Τα περισσότερα γονίδια στο ανθρώπινο σώμα μπορούν να διαταραχθούν από χημικές ουσίες από τον άνθρωπο. Göran Andersson / Getty Images

Σήμερα οι άνθρωποι εκτίθενται σε χιλιάδες τεχνητές χημικές ουσίες. Ωστόσο, οι επιπτώσεις στην υγεία των ανθρώπων δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές.

Το 2020 έφτασε ο αριθμός των καταχωρημένων χημικών 167 εκατομμύρια. Κάθε μέρα οι άνθρωποι εκτίθενται σε αυτά μέσω τροφίμων, νερού, μολυσμένου αέρα, ναρκωτικών, καλλυντικών και άλλων ανθρωπογενών ουσιών. Λιγότερο από 1% αυτών των χημικών ουσιών ελέγχθηκαν για τοξικότητα, και εκείνοι που δοκιμάστηκαν δείχνουν την ικανότητα να διαταράσσουν σχεδόν κάθε βιολογική διαδικασία στο σώμα μας. Μπορούμε να συμπεράνουμε πώς οι σωρευτικές εκθέσεις διαμορφώνουν την υγεία μας;

Είμαι τοξικολόγος περιβάλλοντος μελετώντας τις επιδράσεις των ανθρωπογενών χημικών στην υγεία μας. Αποφάσισα να αναπτυχθώ μια υπολογιστική προσέγγιση να συγκρίνει αντικειμενικά την ευαισθησία όλων των γονιδίων σε όλες τις χημικές ουσίες και να εντοπίσει τις πιο ευάλωτες βιολογικές διαδικασίες.

Αμερόληπτη προσέγγιση

Για τη μελέτη μας, οι ερευνητές μου και εγώ χρησιμοποιήσαμε δεδομένα από το Συγκριτική τοξικογονική βάση δεδομένων. Η Συγκριτική Τοξικογενετική Βάση Δεδομένων συλλέγει πληροφορίες από χιλιάδες δημοσιευμένες μελέτες σχετικά με το πώς τα χημικά αλλάζουν τη δραστηριότητα των γονιδίων. Τα γονίδια είναι τμήματα του DNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που εκτελούν ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών στα κύτταρα, από την οικοδόμηση ιστών έως το μεταβολισμό των θρεπτικών ουσιών. Όταν οι χημικές ουσίες επηρεάζουν τα γονίδια, αυτό οδηγεί σε αυξημένη ή μειωμένη παραγωγή πρωτεϊνών.

Οι σύγχρονες μέθοδοι μοριακής βιολογίας μπορούν να ανιχνεύσουν αλλαγές στη δραστηριότητα όλων των γονιδίων στο γονιδίωμα ως απόκριση σε μια χημική προσβολή. Ανέπτυξα μια προσέγγιση που επικαλύπτει λίστες τροποποιημένων γονιδίων από διαφορετικές μελέτες για να υπολογίσω πόσες φορές επηρεάστηκε κάθε γονίδιο. Οι αριθμοί που προκύπτουν αντικατοπτρίζουν την ευαισθησία των γονιδίων σε χημικές ουσίες γενικά.

Χρησιμοποιώντας 2,169 μελέτες για ποντίκια, αρουραίους, ανθρώπους και τα κύτταρα τους, η ερευνητική μου ομάδα ταξινόμησε την ευαισθησία 17,338 γονιδίων σε χημικές εκθέσεις. Αυτές οι μελέτες εξέτασαν την επίδραση 1,239 διαφορετικών χημικών ουσιών, από συνταγογραφούμενα φάρμακα έως περιβαλλοντικούς ρύπους.

Στο επόμενο βήμα, πραγματοποιήσαμε δοκιμές για να διασφαλίσουμε ότι αυτό το δείγμα πάνω από 1,000 χημικών ουσιών ήταν αρκετά μεγάλο ώστε να αντιπροσωπεύει αξιόπιστα όλες τις κατηγορίες ανθρωπογενών χημικών στα οποία εκτίθενται οι άνθρωποι. Για να γίνει αυτό, μετρήσαμε την ευαισθησία των γονιδίων για το ήμισυ αυτής της λίστας και στη συνέχεια για ένα άλλο για να ελέγξουμε εάν ακόμη και ένας μικρότερος αριθμός χημικών μπορεί να αναγνωρίσει αξιόπιστα ευαίσθητα γονίδια. Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά - οι τιμές των ευαισθησιών των γονιδίων ήταν σχεδόν ίδιες στις δύο δοκιμές.

Το κυτταρικό αμυντικό σύστημα ανταποκρίνεται στις χημικές ουσίες

Τα κύτταρα μας δεν είναι εντελώς αβοήθητα όταν εκτίθενται σε χημικές προσβολές. Στην πραγματικότητα, αυτοί διαθέτουν στρατηγικές για την αντιμετώπιση του στρες και των ζημιών που προκαλούνται από χημικές ουσίες. Τα δεδομένα μας επιβεβαιώνουν ότι αυτές οι διασφαλίσεις ενεργοποιούνται ως απάντηση σε ανοίγματα.

Αυτή η γραμμή άμυνας περιλαμβάνει ένζυμα που εξαλείφουν τοξικές χημικές ουσίες, ανακουφίζουν το οξειδωτικό στρες (συσσώρευση αντιδραστικών ριζών στα κύτταρα), επιδιορθώνουν κατεστραμμένο DNA και πρωτεΐνες και εντοπίζουν κύτταρα που έχουν υποστεί μεγάλη βλάβη για να προκαλέσουν το θάνατό τους και να τους αποτρέψουν να μετατραπούν σε καρκινικά.

Θα μπορούσε η έκθεση σε τεχνητές χημικές ουσίες να ενισχύσει τα ποσοστά παχυσαρκίας σε όλο τον κόσμο; Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

Ο μεταβολισμός των λιπιδίων και των υδατανθράκων είναι ευάλωτος

Παραδόξως, βρήκαμε ότι τα μοριακά δίκτυα που εμπλέκονται στη ρύθμιση του κυτταρικού μεταβολισμού είναι πιο ευαίσθητα στις χημικές εκθέσεις. Ένα από αυτά είναι Σηματοδότηση PPAR. Τα PPARs είναι μια ομάδα πρωτεϊνών που ρυθμίζουν την ενεργειακή ισορροπία και το μεταβολισμό των λιπιδίων και της γλυκόζης.

Οι αυξήσεις ή οι πτώσεις στη δραστηριότητα PPAR συμβάλλουν παχυσαρκία, μεταβολικό σύνδρομο, διαβήτης και ασθένεια λιπώδους ήπατος. Η ικανότητα μερικών περιβαλλοντικά χημικά για να επηρεάσουν τα PPARs παρουσιάστηκε προηγουμένως. Ωστόσο, δεν περιμέναμε να δούμε ευαισθησία των PPAR σε ένα πολύ ευρύ φάσμα ενώσεων.

Ανακαλύψαμε επίσης ότι γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη παγκρεατικών βήτα κυττάρων, τα οποία εκκρίνουν ινσουλίνη και παίζουν βασικό ρόλο στον μεταβολισμό της γλυκόζης, καταστέλλονται από την πλειονότητα των χημικών στη λίστα μας. Η δυσλειτουργία των β-κυττάρων οδηγεί σε διαβήτη. Έτσι, οι αθροιστικές χημικές εκθέσεις μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας κινδύνου για διαβήτη.

Σήμερα μια επιδημία μεταβολικής νόσου είναι ένα μείζον ζήτημα δημόσιας υγείας. Ο επιπολασμός του η παχυσαρκία σχεδόν τριπλασιάστηκε μεταξύ 1975 και 2016. Κατά προσέγγιση Το 40% των Αμερικανών θα αναπτύξουν διαβήτη τύπου 2 κατά τη διάρκεια της ζωής τουςκαι 33% -88% έχουν λιπαρό ήπαρ. Η σύνδεση μεταξύ της έκθεσης και των μεταβολικών ασθενειών παρουσιάστηκε προηγουμένως για ορισμένες χημικές ουσίες με ενδοκρινικές διαταραχές. Ωστόσο, ο ρόλος ενός ευρύτερου φάσματος ανθρωπογενών χημικών σε αυτήν την επιδημία δεν αναγνωρίστηκε πριν αλλά μπορεί να είναι σημαντικός.

Ανάπτυξη, γήρανση και ανοσοποιητικό σύστημα

Δύο ορμόνες που εμπλέκονται στην ανάπτυξη - αυξητική ορμόνη (GH) και ινσουλινοειδής αυξητικός παράγοντας (IGF1) - επηρεάζονται επίσης από την έκθεση σε χημικές ουσίες.

Ο IGF1 είναι μια ορμόνη εκκρίνεται κυρίως από το συκώτι. Αναγνωρίζεται ως ένας σημαντικός ρυθμιστής της ανάπτυξη σώματος. Επιπλέον, πολλά πειράματα ποντικιού δείχνουν ότι μειώθηκε η σηματοδότηση GH-IGF1 έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτή η διαδρομή καθορίζει επίσης εάν τα κελιά θα χρησιμοποιήστε ενέργεια για να δημιουργήσετε νέα μόρια που χρειάζεται το σώμα, ή εάν θα διαλύσουν τα υπάρχοντα μόρια για να απελευθερώσουν ενέργεια για τη χρήση του οργανισμού. Η ικανότητα των χημικών να επηρεάζουν αυτόν τον κεντρικό ρυθμιστή της ανάπτυξης και της γήρανσης είναι ένα νέο εύρημα. Ποια προβλήματα υγείας μπορεί να οφείλονται στην ευαισθησία του GH-IGF1 δεν έχει ακόμη αποκαλυφθεί.

Η ανάλυσή μας δείχνει ότι τα γονίδια που ελέγχουν την ανοσοαπόκριση είναι επίσης πολύ ευαίσθητα στις χημικές ουσίες.

Δύο σημαντικά αποτελέσματα ενός δυσλειτουργικού ανοσοποιητικού συστήματος είναι η αλλεργία και η αυτοανοσία. Ο επιπολασμός και για τις δύο συνθήκες ακολουθεί ανοδικές τάσεις. Οι τροφικές αλλεργίες αυξήθηκαν από 3.4% έως 5.1% μεταξύ 1997 και 2011 μεταξύ των παιδιών στις ΗΠΑ Οι αλλεργίες στο δέρμα αυξήθηκαν από 7.4% έως 12.5% κατά την ίδια περίοδο. Μια άλλη μελέτη έδειξε ένα 5% αύξηση του δείκτη αίματος της αυτοάνοσης νόσου στους Αμερικανούς κατά την περίοδο 1988-2012.

Όλα τα μοριακά μονοπάτια είναι ευαίσθητα στις χημικές ουσίες

Συνολικά, διαπιστώσαμε ότι σχεδόν κάθε γνωστό μονοπάτι μπορεί να επηρεάζεται από χημικές ουσίες. Αυτό το εύρημα έχει σημαντικές επιπτώσεις στη ρυθμιστική τοξικολογία.

Με ολοένα αυξανόμενο αριθμό τεχνητών χημικών, η κοινωνία πρέπει να αναπτυχθεί γρήγορες και οικονομικά αποδοτικές μεθόδους δοκιμών τοξικότητας.

Ένα σημαντικό ερώτημα που παραμένει αναπάντητο είναι ποιες διαδρομές πρέπει να καλύπτονται από δοκιμές για να διασφαλιστεί ότι οι ρυθμιστές δεν εγκρίνουν χημικές ουσίες που βλάπτουν ή διαταράσσουν κρίσιμα μοριακά κυκλώματα. Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι πρέπει να αναπτύξουμε δοκιμές που να καλύπτουν κάθε γνωστό μοριακό μονοπάτι χωρίς εξαίρεση.

Η μελέτη μας περιγράφει νέες προτεραιότητες για την τοξικολογική έρευνα, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου των χημικών εκθέσεων για μεταβολική υγεία, ανοσοποιητικό σύστημα, ανάπτυξη και γήρανση.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Alexander Suvorov, Επίκουρος Καθηγητής, Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

βιβλία_περιβαλλοντικά