南京大学环境学院韦斯教授团队自然通讯：双层同系物网络方法用于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的非靶向筛查和回顾性数据挖掘

文摘 2025-01-19 20:49 浙江

南京大学环境学院韦斯教授团队2025 年 1 月 15 日“Two-layer homolog network approach for PFAS nontarget screening and retrospective data mining” 发表于Nature Communications，开发了一种双层同系物网络方法用于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的非靶向筛查和回顾性数据挖掘，检测出多种新型 PFAS，揭示其在环境中的历史和全球存在情况，为相关管理和决策提供指导。

全氟和多氟烷基物质（PFAS）凭借其独特的性能，在工业领域广泛应用了数十年。然而，其碳 - 氟键异常稳定，使得PFAS在环境中持久存在，对全球人类健康和生态系统造成持续性危害。传统的PFAS，如全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），因其危害性已在全球范围内被禁止生产和使用。在此背景下，大量PFAS替代品不断涌现并进入环境。目前，PubChem数据库中记录了超过七百万种PFAS相关结构，这给PFAS的评估和监管带来了巨大挑战。

此外，新型PFAS的报道往往滞后于其生产和排放，许多新型PFAS具有与PFOS相当的毒性，但仍有大量新型PFAS未被监测到。现有非靶向筛查方法在复杂环境样本中假阳性率高，且难以鉴定新型PFAS，同时缺乏大时空尺度下PFAS的分布研究，阻碍了对其潜在危害的有效评估。

在此，我们开发了一种基于质谱的双层同系物网络方法，用于PFAS的非靶向筛查。第一层在同系物之间构建网络，评估显示它能过滤掉94%的假候选物。第二层在类别之间构建网络，以加快PFAS的识别。我们在十二种防水产品和两种相关工业污泥中检测到94种PFAS，其中包括36种此前未在任何样本中报道过的新型PFAS。通过重新分析我们之前的样本，构建了一个本地数据集用于回顾性分析，结果在2005年收集的样本中发现了15种新型PFAS。对公共数据库MassIVE的检索揭示了来自七个国家的样本中存在新型PFAS。在此，我们揭示了新型PFAS在历史上和全球范围内的存在，为持久性化学品的管理和政策制定提供了指导。

论文中构建的双层同系物网络，通过同系物筛选、光谱过滤、基于光谱相似性构建内部和外部网络以及社区检测等步骤，有效降低假阳性，加速PFAS的识别，具体过程如下：

1. 同系物筛选确定候选物：依据PFAS同系物间相差CF_2单元的特点，选择前体离子质量相差49.99681 Da（CF_2）的离子作为候选物，从质谱原始数据中提取强度大于10000的峰，并通过CF_2归一化质量缺陷（0 - 0.15和0.85 - 1）进行初步过滤，对具有MS/MS光谱的特征进行同系物筛选，设定MS1容忍度为5 ppm，每类最少同系物数量为2 。

2. 构建第一层内部网络：针对每个候选物类别，利用GNPS光谱相似性算法（修改后的余弦相似性算法，考虑中性丢失，MS/MS容忍度设为0.01 Da）计算节点间光谱相似性。当相似性大于0.3时保留边，去除与同类其他特征无连接的特征，该网络可过滤潜在类别中的假同系物，提供类别共同片段信息辅助结构注释。

3. 构建第二层外部网络：将经过内部网络过滤后的每类光谱合并为单个光谱，仅包含同系物间作为内部网络边标签的共同片段。基于光谱相似性公式S=\fracF × 2(F_1+F_2)（S为光谱相似性，F为两光谱中匹配片段数，F_1、F_2为两光谱总片段数，匹配容忍度0.005 Da）构建外部网络，保留S大于0.2的边，反映同系物类别间结构距离。

4. 社区检测：运用Louvain算法对外部网络进行社区检测，设置分辨率为1.0并考虑边权重（类别光谱相似性S），依据社区对PFAS进行结构诊断。

图 4：在防水相关样品中检测到的 18 类 PFAS 中，有 94 种鉴定出 PFAS。

Jiao, Z., Taniyasu, S., Yu, N. et al. Two-layer homolog network approach for PFAS nontarget screening and retrospective data mining. Nat Commun 16, 688 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56035-1

关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多新污染物最新资讯与科研进展

声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。

欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！

添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流

继续阅读？点击链接阅读合集内推文

#抗生素	#微塑料	#全氟化合物
纳米塑料	#有机磷酸酯	#新污染物分析技术
#内分泌干扰物	#新污染物处理技术	#科研动态

新污染物监测与分析

“新污染物监测与分析”致力于探索和分享新污染物研究动态、前沿热点以及最新发表的学术论文。为科研人员、学者、管理者搭建一个专业的信息交流平台，共同关注和应对新污染物带来的环境和健康挑战。

华南师范大学EST Water：利用可疑筛查、非靶向筛查及机器学习技术识别大型河流中的抗生素及其转化产物并进行风险评估

普林斯顿大学EST：水-空气界面处全氟烷基物质PFAS和多氟烷基物质的相互作用

分析试验室：QuEChERS 增强型去除脂质技术结合超高效液相色谱-串联质谱法测定禽蛋中29种咪唑类药物及其代谢物残留

食用鱼肉中12种卤代有机污染物的测定

厦门理工环境学院最新EP综述：微塑料迁移和转化途径以及健康暴露风险

欧洲环境科学：泰国动物类群微塑料污染的系统综述：现状剖析、生态影响与研究展望

环境科学：黄柏河表层水、沉积物和大型底栖动物微塑料赋存特征

环境污染物的跨胎盘转移效率研究进展

阿姆斯特丹大学EI：中水回用中新兴化学品的风险特征

北京理工大学Nano：深入了解极端操作条件下电极-电解质界面的微观动力学

大连理工大学谭峰教授团队EH：光老化在胃肠道条件下促进 PLA-PBAT 可生物降解塑料释放有毒的微纳米塑料

上海交通大学戴家银团队Nature Communications：可乐饮料可降低误食污染土壤颗粒导致的铅中毒风险

南京大学环境学院韦斯教授团队自然通讯：双层同系物网络方法用于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的非靶向筛查和回顾性数据挖掘

泰国榴莲被检出致癌物-碱性嫩黄，中国海关：暂停进口

ES&T Water：饮用水处理厂中粉末活性炭与颗粒活性炭去除 PFAS 的比较评估

博鳌亚洲论坛发布全球科技创新十大趋势

华中农业大学EST ：中国稻田汞甲基化微生物分布及环境因素解析

科研动态：北京大型EEPS小组在Social Science & Medicine发表论文探究我国环境健康风险价值评估参数

科研动态：城市环境研究所在砷暴露诱导肝脏毒性的表观遗传机制研究中取得新进展

Environmental Health：全球 DNA 甲基化、血铅与尿砷水平对学龄前儿童发育迟缓的联合影响

【科研进展】Water Research：解析水生生态系统中微塑料相关抗生素抗性基因的机制：来自宏基因组分析和机器学习的启示

原创：探秘-微塑料分析技术之"热裂解-气相色谱-质谱法(PY-GC-MS)"

江桂斌院士、赵进才院士以及环境化学领域知名专家在化学进展发表封面文章：新污染物

2025年最具前景的职业之一——嗅辨员培训开始招生啦

北京科技大学EST letters：香烟过滤嘴 - 人类被忽视的邻苯二甲酸酯暴露来源

新污染物分析技术：采用微塑料方法并结合热解气质联用技术对轮胎磨损颗粒进行量化分析

EP：洞察中国饮用水抗性基因/耐药组动态

环境科学：乡镇生活污水处理厂抗生素污染研究：现状、风险与应对策略

生态中心史亚利团队EST：全氟烷基和多氟烷基物质与女性健康问题：基于性别的累积差异、不良后果和机制

朱永官院士团队EST｜利用大型语言模型助力抗菌药物耐药性政策制定：将环境因素融入健康保护规划

密苏里大学ES&T：多氟烷基物质在氯消毒过程中的转化途径

科研动态：潘波教授团队和中科院城市环境研究所合作EST：与较大团簇相比，较小的多环芳烃分子团簇对微生物有更强的毒性和更高的风险

最新Total：污水处理厂微塑料排放的环境影响量化剖析-生命周期评估视角

上海海洋大学EST Letters：轮胎磨损与空气排放-氯化石蜡排放研究揭秘中国多车型轮胎中的潜在环境风险

新污染物分析参数查询工具上线了！

哈尔滨工业大学WR综述：氯化诱导的抗生素抗性基因在饮用水系统中的传播

为何孩子需要更多冒险：Nature科学揭示野外自由玩耍的益处

丽水学院生态学本科生EP|基于综合生物标志物的生态风险评估：蝌蚪对磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基)酯环境暴露的响应

广东工业大学最新ES&T：不同类型微塑料对冷泉微生物多样性和功能的影响

武汉大学袁必锋课题组JHM｜配对母体和脐血血清中环境污染物的跨胎盘转移

顶刊加入生命周期分析LCA和TEA！多伦多大学教授在《Nature》和《Science》上发表论文，已成为标配！

中科院土壤所、东北师范大学ES&T：揭开废水处理厂中微塑料与PFAS相互作用的真相！

色谱柱填料：物质分离的微观奥秘与关键要素

科研动态：付杰团队-氯消毒剂显著改变了污水处理厂中的微型动物栖息地、群落结构和定殖模式

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉