[发明专利]用于测定水中生物污染物的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

在此根据美国法典第35卷第119条(35U.S.C.119)要求以Sergei S.Makarov的名义于2011年9月8日提交的美国临时专利申请No.61/532,122——“用于测定水中生物污染物的系统和方法”——的权益。为了所有目的，该美国临时专利申请的公开在此以引用的方式全文纳入本文。

技术领域

本公开涉及水测定和用于在水中生物污染物方面表征水的系统和方法。

背景技术

近些年，人们日益关注用于农业消费、工业消费和消费者消费的水质。这是由于人们日益意识到，由于废水处理(例如城市污水处理厂和工业废水减排系统以及为实现从处理的水中完全除去污染物的最初的水软化和纯化系统)的缺陷而导致污染物进入供水系统。

用于饮用水供应的传统水处理专注于通过卤素、通气、氧合或臭氧化处理进行消毒，但是这些处理在许多情况中明显不足以除去为消费者带来健康或安全风险的污染物。同样，废水的污水处理通常专注于实现生物需氧量(BOD)和/或化学需氧量(COD)的总体减少，并且同样地在除去构成健康和安全风险的污染物方面高度不足。

近些年广为人知的供水污染和积垢的实例为这些担忧火上浇油，这些实例涉及，农药、除草剂和动物废物侵入水道和地下水，源自水再循环和再利用的化妆品组分、避孕药成分、重金属和无数其他污染物的水平增高，由于相应的空气质量恶化以及碳氧化物、亚硫酸盐、硝酸盐和其他空中传播污染物从环境大气进入供水中导致的城市供水的酸化加剧，以及工业化增长和大规模的养殖经营对水质造成的威胁。

目前的水安全控制系统基于在饮用水中常见的危险物质的列表(例如，细菌产物、化学毒素、杀虫剂、致癌物、诱变剂、重金属、内分泌干扰物等)。然后，确定这些危险污染物的最大耐受浓度并由立法或监管部门批准。随后，通过使用分析方法(例如使用物理-化学检测器、分析化学、生化试验等)分析水样中列出的危险污染物的浓度，如果所有评估的有毒物的浓度在容许水平内，那么认为饮用水是安全的。

然而，这种目前的水安全控制系统在许多方面存在不足。每年，数千种具有未知毒性的新化学和生物化合物(例如杀虫剂、工业化学品和突发病原体)进入环境中。目前的水控制安全系统专注于有限数量的已知威胁，而在评估水的安全性和饮用性中没有考虑到其他数千种威胁。新的化学污染物和生物污染物的侵入还具有如下威胁：可导致无害物质结合并产生不能被当前的分析方法预测的毒性效应的相互作用和反应。

这就带来了一个两难的境地。在全球水中繁多的污染物范围中，仅少量的化学和生物危险物可被监测。因此，目前的监管和执法方案仅集中于最危险的威胁，即，这些污染物经常以有害的浓度存在于饮用水中。这些目前的监管安全努力不能够处理已知、但未被监测的污染物。这些污染物包括不太可能在饮用水中以有害浓度存在的假毒性物质。与这些物质相关的风险是公认的，但是没有监测这些物质。

除了上述的威胁以外，每年进入环境并最终进入供水系统的数千种具有未知毒性的新化学化合物和生物化合物代表了最严重的污染物威胁。

除了上述的缺点以外，当前的水安全系统的缺点增加了对国家供水系统进行秘密恐怖袭击的风险。因此，水安全是国家安全的强力组成部分。

如上文所示，遵从当前的标准不能保证饮用水是安全的或提供得出该结论的可靠依据。

上述考虑事项反映出，持续地需要改良的测试和评估技术，以使得能够以简便、可重复且精确的方式表征水的纯度、安全性以及水对人和其他动物和生物体的生物影响。

发明内容

本公开涉及水的表征，更具体地涉及用于评估由人和其他动物以及生物体消费的水中污染物的存在和生物效应的系统、方法和试剂盒。

本公开一方面涉及一种确定水样的水质的方法，包括：

使所述水样暴露于测试细胞系统，使得所述测试细胞系统通过改变所述测试细胞系统中的转录因子活性而对所述水样作出反应；

从所述测试细胞系统反应生成与所述测试细胞系统中转录因子活性变化相关的输出信息；和

从所述输出信息与转录因子活性参考标准物的比较确定所述水样的品质。

在另一方面，本发明涉及一种确定水样本的水质的方法，包括定量所述水样本中的污染物对测试细胞系统中多种转录因子的活性的影响。

在另一方面，本发明涉及一种确定不同水样的相对品质的方法，包括：