Die meeste gene in die menslike liggaam kan deur mensgemaakte chemikalieë ontwrig word. Göran Andersson / Getty Images

Mense word vandag blootgestel aan duisende mensgemaakte chemikalieë. Die gevolge vir mense se gesondheid word steeds nie ten volle verstaan ​​nie.

In 2020 is die aantal geregistreerde chemikalieë bereik 167 miljoen. Mense word daagliks aan hulle blootgestel deur voedsel, water, besmette lug, dwelms, skoonheidsmiddels en ander mensgemaakte middels. Minder as 1% van hierdie chemikalieë is op toksisiteit getoets, en diegene wat getoets is, toon die vermoë om byna elke biologiese proses in ons liggaam te ontwrig. Kan ons aflei hoe kumulatiewe blootstelling ons gesondheid vorm?

Ek is 'n omgewingstoksikoloog die uitwerking van mensgemaakte chemikalieë op ons gesondheid te bestudeer. Ek het besluit om te ontwikkel 'n berekeningsbenadering om sensitiwiteit van alle gene vir alle chemikalieë objektief te vergelyk en die kwesbaarste biologiese prosesse te identifiseer.

Onbevooroordeelde benadering

Vir ons studie, het ek en my navorsingsgenote data van die Vergelykende toksikogenomiese databasis. Die vergelykende toksikogenomiese databasis versamel inligting uit duisende gepubliseerde studies oor hoe chemikalieë die aktiwiteit van gene verander. Gene is gedeeltes van DNA wat proteïene kodeer wat 'n wye verskeidenheid funksies in selle verrig, van die bou van weefsels tot metaboliserende voedingstowwe. Wanneer chemikalieë gene beïnvloed, lei dit tot verhoogde of verminderde produksie van proteïene.

Moderne metodes van molekulêre biologie kan veranderinge in die aktiwiteit van alle gene in die genoom opspoor in reaksie op 'n chemiese belediging. Ek het 'n benadering ontwikkel wat lyste van veranderde gene uit verskillende studies oorlê om te bereken hoeveel keer elke geen geraak is. Die resultate weerspieël die sensitiwiteit van gene vir chemikalieë in die algemeen.

Met behulp van 2,169 studies oor muise, rotte, mense en hul selle, het my navorsingsgroep die sensitiwiteit van 17,338 gene vir chemiese blootstelling beoordeel. Hierdie studies het die impak getoets van 1,239 XNUMX verskillende chemikalieë wat wissel van voorskrifmedisyne tot omgewingsbesoedeling.

In die volgende stap het ons toetse gedoen om te verseker dat hierdie monster van meer as 1,000 XNUMX chemikalieë groot genoeg was om alle klasse mensgemaakte chemikalieë waaraan mense blootgestel word, betroubaar voor te stel. Om dit te doen, het ons die sensitiwiteit van gene vir die helfte van hierdie lys gemeet en daarna vir 'n ander om te toets of selfs 'n kleiner aantal chemikalieë sensitiewe gene betroubaar kan identifiseer. Die resultate was bemoedigend - die waardes van geengevoeligheid was byna identies in die twee proewe.

Sellulêre verdedigingstelsel reageer op chemikalieë

Ons selle is nie heeltemal hulpeloos as hulle aan chemiese beledigings blootgestel word nie. In werklikheid het hulle beskik oor strategieë vir die hantering van spanning en skade wat deur chemikalieë veroorsaak word. Ons data bevestig dat hierdie voorsorgmaatreëls aktief raak in reaksie op blootstelling.

Hierdie verdedigingslinie bevat ensieme wat giftige chemikalieë uitskakel, oksidatiewe spanning verlig (die ophoping van reaktiewe radikale in selle), beskadigde DNA en proteïene herstel, en selle wat baie beskadig is, identifiseer om hul dood te veroorsaak en te verhoed dat hulle kanker word.

Kan blootstelling aan mensgemaakte chemikalieë die vetsugkoers regoor die wêreld verhoog? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

Metabolisme van lipiede en koolhidrate is kwesbaar

Verbasend genoeg het ons gevind dat molekulêre netwerke wat betrokke is by die regulering van sellulêre metabolisme, die sensitiefste is vir blootstelling aan chemiese stowwe. Een daarvan is PPAR-sein. PPAR's is 'n groep proteïene wat die energiebalans en metabolisme van lipiede en glukose reguleer.

Stygings of dalings in PPAR's-aktiwiteite dra by tot vetsug, metaboliese sindroom, diabetes en vetterige lewer siekte. Die vermoë van sommige omgewingschemikalieë om PPAR's te beïnvloed, is voorheen getoon. Ons het egter nie verwag om sensitiwiteit van PPAR's vir 'n baie wye verskeidenheid verbindings te sien nie.

Ons het ook ontdek dat gene wat betrokke is by die ontwikkeling van pankreasbeta-selle, wat insulien afskei en 'n sleutelrol speel in glukose-metabolisme, onderdruk word deur 'n meerderheid chemikalieë in ons lys. Disfunksie van betaselle lei tot diabetes. Dus kan kumulatiewe blootstelling aan chemiese stowwe 'n belangrike risikofaktor vir diabetes wees.

Vandag is 'n epidemie van metaboliese siektes 'n groot probleem vir die openbare gesondheid. Die voorkoms van vetsug het tussen 1975 en 2016 byna verdriedubbel. ongeveer 40% van die Amerikaners sal tydens hul lewens tipe 2-diabetes ontwikkel, en 33% -88% het vetterige lewer. Die verband tussen blootstelling en metaboliese siektes is voorheen getoon vir sommige chemikalieë met endokriene ontwrigtende eienskappe. Die rol van 'n wye verskeidenheid mensgemaakte chemikalieë in hierdie epidemie is egter nog nie voorheen erken nie, maar kan wel beduidend wees.

Groei, veroudering en die immuunstelsel

Twee hormone wat betrokke is by groei - groeihormoon (GH) en insulienagtige groeifaktor (IGF1) - word ook beïnvloed deur blootstelling aan chemikalieë.

IGF1 is 'n hormoon meestal deur die lewer afgeskei. Dit word erken as 'n belangrike reguleerder van liggaamsgroei. Daarbenewens toon veelvuldige muiseksperimente dat die GH-IGF1-sein verminder het lei tot langer lewensduur. Hierdie weg bepaal ook of selle wil gebruik energie om nuwe molekules te bou wat die liggaam nodig het, of as hulle bestaande molekules sal afbreek om energie vry te stel wat die organisme kan gebruik. Die vermoë van chemikalieë om hierdie sentrale reguleerder van groei en veroudering te beïnvloed, is 'n nuwe bevinding. Wat gesondheidsprobleme kan wees as gevolg van die sensitiwiteit van GH-IGF1, moet nog ontdek word.

Ons analise dui aan dat gene wat die immuunrespons beheer, ook baie sensitief is vir chemikalieë.

Twee belangrike uitkomste van 'n disfunksionele immuunstelsel is allergie en outo-immuniteit. Die voorkoms van albei toestande volg opwaartse neigings. Voedselallergieë het toegeneem vanaf 3.4% tot 5.1% tussen 1997 en 2011 onder kinders in die VSA Velallergieë het toegeneem vanaf 7.4% tot 12.5% gedurende dieselfde tydperk. 'N Ander studie het getoon dat a 5% toename in bloedmerker van outo-immuun siekte in Amerikaners gedurende die periode 1988-2012.

Alle molekulêre weë is sensitief vir chemikalieë

Oor die algemeen het ons gevind dat byna elke bekende baan deur chemikalieë beïnvloed kan word. Hierdie bevinding het beduidende gevolge vir regulatoriese toksikologie.

Met die toenemende aantal mensgemaakte chemikalieë, die samelewing moet ontwikkel vinnige en koste-effektiewe metodes van toksisiteitstoetsing.

'N Belangrike vraag wat nog nie beantwoord word nie, is watter paaie deur toetsing gedek moet word om te verseker dat reguleerders nie chemikalieë goedkeur wat kritieke molekulêre stroombane beskadig of ontwrig nie. Ons data dui daarop dat ons toetse moet ontwikkel wat elke bekende molekulêre baan sonder uitsondering dek.

Ons studie skets nuwe prioriteite vir toksikologiese navorsing, insluitend die rol van chemiese blootstelling vir metaboliese gesondheid, immuunstelsel, ontwikkeling en veroudering.

Oor die skrywer

Alexander Suvorov, assistent-professor, Universiteit van Massachusetts Amherst

Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.

books_environmental