课程大纲

课程大纲

环境计算毒理

课程编码:083001M05001H 英文名称:Environmental Computational Toxicology 课时:40 学分:2.00 课程属性:专业普及课 主讲教师:张爱茜等

教学目的要求
本课程为环境科学、环境工程、生态学、生物学等相关专业研究生的专业普及课,重点讲授如何将计算模拟技术与现行毒理证据相结合进行环境有毒物质发现、毒性数据分析和致毒机理探索。课程主要面向环境科学、环境工程、生态毒理、生物学等专业具备一定环境或毒理及医学基础知识的研究生,结合计算毒理方法的最新进展及其在环境污染物毒理与健康问题解决中的应用现状,培养学生运用生物信息学、化学信息学、构效关系乃至计算系统生物学等方法开展环境污染物生态风险、毒性效应和健康危害机制探索和快速预测的能力,为其今后在污染物环境与健康方面的研究与管理工作打下基础。
本课程由四篇十二章组成,每篇的基本要求如下:第一篇是介绍分子间相互作用的计算常用方法及在线资源,着重掌握量化计算、分子对接、分子动力学、粗粒化等模型化方法在认识关键分子起始事件中的不同作用。第二篇是毒代动力学与系统毒理学浅析,通过介绍吸收、分布、代谢、排泄等代谢动力学参数、典型代谢动力学模型化方法和计算系统毒理学数据及方法,帮助学生建立致毒整体观和系统观。第三篇是污染物环境毒理与其测试方法,简要介绍污染物毒理与健康危害类型、剂量-效应关系及毒性表征方法,为第四篇奠定活性指标基础。第四篇是结构-活性相关方法基础,分别从结构表征与描述、描述符预筛选、不同建模方法、模型评价与检验、联合毒性预测等方面介绍基于结构对毒性的决定作用而建立的构效关系方法。课程重视理论联系实际,着重培养学生面临实际环境问题时提出合理化计算研究思路与模拟方案的能力。
以能力评估为目标的“大”开卷方式(环境毒理问题计算实战—给定环境问题的分析、计算与结果解读);课程安排4个学时考核学生对于给定环境建模问题的解读、计算模拟和分析能力。课程考评中平时成绩(含课堂提问、练习与小作业)占40%,考试成绩(建模实战考核)占60%。

预修课程
环境毒理、生态毒理、分子毒理、普通生物学之一

大纲内容
第一章 绪论 2学时 张爱茜
第1节 环境计算毒理的定义
第2节 环境计算毒理方法应用示例
第3节 课程基本信息与要求
第二章 污染物毒性与健康危害的典型研究方法 2学时 张爱茜
第1节 污染物毒性的剂量-效应/反应关系
第2节 污染物毒性作用机理与类型
第3节 经典环境毒理学研究方法简介
第三章 定量结构活性相关方法与机器学习 6学时 张爱茜
第1节 结构特征描述与获取
第2节 建模方法与模型评价
第3节 常见软件与在线资源
第四章 环境转化与体内代谢的计算模拟 6学时 张爱茜
第1节 研究背景
第2节 计算方法
第3节 资源举例
第4节 经典操作示例
第五章 分子间相互作用的快速评价 6学时 张爱茜
第1节 研究背景
第2节 虚拟筛选方法
第3节 分子对接示例与软件
第4节 对接应注意的问题
第5节 实际操作体验
第六章 分子作用动态变化与变构效应模拟 6学时 张爱茜
第1节 研究背景
第2节 分子动力学方法
第3节 网上资源举例
第4节 经典案例体验
第七章 粗粒化模型方法在毒理研究中的作用 2学时 张爱茜
第1节 研究背景
第2节 粗粒化模型方法
第3节 计算资源举例
第八章 浅谈污染物毒代动力学 4学时 张爱茜
第1节 毒/药代动力学参数与方法
第2节 毒/药效概念及其相关参数
第九章 系统毒理学研究方法 6学时 张爱茜
第1节 组学数据的处理与挖掘—以差异表达基因筛查为例
第2节 毒性通路分析手段
第3节 计算系统毒理学一瞥和示例
第十章 考试 2学时 张爱茜
第1节 环境问题计算模拟实战与汇报

参考书
1、 Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and A Strategy Committee on Toxicity Testing and Assessment of Environmental Agents of National Research Council of the National Academies 2007 The National Academies Press: Washington DC.USA

课程教师信息
张爱茜研究员:中国科学院生态环境研究中心理论环境化学课题组组长,研究员,长期从事以计算模拟和构效关系为核心的环境有机污染化学和环境预测毒理学研究。在科研方面,2003年获教育部自然科学奖二等奖(2/9)和第四届中国环境科学学会青年科技奖,2011年获中国毒理学会全国优秀青年科技奖,2013年获中国科学院杰出科技成就奖(主要完成人),2014年获第11 届持久性有毒物质国际研讨会青年科学家奖,2015年中国科学院“百人计划”终期评估优秀,2017年获国家环境保护科学技术奖二等奖(4/9)。在教学方面,2017年获中国科学院教育教学成果奖一等奖(2/5),2019年获中国科学院朱李月华优秀教师奖,2020年评为中国科学院大学优秀本科生指导教师。
王亚韡研究员:2006年在中科院生态环境研究中心获得博士学位,现为中国科学院生态环境研究中心研究员,环境化学与生态毒理学国家重点实验室副主任,国家自然科学基金杰出青年基金项目获得者。王亚韡研究员长期从事新POPs环境行为、物化性质、在环境介质中的迁移转化、食物链中的富集放大以及典型区域人群的暴露风险研究,共发表包括ES&T论文在内SCI学术论文超100篇。