Більшість генів в людському організмі можуть порушуватися техногенними хімічними речовинами. Геран Андерссон / Getty Images
Сьогодні люди стикаються з тисячами штучних хімічних речовин. Проте наслідки для здоров'я людей досі не до кінця вивчені.
У 2020 році кількість зареєстрованих хімікатів досягла 167 млн. Щодня люди стикаються з ними через їжу, воду, забруднене повітря, наркотики, косметику та інші штучні речовини. Менше ніж 1% цих хімічних речовин було перевірено на токсичність, а ті, що були протестовані, демонструють здатність порушувати майже всі біологічні процеси в нашому організмі. Чи можемо ми зробити висновок, як кумулятивні впливи формують наше здоров’я?
Я екологічний токсиколог вивчення впливу техногенних хімічних речовин на наше здоров’я. Я вирішив розвиватися обчислювальний підхід об’єктивно порівняти чутливість усіх генів до всіх хімічних речовин та виявити найбільш вразливі біологічні процеси.
Безсторонній підхід
Для нашого дослідження, ми з колегами-дослідниками використовували дані з Порівняльна база токсикогеномних даних. Порівняльна токсикогеномічна база даних збирає інформацію з тисяч опублікованих досліджень про те, як хімічні речовини змінюють активність генів. Гени - це ділянки ДНК, які кодують білки, які виконують широкий спектр функцій у клітинах, від будівельних тканин до метаболізуючих поживних речовин. Коли хімічні речовини впливають на гени, це призводить до збільшення або зменшення вироблення білків.
Сучасні методи молекулярної біології дозволяють виявити зміни в активності всіх генів геному у відповідь на хімічну образу. Я розробив підхід, який накладає списки змінених генів з різних досліджень, щоб підрахувати, скільки разів кожен ген зазнавав впливу. Отримані цифри відображають чутливість генів до хімічних речовин загалом.
Використовуючи 2,169 досліджень на мишах, щурах, людях та їх клітинах, моя дослідницька група оцінила чутливість 17,338 1,239 генів до хімічного впливу. Ці дослідження перевірили вплив XNUMX різноманітних хімічних речовин - від ліків, що відпускаються за рецептом, до забруднювачів навколишнього середовища.
На наступному кроці ми провели тести, щоб переконатись, що цей зразок із понад 1,000 хімічних речовин був достатньо великим, щоб надійно відображати всі класи хімічних хімічних речовин, яким піддаються люди. Для цього ми виміряли чутливість генів для однієї половини цього списку, а потім для іншої, щоб перевірити, чи навіть менша кількість хімічних речовин може надійно ідентифікувати чутливі гени. Результати були обнадійливими - значення генної чутливості були майже однаковими у двох випробуваннях.
Клітинна система захисту реагує на хімічні речовини
Наші клітини не зовсім безпорадні, піддаючись хімічним образам. Насправді вони володіти стратегіями боротьби зі стресом та збитками, спричиненими хімічними речовинами. Наші дані підтверджують, що ці запобіжні заходи активізуються у відповідь на вплив.
Ця лінія захисту включає ферменти, які усувають токсичні хімічні речовини, пом’якшують окислювальний стрес (накопичення реактивних радикалів у клітинах), відновлюють пошкоджені ДНК та білки та виявляють сильно пошкоджені клітини, щоб спровокувати їх загибель та запобігти перетворенню в ракові.
Чи може вплив техногенних хімічних речовин збільшити рівень ожиріння у всьому світі? Чутіма Сонма / EyeEm / Getty Images
Метаболізм ліпідів і вуглеводів вразливий
Дивно, але ми виявили, що молекулярні мережі, що беруть участь у регуляції клітинного метаболізму, найбільш чутливі до впливу хімічних речовин. Один з них є Сигналізація PPAR. PPAR - це група білків, які регулюють енергетичний баланс та метаболізм ліпідів та глюкози.
Зростання або падіння активності PPAR сприяють цьому ожиріння, метаболічний синдром, діабет та жирова хвороба печінки. Здатність деяких екологічні хімікати впливати на PPARs було показано раніше. Однак ми не очікували побачити чутливість PPAR до дуже широкого спектру сполук.
Ми також виявили, що гени, що беруть участь у розвитку бета-клітин підшлункової залози, які виділяють інсулін і відіграють ключову роль в метаболізмі глюкози, пригнічуються більшістю хімічних речовин у нашому списку. Порушення функції бета-клітин призводить до діабету. Таким чином, кумулятивний хімічний вплив може бути значним фактором ризику розвитку діабету.
Сьогодні епідемія метаболічних захворювань є основною проблемою охорони здоров'я. Поширеність ожиріння майже потроїлося між 1975 і 2016 роками. Приблизно У 40% американців протягом життя розвивається діабет 2 типу та У 33% -88% жирна печінка. Зв'язок між експозицією та метаболічними захворюваннями був показаний раніше для деяких хімічних речовин з ендокринними руйнівними властивостями. Однак роль найширшого спектру хімічних хімічних речовин у цій епідемії раніше не визнавалась, але може бути значною.
Зростання, старіння та імунна система
Два гормони, що беруть участь у зростанні - гормон росту (GH) та інсуліноподібний фактор росту (IGF1) - також зазнають впливу хімічних речовин.
IGF1 - гормон секретується переважно печінкою. Він визнаний головним регулятором Росії ріст тіла. Крім того, багаторазові експерименти на мишах показують, що зниження сигналізації GH-IGF1 призводить до збільшення тривалості життя. Цей шлях також визначає, чи будуть клітини використовувати енергію для побудови нових молекул, необхідних організму, або якщо вони розщеплять існуючі молекули, щоб виділити енергію для використання організмом. Здатність хімічних речовин впливати на цей центральний регулятор росту та старіння є новою знахідкою. Які проблеми зі здоров’ям можуть бути спричинені чутливістю GH-IGF1, ще не розкрито.
Наш аналіз показує, що гени, які контролюють імунну відповідь, також дуже чутливі до хімічних речовин.
Двома основними наслідками дисфункціональної імунної системи є алергія та аутоімунітет. Поширеність обох станів відповідає висхідним тенденціям. Харчова алергія збільшилася з 3.4% до 5.1% між 1997 і 2011 роками серед дітей у США Шкірна алергія збільшилася з 7.4% до 12.5% за той же період. Інше дослідження показало a 5% підвищення маркеру крові при аутоімунному захворюванні в американців у період 1988-2012 рр.
Всі молекулярні шляхи чутливі до хімічних речовин
Загалом ми виявили, що майже на кожен відомий шлях можуть впливати хімічні речовини. Цей висновок має суттєві наслідки для регуляторної токсикології.
Зі збільшенням кількості штучних хімічних речовин, суспільство має розвиватися швидкі та економічно ефективні методи тестування токсичності.
Одним з важливих питань, що залишається без відповіді, є те, які шляхи слід пройти тестуванням, щоб гарантувати, що регулятори не схвалюють хімікатів, які шкодять або порушують критичні молекулярні ланцюги. Наші дані свідчать про те, що нам потрібно розробити тести, які охоплюють усі відомі молекулярні шляхи без винятку.
Наше дослідження окреслює нові пріоритети токсикологічних досліджень, включаючи роль впливу хімічних речовин на метаболізм, імунну систему, розвиток та старіння.
Про автора
Олександр Суворов, доцент, Університет штату Массачусетс, Амхерст
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
Книги про навколишнє середовище зі списку бестселерів Amazon
«Тиха весна»
Рейчел Карсон
Ця класична книга є віхою в історії захисту навколишнього середовища, привертаючи увагу до шкідливого впливу пестицидів та їхнього впливу на світ природи. Робота Карсона допомогла надихнути сучасний екологічний рух і залишається актуальною сьогодні, оскільки ми продовжуємо боротися з проблемами здоров’я навколишнього середовища.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Нежила Земля: життя після потепління»
Девід Уоллес-Уеллс
У цій книзі Девід Уоллес-Веллс різко попереджає про руйнівні наслідки зміни клімату та термінову необхідність вирішення цієї глобальної кризи. Книга спирається на наукові дослідження та приклади з реального світу, щоб дати тверезий погляд на майбутнє, яке нас чекає, якщо ми не вживемо заходів.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Приховане життя дерев: що вони відчувають, як спілкуються? Відкриття з таємного світу»
автор: Peter Wohlleben
У цій книзі Пітер Воллебен досліджує захоплюючий світ дерев та їх роль в екосистемі. Книга спирається на наукові дослідження та власний досвід Воллебена як лісника, щоб запропонувати розуміння складних способів взаємодії дерев одне з одним і природним світом.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Наш дім горить: сцени сім’ї та планети в кризі»
Грета Тунберг, Сванте Тунберг і Малена Ернман
У цій книзі кліматична активістка Грета Тунберг та її родина пропонують особисту розповідь про свою подорож, щоб підвищити обізнаність про нагальну потребу вирішення проблеми зміни клімату. Книга містить потужний і зворушливий опис викликів, з якими ми стикаємося, і потреби в діях.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Шосте вимирання: неприродна історія»
автор: Елізабет Колберт
У цій книзі Елізабет Колберт досліджує постійне масове вимирання видів, спричинене діяльністю людини, спираючись на наукові дослідження та приклади з реального світу, щоб дати тверезий погляд на вплив людської діяльності на світ природи. Книга містить переконливий заклик до дії, щоб захистити різноманітність життя на Землі.
al
