Exposure To Man-made Chemicals Influences Genes Controlling Aging, Immune System And Metabolism
De fleste gener i menneskekroppen kan forstyrres av menneskeskapte kjemikalier.
Göran Andersson / Getty Images

I dag utsettes mennesker for tusenvis av menneskeskapte kjemikalier. Likevel er effekten av folks helse fortsatt ikke fullstendig forstått.

I 2020 nådde antall registrerte kjemikalier 167 millioner. Hver dag utsettes folk for dem gjennom mat, vann, forurenset luft, medisiner, kosmetikk og andre menneskeskapte stoffer. Mindre enn 1% av disse kjemikaliene ble testet for toksisitet, og de som ble testet viser evne til å forstyrre nesten alle biologiske prosesser i kroppen vår. Kan vi konkludere med hvordan kumulative eksponeringer former helsen vår?

Jeg er en miljøtoksikolog studere effekten av menneskeskapte kjemikalier på helsen vår. Jeg bestemte meg for å utvikle meg en beregningsmetode å objektivt sammenligne følsomheten til alle gener for alle kjemikalier og identifisere de mest sårbare biologiske prosessene.

Upartisk tilnærming

For studien vår, mine kollegaer og jeg brukte data fra Sammenlignende toksikogenomisk database. Comparative Toxicogenomic Database samler informasjon fra tusenvis av publiserte studier om hvordan kjemikalier endrer aktiviteten til gener. Gener er seksjoner av DNA som koder for proteiner som utfører et bredt spekter av funksjoner i celler, fra å bygge vev til metaboliserende næringsstoffer. Når kjemikalier påvirker gener, resulterer det i økt eller redusert produksjon av proteiner.


innerself subscribe graphic


Moderne metoder for molekylærbiologi kan oppdage endringer i aktiviteten til alle gener i genomet som svar på en kjemisk fornærmelse. Jeg utviklet en tilnærming som overlapper lister over endrede gener fra forskjellige studier for å beregne hvor mange ganger hvert gen ble påvirket. De resulterende tallene gjenspeiler generelt sensitiviteten til gener for kjemikalier.

Ved hjelp av 2,169 studier på mus, rotter, mennesker og deres celler rangerte forskningsgruppen sensitiviteten til 17,338 gener for kjemiske eksponeringer. Disse studiene testet virkningen av 1,239 forskjellige kjemikalier, alt fra reseptbelagte medisiner til miljøforurensende stoffer.

I neste trinn kjørte vi tester for å sikre at denne prøven på over 1,000 kjemikalier var stor nok til å pålitelig representere alle klasser av menneskeskapte kjemikalier mennesker blir utsatt for. For å gjøre dette, målte vi sensitiviteten til gener for den ene halvdelen av denne listen, og deretter for en annen å teste om enda et mindre antall kjemikalier pålitelig kan identifisere sensitive gener. Resultatene var oppmuntrende - verdiene til genfølsomhet var nesten identiske i de to forsøkene.

Mobilforsvarssystem reagerer på kjemikalier

Cellene våre er ikke helt hjelpeløse når de utsettes for kjemiske fornærmelser. Faktisk, de ha strategier for å håndtere stress og skade forårsaket av kjemikalier. Våre data bekrefter at disse garantiene blir aktive som svar på eksponeringer.

Denne forsvarslinjen inkluderer enzymer som eliminerer giftige kjemikalier, demper oksidativt stress (akkumulering av reaktive radikaler i celler), reparerer skadet DNA og proteiner, og identifiserer sterkt skadede celler for å utløse deres død og hindre dem i å bli kreftfremkallende.

Could exposure to man-made chemicals be boosting obesity rates around the world?Kan eksponering for menneskeskapte kjemikalier øke fedmen rundt om i verden? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

Metabolisme av lipider og karbohydrater er sårbar

Overraskende fant vi at molekylære nettverk som er involvert i reguleringen av cellulær metabolisme er mest følsomme for kjemiske eksponeringer. En av dem er PPAR-signalering. PPAR er en gruppe proteiner som regulerer energibalanse og metabolisme av lipider og glukose.

Øker eller faller i PPARs aktivitet bidrar til fedme, metabolsk syndrom, diabetes og fettlever. Evnen til noen miljøkjemikalier for å påvirke PPAR ble vist før. Imidlertid forventet vi ikke å se sensitiviteten til PPAR for et veldig bredt spekter av forbindelser.

Vi oppdaget også at gener som er involvert i utviklingen av betaceller i bukspyttkjertelen, som utskiller insulin og spiller en nøkkelrolle i glukosemetabolismen, undertrykkes av et flertall kjemikalier i listen vår. Dysfunksjon av betaceller resulterer i diabetes. Dermed kan kumulativ kjemisk eksponering være en betydelig risikofaktor for diabetes.

I dag er en epidemi av metabolsk sykdom et stort folkehelseproblem. Utbredelsen av fedme nesten tredoblet mellom 1975 og 2016. Omtrent 40% av amerikanerne vil utvikle type 2-diabetes i løpet av livetog 33% -88% har fettlever. Sammenhengen mellom eksponering og metabolske sykdommer ble vist tidligere for noen kjemikalier med hormonforstyrrende egenskaper. Imidlertid ble rollen til et bredt utvalg av menneskeskapte kjemikalier i denne epidemien ikke anerkjent før, men kan være betydelig.

Vekst, aldring og immunforsvaret

To hormoner involvert i vekst - veksthormon (GH) og insulinlignende vekstfaktor (IGF1) - påvirkes også av eksponering for kjemikalier.

IGF1 er et hormon utskilles hovedsakelig av leveren. Det er anerkjent som en hovedregulator for kroppsvekst. I tillegg viser flere mus eksperimenter at redusert GH-IGF1 signalering gir lengre levetid. Denne banen bestemmer også om celler vil bruk energi til å bygge nye molekyler kroppen trenger, eller hvis de vil bryte ned eksisterende molekyler for å frigjøre energi som organismen kan bruke. Kjemikalienes evne til å påvirke denne sentrale regulatoren for vekst og aldring er et nytt funn. Hvilke helseproblemer kan være på grunn av følsomheten til GH-IGF1, er ennå ikke avdekket.

Analysen vår indikerer at gener som styrer immunresponsen også er svært følsomme for kjemikalier.

To hovedresultater av et dysfunksjonelt immunsystem er allergi og autoimmunitet. Prevalens for begge forhold følger oppadgående trender. Matallergier økte fra 3.4% til 5.1% mellom 1997 og 2011 blant barn i USA Hudallergier økte fra 7.4% til 12.5% i samme periode. En annen studie viste en 5% økning i blodmarkør for autoimmun sykdom i amerikanere i perioden 1988-2012.

Alle molekylære baner er følsomme for kjemikalier

Samlet sett fant vi ut at nesten alle kjente veier kan bli påvirket av kjemikalier. Dette funnet har betydelige implikasjoner for regulatorisk toksikologi.

Med stadig økende antall menneskeskapte kjemikalier, samfunnet trenger å utvikle seg raske og kostnadseffektive metoder av toksisitetstesting.

Et viktig spørsmål som fortsatt er ubesvart er hvilke veier som skal dekkes ved testing for å sikre at regulatorer ikke godkjenner kjemikalier som skader eller forstyrrer kritiske molekylære kretsløp. Våre data antyder at vi trenger å utvikle tester som dekker alle kjente molekylære veier uten unntak.

Studien vår skisserer nye prioriteringer for toksikologisk forskning, inkludert rollen som kjemisk eksponering for metabolsk helse, immunsystem, utvikling og aldring.The Conversation

om forfatteren

Alexander Suvorov, assisterende professor, University of Massachusetts Amherst

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bøker om miljøet fra Amazons bestselgerliste

"Stille vår"

av Rachel Carson

Denne klassiske boken er et landemerke i miljøvernets historie, og trekker oppmerksomheten til skadevirkningene av plantevernmidler og deres innvirkning på den naturlige verden. Carsons arbeid bidro til å inspirere den moderne miljøbevegelsen og er fortsatt relevant i dag, mens vi fortsetter å kjempe med utfordringene med miljøhelse.

Klikk for mer info eller for å bestille

"Den ubeboelige jorden: Livet etter oppvarming"

av David Wallace-Wells

I denne boken gir David Wallace-Wells en sterk advarsel om de ødeleggende effektene av klimaendringer og det presserende behovet for å håndtere denne globale krisen. Boken trekker på vitenskapelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for å gi et nøkternt blikk på fremtiden vi står overfor hvis vi ikke tar grep.

Klikk for mer info eller for å bestille

"The Hidden Life of Trees: Hva de føler, hvordan de kommuniserer? Oppdagelser fra en hemmelig verden"

av Peter Wohlleben

I denne boken utforsker Peter Wohlleben trærnes fascinerende verden og deres rolle i økosystemet. Boken bygger på vitenskapelig forskning og Wohllebens egne erfaringer som skogbruker for å gi innsikt i de komplekse måtene trær samhandler med hverandre og naturen på.

Klikk for mer info eller for å bestille

"Huset vårt er i brann: Scener av en familie og en planet i krise"

av Greta Thunberg, Svante Thunberg og Malena Ernman

I denne boken gir klimaaktivisten Greta Thunberg og hennes familie en personlig beretning om deres reise for å øke bevisstheten om det presserende behovet for å ta tak i klimaendringer. Boken gir en kraftfull og rørende beretning om utfordringene vi står overfor og behovet for handling.

Klikk for mer info eller for å bestille

"Den sjette utryddelsen: en unaturlig historie"

av Elizabeth Kolbert

I denne boken utforsker Elizabeth Kolbert den pågående masseutryddelsen av arter forårsaket av menneskelig aktivitet, ved å trekke på vitenskapelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for å gi et nøkternt blikk på virkningen av menneskelig aktivitet på den naturlige verden. Boken tilbyr en overbevisende oppfordring til handling for å beskytte mangfoldet av liv på jorden.

Klikk for mer info eller for å bestille

al