藻毒素已经产生了再进行预警，时间上往往已经较晚。那么，是否有一种方法可以在产毒藻尚未产毒之前就可以预警呢？

 

常规的采样监测方法往往需要每隔2周-2个月去采样然后回来测量，看是否有藻毒素存在。两次测量都没有藻毒素的存在是否就一定能说明两次测量之间（2周-2个月）没有藻毒素的产生呢？ 对于供水水源而言，如果两次测量之间产生了蓝藻毒素而我们却不知道，就会严重威胁到人们的饮用水安全！是否有一种方法可以在水下原位、在线、连续监测水体中是否有产毒藻和藻毒素的存在呢？

 

为此，美国蒙特雷海洋研究所（Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI）所长Chris Scholin博士带领的由生物学家、机械工程师和电子工程师组成的研究团队，花费近二十年时间研发出一款产毒藻及藻毒素在线监测系统ESP（演示视频下载：视频1、视频2）。ESP是一台全自动的水下分子生物学实验平台，可以在水下原位自动采样、过滤浓缩、破碎细胞、抽提核酸、进行三明治杂交（或竞争性酶联免疫吸附试验）、显影并拍摄、远程传输数据到岸上的监测中心。利用这种方法，在产毒藻还未爆发或还未产毒之前，就可以对其进行监测，结合藻毒素的测量，就能很好的对水质进行早期预警。

 

Image Source: MBARI, Moss Landing, CA

（演示视频下载：视频1、视频2）

 

产毒藻在线监测系统ESP于2009年开始由美国Spyglass公司进行商业化操作，于2010年正式投产，并于当年销售出10台。其中国际上zei顶级的海洋研究所Woods Hole海洋研究所（WHOI）6台、美国海洋与大气管理局（NOAA）1台、美国海岸带观察与预测中心（CMOP）1台、加拿大不列颠哥伦比亚大学1台和新加坡DHI公司1台。其中，WHOI的6台ESP的用户是国际上赤潮研究领域大名鼎鼎的Don Anderson教授，第1台ESP是由美国环境保护局（EPA）出资购买给Anderson教授使用的，后面的5台由美国自然基金委、美国海洋与大气管理局（NOAA）、美国环境健康科学研究所等联合资助。

 

2011年1月20日，ESP获得由美国联邦实验室联盟颁发的2011年度“联邦实验室联盟技术转化杰出奖（Federal Laboratory Consortium award for Excellence in Technology Transfer）”。

 

 

 

 主要功能

► 长期、自动、连续监测产毒藻和藻毒素的变化

► 监测结果可无线传输到岸上基站

 

 

 

ESP 布放

Image Source: MBARI, Moss Landing, CA

 

 

 检测的样品种类

ESP是一个完全自动化的水下分子学实验室，目前主要采用三明治杂交（Sandwich Hybridization Assay, SHA）和竞争性酶联免疫吸附试验（competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, cELISA）两种方法来进行分子检测。但ESP并不局限于这两种方法，仪器厂家会不断更新采用新的适用于ESP的分子方法，用户也可以开发编程新的分子方法应用于ESP。