Az emberi test legtöbb génjét az ember alkotta vegyszerek képesek megzavarni. Göran Andersson / Getty Images

Manapság az embereket ezer mesterséges vegyi anyagnak teszik ki. Ennek ellenére az emberek egészségére gyakorolt ​​hatások még mindig nem teljesen ismertek.

2020-ban elérte a regisztrált vegyi anyagok számát 167 millió. Az embereket mindennap élelmiszer, víz, szennyezett levegő, gyógyszerek, kozmetikumok és más ember által előállított anyagok teszik ki. Kevesebb, mint Ezeknek a vegyi anyagoknak 1% -át tesztelték toxicitással, és a teszteltek azt mutatják, hogy képesek megzavarni testünk szinte minden biológiai folyamatát. Következtethetünk arra, hogy a kumulatív expozíció hogyan alakítja az egészségünket?

Környezeti toxikológus vagyok az ember által előállított vegyi anyagok egészségünkre gyakorolt ​​hatásainak tanulmányozása. Úgy döntöttem, hogy fejlődök számítási megközelítés objektíven összehasonlítani az összes gén érzékenységét az összes vegyi anyaggal és azonosítani a legkiszolgáltatottabb biológiai folyamatokat.

Elfogulatlan megközelítés

Tanulmányunkhoz, kutató kollégáimmal a Összehasonlító toxikogenomikai adatbázis. Az összehasonlító toxikogenomikai adatbázis több ezer publikált tanulmányból gyűjt információkat arról, hogy a vegyi anyagok hogyan változtatják meg a gének aktivitását. A gének a DNS olyan szakaszai, amelyek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek a sejtekben a funkciók széles skáláját látják el, a szövetek felépítésétől a tápanyagok metabolizálásáig. Amikor a vegyi anyagok befolyásolják a géneket, ez fokozott vagy csökkenő fehérjetermelést eredményez.

A molekuláris biológia modern módszerei képesek kimutatni a genomban található összes gén aktivitásának változását kémiai sértésre reagálva. Kidolgoztam egy megközelítést, amely átfedi a különböző vizsgálatok megváltozott génjeinek listáját annak kiszámításához, hogy az egyes gének hányszor érintettek. Az így kapott számok a gének vegyszerekkel szembeni érzékenységét tükrözik.

2,169 egéren, patkányon, emberen és sejtjükön végzett vizsgálat felhasználásával kutatócsoportom 17,338 1,239 gén kémiai expozícióval szembeni érzékenységét rangsorolta. Ezek a tanulmányok XNUMX különféle vegyi anyag hatását tesztelték, a vényköteles gyógyszerektől kezdve a környezeti szennyezőkig.

A következő lépésben teszteket hajtottunk végre annak biztosítására, hogy ez a több mint 1,000 vegyi anyagból álló minta elég nagy legyen ahhoz, hogy megbízhatóan képviselje az ember által előállított vegyi anyagok minden osztályát. Ehhez mértük a gének érzékenységét a felsorolás egyik felén, majd egy másikon, hogy teszteljük, képes-e még kisebb számú vegyszer is megbízhatóan azonosítani az érzékeny géneket. Az eredmények biztatóak voltak - a générzékenység érzékenységének értéke majdnem azonos volt a két vizsgálatban.

A sejtvédelmi rendszer reagál a vegyi anyagokra

Sejtjeink nem teljesen tehetetlenek, ha kémiai sértéseknek vannak kitéve. Valójában ők stratégiákkal rendelkeznek a vegyi anyagok okozta stressz és károk kezelésére. Adataink megerősítik, hogy ezek a biztosítékok a kitettségre reagálva aktivizálódnak.

Ez a védelmi vonal olyan enzimeket tartalmaz, amelyek eltávolítják a mérgező vegyi anyagokat, enyhítik az oxidatív stresszt (a reaktív gyökök felhalmozódását a sejtekben), helyreállítják a sérült DNS-t és fehérjéket, és azonosítják az erősen károsodott sejteket, hogy kiváltsák halálukat és megakadályozzák őket a rákos megbetegedésekben.

Növelheti-e az ember által előállított vegyi anyagoknak való kitettség az elhízás arányát szerte a világon? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

A lipidek és szénhidrátok anyagcseréje sérülékeny

Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a sejtszintű anyagcsere szabályozásában szerepet játszó molekuláris hálózatok a legérzékenyebbek a kémiai expozícióra. Az egyik ilyen PPAR jelzés. A PPAR-k a fehérjék egy csoportja, amelyek szabályozzák az energiaegyensúlyt, valamint a lipidek és a glükóz anyagcseréjét.

A PPAR-aktivitás emelkedése vagy csökkenése hozzájárul ehhez elhízás, metabolikus szindróma, cukorbetegség és zsírmájbetegség. Egyesek képessége környezeti vegyszerek korábban már kimutatták, hogy befolyásolják a PPAR-okat. Arra azonban nem számítottunk, hogy a PPAR-ok érzékenységét a vegyületek nagyon széles skálájára mutatjuk be.

Azt is felfedeztük, hogy a hasnyálmirigy béta-sejtjeinek fejlesztésében részt vevő géneket, amelyek inzulint választanak ki és kulcsszerepet játszanak a glükóz anyagcserében, a listánkban szereplő vegyi anyagok többsége elnyomja. A béta-sejtek diszfunkciója cukorbetegséget eredményez. Így a kumulatív kémiai expozíció jelentős kockázati tényező lehet a cukorbetegség szempontjából.

Ma az anyagcsere-betegségek járványa a népegészségügy egyik fő kérdése. Az elterjedtsége az elhízás 1975 és 2016 között csaknem megháromszorozódott. Hozzávetőlegesen, körülbelül Az amerikaiak 40% -ának életében 2-es típusú cukorbetegség alakul kiés 33–88% -a zsírmájú. Korábban már kimutatták az expozíció és az anyagcsere-betegségek közötti kapcsolatot egyes endokrin rendszert károsító vegyi anyagokkal. A mesterséges vegyi anyagok legszélesebb körének szerepét ebben a járványban azonban korábban nem ismerték fel, de jelentős lehet.

Növekedés, öregedés és az immunrendszer

A növekedésben részt vevő két hormonra - a növekedési hormonra (GH) és az inzulinszerű növekedési faktorra (IGF1) - szintén hatással van a vegyi anyagoknak való kitettség.

Az IGF1 egy hormon többnyire a máj szekretálja. Elismerten a a test növekedése. Ezenkívül több egérkísérlet azt mutatja, hogy csökkent a GH-IGF1 jelátvitel hosszabb élettartamot eredményez. Ez az út határozza meg azt is, hogy a sejtek fognak-e energiát használjon a test számára szükséges új molekulák felépítéséhez, vagy ha lebontják a meglévő molekulákat, hogy energiát bocsássanak ki a szervezet számára felhasználásra. Újszerű megállapítás, hogy a vegyi anyagok képesek befolyásolni a növekedés és az öregedés ezen központi szabályozóját. Milyen egészségügyi problémákat okozhat a GH-IGF1 érzékenysége, még nem derült ki.

Elemzésünk azt mutatja, hogy az immunválaszt szabályozó gének nagyon érzékenyek a vegyi anyagokra is.

A diszfunkcionális immunrendszer két fő eredménye az allergia és az autoimmunitás. Mindkét állapot előfordulása növekvő tendenciákat követ. Az ételallergia a 3.4–5.1% 1997 és 2011 között az Egyesült Államokban élő gyermekek körében A bőrallergia fokozódott 7.4–12.5% ugyanebben az időszakban. Egy másik tanulmány kimutatta a Az autoimmun betegség vérmarkereinek 5% -os növekedése az amerikaiaknál az 1988-2012 közötti időszakban.

Minden molekuláris út érzékeny a vegyi anyagokra

Összességében azt tapasztaltuk, hogy a vegyi anyagok szinte minden ismert utat befolyásolhatnak. Ez a megállapítás jelentős hatással van a szabályozási toxikológiára.

Az egyre növekvő számú mesterséges vegyi anyaggal a társadalomnak fejlődnie kell gyors és költséghatékony módszerek a toxicitási tesztek.

Az egyik fontos kérdés, amely továbbra is megválaszolatlan, hogy milyen utakat kell lefednie a tesztekkel annak biztosítására, hogy a szabályozók ne fogadják el azokat a vegyi anyagokat, amelyek károsítják vagy megzavarják a kritikus molekuláris áramköröket. Adataink azt sugallják, hogy olyan teszteket kell kidolgoznunk, amelyek kivétel nélkül minden ismert molekuláris utat lefednek.

Vizsgálatunk a toxikológiai kutatás új prioritásait vázolja fel, beleértve a kémiai expozíció szerepét az anyagcsere-egészség, az immunrendszer, a fejlődés és az öregedés szempontjából.

A szerzőről

Alekszandr Szuvorov, egyetemi adjunktus, Massachusettsi Egyetem Amherst

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

könyvek_környezet