Majoritatea genelor din corpul uman pot fi perturbate de substanțele chimice create de om. Göran Andersson / Getty Images
Astăzi oamenii sunt expuși la mii de substanțe chimice create de om. Cu toate acestea, efectele asupra sănătății oamenilor nu sunt încă pe deplin înțelese.
În 2020 a ajuns la numărul de substanțe chimice înregistrate 167 milioane de euro. În fiecare zi oamenii sunt expuși la acestea prin alimente, apă, aer contaminat, droguri, produse cosmetice și alte substanțe create de om. Mai puțin decât 1% dintre aceste substanțe chimice au fost testate pentru toxicitate, iar cele care au fost testate demonstrează capacitatea de a perturba aproape fiecare proces biologic din corpul nostru. Putem deduce modul în care expunerile cumulative ne modelează sănătatea?
Sunt toxicolog de mediu studierea efectelor substanțelor chimice produse de om asupra sănătății noastre. Am decis să mă dezvolt o abordare de calcul să compare obiectiv sensibilitatea tuturor genelor la toate substanțele chimice și să identifice cele mai vulnerabile procese biologice.
Abordare imparțială
Pentru studiul nostru, eu și colegii mei de cercetare am folosit date din Baza de date toxicogenomică comparativă. Baza de date comparativă toxicogenomică colectează informații din mii de studii publicate cu privire la modul în care substanțele chimice modifică activitatea genelor. Genele sunt secțiuni ale ADN-ului care codifică proteinele care îndeplinesc o gamă largă de funcții în celule, de la construirea țesuturilor până la metabolizarea nutrienților. Atunci când substanțele chimice afectează genele, acest lucru duce la creșterea sau scăderea producției de proteine.
Metodele moderne de biologie moleculară pot detecta modificările activității tuturor genelor din genom ca răspuns la o insultă chimică. Am dezvoltat o abordare care suprapune liste de gene modificate din diferite studii pentru a calcula de câte ori a fost afectată fiecare genă. Numerele rezultate reflectă sensibilitatea genelor la substanțele chimice în general.
Folosind 2,169 de studii pe șoareci, șobolani, oameni și celulele acestora, grupul meu de cercetare a clasificat sensibilitatea a 17,338 de gene la expuneri chimice. Aceste studii au testat impactul a 1,239 de substanțe chimice diverse, de la medicamente eliberate pe bază de rețetă până la poluanți de mediu.
La pasul următor am efectuat teste pentru a ne asigura că acest eșantion de peste 1,000 de substanțe chimice a fost suficient de mare pentru a reprezenta în mod fiabil toate clasele de substanțe chimice artificiale la care sunt expuși oamenii. Pentru a face acest lucru, am măsurat sensibilitatea genelor pentru o jumătate din această listă și apoi pentru alta pentru a testa dacă chiar și un număr mai mic de substanțe chimice pot identifica în mod fiabil gene sensibile. Rezultatele au fost încurajatoare - valorile sensibilităților genetice au fost aproape identice în cele două studii.
Sistemul de apărare celular răspunde substanțelor chimice
Celulele noastre nu sunt complet neajutorate atunci când sunt expuse la insulte chimice. De fapt, ei posedă strategii pentru a face față stresului și daunelor induse de substanțele chimice. Datele noastre confirmă faptul că aceste garanții devin active ca răspuns la expuneri.
Această linie de apărare include enzime care elimină substanțele chimice toxice, ameliorează stresul oxidativ (acumularea de radicali reactivi în celule), repară ADN-ul și proteinele deteriorate și identifică celulele foarte deteriorate pentru a le declanșa moartea și a le împiedica să devină canceroase.
Ar putea expunerea la substanțe chimice produse de om să mărească ratele de obezitate din întreaga lume? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images
Metabolismul lipidelor și glucidelor este vulnerabil
În mod surprinzător, am constatat că rețelele moleculare implicate în reglarea metabolismului celular sunt cele mai sensibile la expunerile chimice. Unul dintre ei este Semnalizare PPAR. PPAR sunt un grup de proteine care reglează echilibrul energetic și metabolismul lipidelor și glucozei.
Creșterea sau scăderea activității PPAR contribuie obezitate, sindrom metabolic, diabet și boli hepatice grase. Capacitatea unora substanțe chimice de mediu a afectat PPAR-urile a fost prezentat anterior. Cu toate acestea, nu ne-am așteptat să vedem sensibilitatea PPAR la o gamă foarte largă de compuși.
De asemenea, am descoperit că genele implicate în dezvoltarea celulelor beta pancreatice, care secretă insulină și joacă un rol cheie în metabolismul glucozei, sunt suprimate de majoritatea substanțelor chimice din lista noastră. Disfuncția celulelor beta duce la diabet. Astfel, expunerile chimice cumulative pot fi un factor de risc semnificativ pentru diabet.
Astăzi, o epidemie de boli metabolice este o problemă majoră de sănătate publică. Prevalența obezitatea aproape s-a triplat între 1975 și 2016. Aproximativ 40% dintre americani vor dezvolta diabet de tip 2 în timpul vieții, și 33% -88% au ficat gras. Conexiunea dintre expuneri și boli metabolice a fost prezentată anterior pentru unele substanțe chimice cu proprietăți endocrine perturbatoare. Cu toate acestea, rolul unei game largi de produse chimice produse de om în această epidemie nu a fost recunoscut înainte, dar poate fi semnificativ.
Creșterea, îmbătrânirea și sistemul imunitar
Doi hormoni implicați în creștere - hormonul de creștere (GH) și factorul de creștere asemănător insulinei (IGF1) - sunt, de asemenea, afectați de expunerea la substanțe chimice.
IGF1 este un hormon secretat mai ales de ficat. Este recunoscut ca un regulator major al creșterea corpului. În plus, mai multe experimente la șoarece arată că a scăzut semnalizarea GH-IGF1 are ca rezultat o durată de viață mai lungă. Această cale determină, de asemenea, dacă celulele vor folosiți energia pentru a construi noi molecule de care are nevoie corpul, sau dacă vor descompune moleculele existente pentru a elibera energie pentru ca organismul să o folosească. Capacitatea substanțelor chimice de a afecta acest regulator central al creșterii și al îmbătrânirii este o descoperire nouă. Ce probleme de sănătate pot fi cauzate de sensibilitatea GH-IGF1 este încă de descoperit.
Analiza noastră indică faptul că genele care controlează răspunsul imun sunt, de asemenea, extrem de sensibile la substanțele chimice.
Două rezultate majore ale unui sistem imunitar disfuncțional sunt alergia și autoimunitatea. Prevalența pentru ambele condiții urmează tendințele ascendente. Alergiile alimentare au crescut de la 3.4% până la 5.1% între 1997 și 2011 în rândul copiilor din SUA Alergiile cutanate au crescut de la 7.4% până la 12.5% în aceeași perioadă. Un alt studiu a arătat un Creșterea cu 5% a markerului sanguin al bolilor autoimune la americani în perioada 1988-2012.
Toate căile moleculare sunt sensibile la substanțe chimice
În general, am constatat că aproape orice cale cunoscută poate fi afectată de substanțe chimice. Această constatare are implicații semnificative pentru toxicologia de reglementare.
Cu un număr tot mai mare de substanțe chimice create de om, societatea trebuie să se dezvolte metode rapide și rentabile de testare a toxicității.
O întrebare importantă care rămâne fără răspuns este ce căi ar trebui acoperite prin testare pentru a se asigura că autoritățile de reglementare nu aprobă substanțele chimice care dăunează sau perturbă circuitele moleculare critice. Datele noastre sugerează că trebuie să dezvoltăm teste care să acopere orice cale moleculară cunoscută fără excepție.
Studiul nostru prezintă noi priorități pentru cercetarea toxicologică, inclusiv rolul expunerilor chimice pentru sănătatea metabolică, sistemul imunitar, dezvoltarea și îmbătrânirea.
Despre autor
Alexander Suvorov, profesor asistent, Universitatea din Massachusetts Amherst
Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.
Cărți despre mediu din lista celor mai bine vândute Amazon
„Primăvara tăcută”
de Rachel Carson
Această carte clasică este un reper în istoria ecologistului, atrăgând atenția asupra efectelor nocive ale pesticidelor și impactul acestora asupra lumii naturale. Munca lui Carson a contribuit la inspirarea mișcării ecologiste moderne și rămâne relevantă astăzi, deoarece continuăm să ne confruntăm cu provocările legate de sănătatea mediului.
Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda
„Pământul nelocuitor: viața după încălzire”
de David Wallace-Wells
În această carte, David Wallace-Wells oferă un avertisment dur cu privire la efectele devastatoare ale schimbărilor climatice și la necesitatea urgentă de a aborda această criză globală. Cartea se bazează pe cercetări științifice și exemple din lumea reală pentru a oferi o privire serioasă asupra viitorului cu care ne confruntăm dacă nu reușim să luăm măsuri.
Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda
„Viața ascunsă a copacilor: ce simt ei, cum comunică? Descoperiri dintr-o lume secretă”
de Peter Wohlleben
În această carte, Peter Wohlleben explorează lumea fascinantă a copacilor și rolul lor în ecosistem. Cartea se bazează pe cercetarea științifică și pe experiențele proprii ale lui Wohlleben ca pădurar pentru a oferi perspective asupra modurilor complexe în care copacii interacționează între ei și cu lumea naturală.
Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda
„Casa noastră este în flăcări: scene ale unei familii și ale unei planete în criză”
de Greta Thunberg, Svante Thunberg și Malena Ernman
În această carte, activista pentru schimbările climatice Greta Thunberg și familia ei oferă o relatare personală a călătoriei lor pentru a crește gradul de conștientizare cu privire la necesitatea urgentă de a aborda schimbările climatice. Cartea oferă o relatare puternică și emoționantă a provocărilor cu care ne confruntăm și a nevoii de acțiune.
Click pentru mai multe informatii sau pentru a comanda
„A șasea extincție: o istorie nefirească”
de Elizabeth Kolbert
În această carte, Elizabeth Kolbert explorează dispariția în masă a speciilor cauzată de activitatea umană, bazându-se pe cercetări științifice și exemple din lumea reală pentru a oferi o privire serioasă asupra impactului activității umane asupra lumii naturale. Cartea oferă un apel convingător la acțiune pentru a proteja diversitatea vieții de pe Pământ.
al
