De fleste gener i menneskekroppen kan forstyrres af menneskeskabte kemikalier. Göran Andersson / Getty Images

I dag udsættes mennesker for tusinder af menneskeskabte kemikalier. Alligevel forstås virkningerne på folks sundhed stadig ikke fuldt ud.

I 2020 nåede antallet af registrerede kemikalier 167 millioner. Hver dag udsættes folk for dem gennem mad, vand, forurenet luft, stoffer, kosmetik og andre menneskeskabte stoffer. Mindre end 1% af disse kemikalier blev testet for toksicitet, og dem, der blev testet, viser evnen til at forstyrre næsten enhver biologisk proces i vores krop. Kan vi udlede, hvordan kumulative eksponeringer former vores helbred?

Jeg er en toksikolog for miljøet studere effekter af menneskeskabte kemikalier på vores helbred. Jeg besluttede at udvikle mig en beregningsmæssig tilgang at objektivt sammenligne følsomheden af ​​alle gener over for alle kemikalier og identificere de mest sårbare biologiske processer.

Upartisk tilgang

Til vores undersøgelse, mine forskerkolleger og jeg brugte data fra Sammenlignende toksikogenomisk database. Comparative Toxicogenomic Database indsamler information fra tusinder af offentliggjorte undersøgelser om, hvordan kemikalier ændrer genernes aktivitet. Gener er sektioner af DNA, der koder for proteiner, der udfører en bred vifte af funktioner i celler, fra opbygning af væv til metaboliserende næringsstoffer. Når kemikalier påvirker gener, resulterer det i øget eller nedsat produktion af proteiner.

Moderne metoder til molekylærbiologi kan detektere ændringer i aktiviteten af ​​alle gener i genomet som reaktion på en kemisk fornærmelse. Jeg udviklede en tilgang, der overlapper lister over ændrede gener fra forskellige undersøgelser for at beregne, hvor mange gange hvert gen blev påvirket. De resulterende tal afspejler generens følsomhed over for kemikalier generelt.

Ved hjælp af 2,169 studier på mus, rotter, mennesker og deres celler rangerede min forskningsgruppe følsomheden af ​​17,338 gener over for kemiske eksponeringer. Disse undersøgelser testede virkningen af ​​1,239 forskellige kemikalier lige fra receptpligtig medicin til miljøforurenende stoffer.

På det næste trin kørte vi tests for at sikre, at denne prøve på over 1,000 kemikalier var stor nok til pålideligt at repræsentere alle klasser af menneskeskabte kemikalier, som folk udsættes for. For at gøre det målte vi generens følsomhed for den ene halvdel af denne liste og derefter for en anden for at teste, om endnu et mindre antal kemikalier pålideligt kan identificere følsomme gener. Resultaterne var opmuntrende - værdierne for gensensitiviteter var næsten identiske i de to forsøg.

Cellular forsvarssystem reagerer på kemikalier

Vores celler er ikke helt hjælpeløse, når de udsættes for kemiske fornærmelser. Faktisk er de besidde strategier til håndtering af stress og skader forårsaget af kemikalier. Vores data bekræfter, at disse beskyttelsesforanstaltninger bliver aktive som reaktion på eksponeringer.

Denne forsvarslinje inkluderer enzymer, der fjerner giftige kemikalier, lindrer oxidativt stress (ophobning af reaktive radikaler i celler), reparerer beskadiget DNA og proteiner og identificerer stærkt beskadigede celler for at udløse deres død og forhindre dem i at blive kræftformede.

Kunne eksponering for menneskeskabte kemikalier øge fedme i hele verden? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images

Metabolisme af lipider og kulhydrater er sårbar

Overraskende fandt vi, at molekylære netværk, der er involveret i reguleringen af ​​cellulær metabolisme, er mest følsomme over for kemiske eksponeringer. En af dem er PPAR-signalering. PPAR'er er en gruppe proteiner, der regulerer energibalance og metabolisme af lipider og glukose.

Stigninger eller fald i PPAR-aktiviteter bidrager til fedme, metabolisk syndrom, diabetes og fedtleversygdom. Evnen hos nogle miljømæssige kemikalier at påvirke PPAR'er blev vist før. Vi forventede imidlertid ikke at se PPARs følsomhed over for en meget bred vifte af forbindelser.

Vi opdagede også, at gener involveret i udviklingen af ​​betaceller i bugspytkirtlen, som udskiller insulin og spiller en nøglerolle i glukosemetabolismen, undertrykkes af et flertal af kemikalier på vores liste. Dysfunktion af betaceller resulterer i diabetes. Således kan kumulative kemiske eksponeringer være en væsentlig risikofaktor for diabetes.

I dag er en epidemi af metabolisk sygdom et stort folkesundhedsproblem. Udbredelsen af fedme næsten tredoblet mellem 1975 og 2016. Rundt regnet 40% af amerikanerne vil udvikle type 2-diabetes i løbet af deres livog 33% -88% har fedtlever. Forbindelse mellem eksponeringer og metaboliske sygdomme blev tidligere vist for nogle kemikalier med hormonforstyrrende egenskaber. Imidlertid blev rollen som en bred vifte af menneskeskabte kemikalier i denne epidemi ikke anerkendt før, men kan være betydelig.

Vækst, aldring og immunsystemet

To hormoner involveret i vækst - væksthormon (GH) og insulinlignende vækstfaktor (IGF1) - påvirkes også af eksponering for kemikalier.

IGF1 er et hormon udskilles hovedsageligt af leveren. Det er anerkendt som en vigtig regulator for kropsvækst. Derudover viser flere museforsøg, at nedsat GH-IGF1-signalering resulterer i længere levetid. Denne vej bestemmer også, om cellerne vil brug energi til at opbygge nye molekyler, som kroppen har brug for, eller hvis de nedbryder eksisterende molekyler for at frigive energi, som organismen kan bruge. Kemikaliernes evne til at påvirke denne centrale regulator for vækst og aldring er et nyt fund. Hvilke sundhedsmæssige problemer kan være på grund af følsomheden af ​​GH-IGF1, er endnu ikke afdækket.

Vores analyse indikerer, at gener, der styrer immunresponset, også er meget følsomme over for kemikalier.

To hovedresultater af et dysfunktionelt immunsystem er allergi og autoimmunitet. Prævalens for begge forhold følger opadgående tendenser. Fødevareallergi steg fra 3.4% til 5.1% mellem 1997 og 2011 blandt børn i USA Hudallergier steg fra 7.4% til 12.5% i samme periode. En anden undersøgelse viste en 5% stigning i blodmarkør for autoimmun sygdom i amerikanere i perioden 1988-2012.

Alle molekylære veje er følsomme over for kemikalier

Samlet set fandt vi ud af, at næsten alle kendte veje kan blive påvirket af kemikalier. Dette fund har væsentlige konsekvenser for regulatorisk toksikologi.

Med et stadigt stigende antal menneskeskabte kemikalier, samfundet har brug for at udvikle sig hurtige og omkostningseffektive metoder af toksicitetstest.

Et vigtigt spørgsmål, der stadig er ubesvaret, er, hvilke veje der skal dækkes ved test for at sikre, at regulatorer ikke godkender kemikalier, der skader eller forstyrrer kritiske molekylære kredsløb. Vores data antyder, at vi har brug for at udvikle tests, der dækker alle kendte molekylære veje uden undtagelse.

Vores undersøgelse skitserer nye prioriteter for toksikologisk forskning, herunder kemisk eksponering for metabolisk sundhed, immunsystem, udvikling og aldring.

Om forfatteren

Alexander Suvorov, adjunkt, University of Massachusetts Amherst

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

bøger_miljø