Sebilangan besar gen dalam tubuh manusia boleh terganggu oleh bahan kimia buatan manusia. Göran Andersson / Getty Images

Hari ini manusia terdedah kepada ribuan bahan kimia buatan manusia. Namun kesannya terhadap kesihatan orang masih belum difahami sepenuhnya.

Pada tahun 2020 jumlah bahan kimia berdaftar mencapai 167 juta. Setiap hari orang terdedah kepada mereka melalui makanan, air, udara yang tercemar, ubat-ubatan, kosmetik dan bahan buatan manusia yang lain. Kurang daripada 1% bahan kimia ini diuji ketoksikan, dan yang diuji menunjukkan kemampuan untuk mengganggu hampir setiap proses biologi dalam tubuh kita. Bolehkah kita membuat kesimpulan bagaimana pendedahan kumulatif membentuk kesihatan kita?

Saya seorang pakar toksikologi alam sekitar mengkaji kesan bahan kimia buatan manusia terhadap kesihatan kita. Saya memutuskan untuk membangun pendekatan pengkomputeran untuk membandingkan kepekaan semua gen secara objektif dengan semua bahan kimia dan mengenal pasti proses biologi yang paling rentan.

Pendekatan yang tidak adil

Untuk kajian kami, rakan sekerja penyelidikan saya dan saya menggunakan data dari Pangkalan Data Toksikogenomik Perbandingan. Pangkalan Data Toxicogenomic Perbandingan mengumpulkan maklumat dari ribuan kajian yang diterbitkan mengenai bagaimana bahan kimia mengubah aktiviti gen. Gen adalah bahagian DNA yang menyandikan protein yang melakukan pelbagai fungsi dalam sel, dari membangun tisu hingga memetabolisme nutrien. Apabila bahan kimia mempengaruhi gen, itu menghasilkan peningkatan atau penurunan pengeluaran protein.

Kaedah moden biologi molekul dapat mengesan perubahan aktiviti semua gen dalam genom sebagai tindak balas terhadap penghinaan kimia. Saya mengembangkan pendekatan yang meletakkan senarai gen yang diubah dari kajian yang berbeza untuk mengira berapa kali setiap gen terjejas. Bilangan yang dihasilkan menggambarkan kepekaan gen terhadap bahan kimia secara amnya.

Dengan menggunakan 2,169 kajian pada tikus, tikus, manusia dan selnya, kumpulan penyelidik saya menilai kepekaan 17,338 gen terhadap pendedahan kimia. Kajian-kajian ini menguji kesan 1,239 pelbagai bahan kimia, mulai dari ubat preskripsi hingga pencemaran alam sekitar.

Pada langkah seterusnya, kami menjalankan ujian untuk memastikan bahawa sampel lebih daripada 1,000 bahan kimia ini cukup besar untuk mewakili semua kelas bahan kimia buatan manusia yang boleh dipercayai. Untuk melakukannya, kami mengukur kepekaan gen untuk satu setengah dari senarai ini dan kemudian untuk yang lain untuk menguji sama ada sebilangan kecil bahan kimia dapat mengenal pasti gen sensitif. Hasilnya memberangsangkan - nilai sensitiviti gen hampir sama dalam dua percubaan.

Sistem pertahanan selular bertindak balas terhadap bahan kimia

Sel-sel kita tidak sepenuhnya tidak berdaya ketika terkena penghinaan kimia. Sebenarnya, mereka mempunyai strategi untuk menangani tekanan dan kerosakan yang disebabkan oleh bahan kimia. Data kami mengesahkan bahawa perlindungan ini menjadi aktif sebagai tindak balas terhadap pendedahan.

Garis pertahanan ini merangkumi enzim yang menghilangkan bahan kimia toksik, mengurangkan tekanan oksidatif (pengumpulan radikal reaktif dalam sel), memperbaiki DNA dan protein yang rosak, dan mengenal pasti sel yang sangat rosak untuk memicu kematian mereka dan mencegahnya menjadi barah.

Mungkinkah pendedahan kepada bahan kimia buatan manusia dapat meningkatkan kadar kegemukan di seluruh dunia? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

Metabolisme lipid dan karbohidrat terdedah

Secara mengejutkan, kami mendapati bahawa rangkaian molekul yang terlibat dalam pengaturan metabolisme selular sangat sensitif terhadap pendedahan kimia. Salah satunya ialah Isyarat PPAR. PPAR adalah sekumpulan protein yang mengatur keseimbangan tenaga dan metabolisme lipid dan glukosa.

Kenaikan atau penurunan aktiviti PPAR menyumbang kepada kegemukan, sindrom metabolik, diabetes dan penyakit hati berlemak. Keupayaan sebilangan bahan kimia alam sekitar untuk mempengaruhi PPAR ditunjukkan sebelum ini. Namun, kami tidak menyangka akan melihat kepekaan PPAR terhadap sebatian yang sangat luas.

Kami juga mendapati bahawa gen yang terlibat dalam pengembangan sel beta pankreas, yang mengeluarkan insulin dan memainkan peranan penting dalam metabolisme glukosa, ditindas oleh sebilangan besar bahan kimia dalam senarai kami. Disfungsi sel beta mengakibatkan diabetes. Oleh itu, pendedahan kimia kumulatif boleh menjadi faktor risiko diabetes yang ketara.

Hari ini wabak penyakit metabolik adalah masalah kesihatan awam yang utama. Kelaziman kegemukan hampir tiga kali ganda antara tahun 1975 dan 2016. Lebih kurang 40% orang Amerika akan menghidap diabetes Jenis 2 semasa hidup mereka, dan 33% -88% mempunyai hati berlemak. Hubungan antara pendedahan dan penyakit metabolik ditunjukkan sebelumnya untuk beberapa bahan kimia dengan sifat gangguan endokrin. Walau bagaimanapun, peranan sebilangan besar bahan kimia buatan manusia dalam wabak ini tidak dikenali sebelum ini tetapi boleh menjadi ketara.

Pertumbuhan, penuaan dan sistem imun

Dua hormon yang terlibat dalam pertumbuhan - hormon pertumbuhan (GH) dan faktor pertumbuhan seperti insulin (IGF1) - juga dipengaruhi oleh pendedahan kepada bahan kimia.

IGF1 adalah hormon dirembeskan oleh hati. Ia diakui sebagai pengatur utama pertumbuhan badan. Selain itu, pelbagai eksperimen tetikus menunjukkan bahawa penurunan isyarat GH-IGF1 menghasilkan jangka hayat yang lebih lama. Laluan ini juga menentukan sama ada sel akan menggunakan tenaga untuk membina molekul baru yang diperlukan oleh tubuh, atau jika mereka akan memecah molekul yang ada untuk membebaskan tenaga untuk digunakan oleh organisma. Keupayaan bahan kimia untuk mempengaruhi pengatur pertumbuhan dan penuaan pusat ini adalah penemuan baru. Masalah kesihatan yang mungkin berlaku kerana kepekaan GH-IGF1 masih belum dapat ditemui.

Analisis kami menunjukkan bahawa gen yang mengawal tindak balas imun juga sangat sensitif terhadap bahan kimia.

Dua hasil utama sistem imun yang tidak berfungsi adalah alergi dan autoimun. Kelaziman bagi kedua-dua keadaan mengikuti arah aliran menaik. Alahan makanan meningkat dari 3.4% hingga 5.1% antara tahun 1997 dan 2011 di kalangan kanak-kanak di AS Alahan kulit meningkat dari 7.4% hingga 12.5% ​​dalam tempoh yang sama. Kajian lain menunjukkan a Peningkatan 5% penanda darah penyakit autoimun di Amerika dalam tempoh 1988-2012.

Semua laluan molekul sensitif terhadap bahan kimia

Secara keseluruhan kami mendapati bahawa hampir setiap laluan yang diketahui mungkin dipengaruhi oleh bahan kimia. Penemuan itu mempunyai implikasi yang signifikan terhadap toksikologi peraturan.

Dengan bilangan bahan kimia buatan manusia yang semakin meningkat, masyarakat perlu membangun kaedah yang cepat dan menjimatkan ujian ketoksikan.

Satu persoalan penting yang masih belum dijawab ialah jalan apa yang harus diliputi dengan ujian untuk memastikan pengawal selia tidak menyetujui bahan kimia yang membahayakan atau mengganggu litar molekul kritikal. Data kami menunjukkan bahawa kami perlu mengembangkan ujian yang merangkumi setiap jalur molekul yang diketahui tanpa pengecualian.

Kajian kami menggariskan keutamaan baru untuk penyelidikan toksikologi, termasuk peranan pendedahan kimia untuk kesihatan metabolik, sistem imun, perkembangan dan penuaan.

Mengenai Penulis

Alexander Suvorov, Penolong Profesor, University of Massachusetts Amherst

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

books_environmental