Воздействие искусственных химикатов влияет на гены, контролирующие старение, иммунную систему и обмен веществ.

chemical
Кредит: CC0 Public Domain

Сегодня люди подвергаются воздействию тысяч химических веществ, созданных человеком. Тем не менее, влияние на здоровье людей до сих пор полностью не изучено.

В 2020 году количество зарегистрированных химических веществ достигло 167 миллионов. Каждый день люди подвергаются их воздействию через пищу, воду, загрязненный воздух, лекарства, косметику и другие вещества, созданные человеком. Менее 1% этих химических веществ было проверено на токсичность, и те, что были протестированы, продемонстрировали способность нарушать почти все биологические процессы в нашем организме. Можем ли мы сделать вывод, как совокупное воздействие влияет на наше здоровье?

Я токсиколог-эколог, изучаю влияние химических веществ, созданных человеком, на наше здоровье. Я решил разработать вычислительный подход, чтобы объективно сравнить чувствительность всех генов ко всем химическим веществам и определить наиболее уязвимые биологические процессы.

Беспристрастный подход

Для нашего исследования я и мои коллеги-исследователи использовали данные из сравнительной токсикогеномной базы данных. В сравнительной токсикогеномной базе данных собрана информация из тысяч опубликованных исследований о том, как химические вещества изменяют активность генов. Гены — это участки ДНК, которые кодируют белки, которые выполняют в клетках широкий спектр функций, от построения тканей до метаболизма питательных веществ. Когда химические вещества влияют на гены, это приводит к увеличению или уменьшению производства белков.

Современные методы молекулярной биологии позволяют обнаруживать изменения активности всех генов в геноме в ответ на химическое воздействие. Я разработал подход, который накладывает списки измененных генов из разных исследований, чтобы вычислить, сколько раз был затронут каждый ген. Полученные числа отражают чувствительность генов к химическим веществам в целом.

Используя 2169 исследований на мышах, крысах, людях и их клетках, моя исследовательская группа оценила чувствительность 17 338 генов к химическому воздействию. В этих исследованиях было проверено влияние 1239 различных химических веществ, от рецептурных препаратов до загрязнителей окружающей среды.

На следующем этапе мы провели тесты, чтобы убедиться, что этот образец из более чем 1000 химических веществ был достаточно большим, чтобы достоверно представить все классы техногенных химических веществ, воздействию которых подвергаются люди. Для этого мы измерили чувствительность генов для одной половины этого списка, а затем для другой, чтобы проверить, может ли даже меньшее количество химических веществ надежно идентифицировать чувствительные гены. Результаты были обнадеживающими — значения чувствительности генов в двух испытаниях были почти идентичны.

Система защиты клетки реагирует на химические вещества

Наши клетки не полностью беспомощны перед химическим воздействием. Фактически, они обладают стратегиями борьбы со стрессом и повреждениями, вызванными химическими веществами. Наши данные подтверждают, что эти меры безопасности становятся активными в ответ на облучение.

Эта линия защиты включает ферменты, которые устраняют токсичные химические вещества, снижают окислительный стресс (накопление реактивных радикалов в клетках), восстанавливают поврежденные ДНК и белки и выявляют сильно поврежденные клетки, чтобы вызвать их гибель и предотвратить их превращение в злокачественные.

Обмен липидов и углеводов уязвим

Неожиданно мы обнаружили, что молекулярные сети, участвующие в регуляции клеточного метаболизма, наиболее чувствительны к химическому воздействию. Один из них — это передача сигналов PPAR. PPAR — это группа белков, регулирующих энергетический баланс и метаболизм липидов и глюкозы.

Повышение или понижение активности PPAR приводит к ожирению, метаболическому синдрому, диабету и жировой болезни печени. Ранее была показана способность некоторых химических веществ окружающей среды влиять на PPAR. Однако мы не ожидали увидеть чувствительность PPAR к очень широкому спектру соединений.

Мы также обнаружили, что гены, участвующие в развитии бета-клеток поджелудочной железы, которые секретируют инсулин и играют ключевую роль в метаболизме глюкозы, подавляются большинством химических веществ из нашего списка. Дисфункция бета-клеток приводит к диабету. Таким образом, совокупное воздействие химических веществ может быть значительным фактором риска развития диабета.

Сегодня эпидемия метаболических заболеваний — серьезная проблема общественного здравоохранения. Распространенность ожирения почти утроилась в период с 1975 по 2016 год. Примерно 40% американцев в течение жизни разовьются диабетом 2 типа, а у 33-88% будет ожирение печени. Связь между воздействием и метаболическими заболеваниями была показана ранее для некоторых химикатов с эндокринными разрушительными свойствами. Однако роль самого широкого спектра искусственных химических веществ в этой эпидемии ранее не осознавалась, но может быть значительной.

Рост, старение и иммунная система

На два гормона роста — гормон роста (GH) и инсулиноподобный фактор роста (IGF1) — также влияют химические вещества.

IGF1 — это гормон, секретируемый в основном печенью. Он признан основным регулятором роста тела. Кроме того, многочисленные эксперименты на мышах показывают, что снижение передачи сигналов GH-IGF1 приводит к увеличению продолжительности жизни. Этот путь также определяет, будут ли клетки использовать энергию для создания новых молекул, необходимых организму, или они будут разрушать существующие молекулы, чтобы высвободить энергию для использования организмом. Способность химических веществ влиять на этот центральный регулятор роста и старения — новое открытие. Какие проблемы со здоровьем могут быть из-за чувствительности GH-IGF1, еще предстоит выяснить.

Наш анализ показывает, что гены, контролирующие иммунный ответ, также очень чувствительны к химическим веществам.

Два основных следствия дисфункциональной иммунной системы — это аллергия и аутоиммунитет. Распространенность обоих состояний следует восходящей тенденции. Пищевая аллергия увеличилась с 3,4% до 5,1% в период с 1997 по 2011 год среди детей в США. Кожная аллергия увеличилась с 7,4% до 12,5% за тот же период. Другое исследование показало увеличение маркера аутоиммунных заболеваний в крови у американцев на 5% в период 1988-2012 гг.

Все молекулярные пути чувствительны к химическим веществам

В целом мы обнаружили, что химические вещества могут повлиять почти на все известные пути заражения. Это открытие имеет важное значение для нормативной токсикологии.

В связи с постоянно растущим количеством искусственных химикатов обществу необходимо разработать быстрые и экономичные методы тестирования на токсичность.

Один важный вопрос, который остается без ответа, — какие пути следует охватить тестированием, чтобы гарантировать, что регулирующие органы не одобряют химические вещества, которые наносят вред или нарушают критические молекулярные цепи. Наши данные говорят о том, что нам необходимо разработать тесты, охватывающие все без исключения известные молекулярные пути.

В нашем исследовании обозначены новые приоритеты токсикологических исследований, в том числе роль химического воздействия для метаболического здоровья, иммунной системы, развития и старения./p>

0 0
0 %
Happy
0 %
Sad
0 %
Excited
0 %
Angry
0 %
Surprise

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Close