Nanoplastik -Umgestaltungsdarmmikrobiom, schwächen Darmverteidigung

Untersuchungen zeigen, wie unsichtbare Nanopartikel die Mobiltelefone manipulieren und das empfindliche Mikrobiom Ihres Darms untergraben und neue Fragen zu den unsichtbaren Gesundheitsrisiken von Umwelt -Nanoplastik aufwirft.

Studie: Polystyrol-Nanoplastik stören die intestinale Mikroumgebung, indem sie Bakterien-Wirt-Wechselwirkungen durch extrazelluläre Vesikel-ausgelieferte microRNAs verändern. Bildnachweis: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Die Exposition von Polystyrol-Nanoplastik kann die Darmgesundheit stören, indem sie die Wechselwirkungen zwischen Bakterien verändert und die Darmmikroumgebung stören. Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Naturkommunikation Untersuchte, wie Polystyrol-nanoplastische Exposition die menschliche Gesundheit beeinflusst und sich auf Bakterien-Wirt-Wechselwirkungen konzentriert.

Die Wirkung der nanoplastischen Exposition auf die menschliche Gesundheit

Menschen sind häufig Plastikfragmenten in der gesamten Nahrungskette ausgesetzt, was Fragen zu ihren Auswirkungen auf das Darmmikrobiom aufwirft. Der Abbau verschiedener Arten von Kunststoffen wie Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyethylen (PE) führt zur Entwicklung von Mikroplastik (MP) und Nanoplastik (NP).

Mehrere Studien haben gezeigt, dass die MP- oder NP -Exposition durch Darmdysbiose hämatopoetische Schäden, Leberverletzungen und Hodenstörungen bei Säugetieren verursachen kann. Diese Studien haben auch gezeigt, dass PS-MP- und PE-MP-Exposition Entzündungen, Immunungleichgewichte und Darmbarrierenfunktionsstörungen induzieren. Insbesondere verändert die PE-MP-Exposition die mikrobielle Zusammensetzung der Darm, indem sie einen selektiven Anstieg von Pathogen bevorzugen Staphylococcus aureus. Dieser NP fördert auch eine Darmentzündung.

Trotz des Verständnisses der toxischen Wirkungen von MP und NP beim Menschen haben nur wenige Studien die Wechselwirkung zwischen mikroskopischen Kunststoffen, Darmmikrobiota und Wirt untersucht. Darüber hinaus bleibt der zugrunde liegende Mechanismus, durch den mikroskopischer Kunststoff die menschliche Gesundheit beeinflusst, relativ untersucht.

Mehrere Studien haben vorgeschlagen, dass NPs aufgrund ihrer geringeren Größe schädlicher sind als MPS. Dies ermöglicht es ihnen, Gewebe und Organe zu durchdringen und ihre biologischen Funktionen leicht zu beeinflussen. Das Verständnis des genauen Weges, durch den NPs Darmdysbiose verursachen und die Darmgesundheit beeinflussen, ist unerlässlich.

Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind winzige, membrangebundene Lipiddoppelschichtsäcke, die von tierischen Zellen und Bakterien freigesetzt werden. Diese kugelförmigen Strukturen tragen unterschiedliche Inhalte, einschließlich DNA, RNAs, Proteine ​​und Lipiden. EVs spielen eine entscheidende Rolle bei der interzellulären Kommunikation. Frühere Studien haben gezeigt, dass EVs häufig die Wechselwirkung zwischen Mikrobiota und Darmpithel vermitteln und die Darmgesundheit und -funktion beeinflussen.

Über die Studie

Die aktuelle Studie stellte die Hypothese auf, dass NP direkt oder indirekt die Mikrobiota -Zusammensetzung durch EVs beeinflusst. Mehrere In vivo Und in vitro Experimente wurden durchgeführt, um diese Hypothese zu testen. Beispielsweise wurden die Größe und Anzahl der in dieser Studie verwendeten NP unter Verwendung der Nanopartikel -Tracking -Analyse (NTA) bestätigt.

Sechs Wochen alte männliche Mäuse wurden fluoreszenzmarkierten NPs ausgesetzt, um ihre Verteilung in Organen zu untersuchen. Die zelluläre Aufnahme von NPs, eine biochemische Serumanalyse, Echtzeit-PCR und Western Blot wurden durchgeführt.

Um zu verstehen, wie sich NP auf Darmmikrobiota auswirkt, wurde mikroskopische Polystyrol (100 nm) 12 Wochen lang viermal pro Woche oral an den Mäusen verabreicht, insbesondere an den Tagen 1, 3, 5 und 7 von pro Woche. Eine Reihe von Kontrollmäusen, die nicht mit NP behandelt wurden, wurde als Referenz gehalten.

Studienergebnisse

Die Akkumulation von NP (100 nm) wurde zu unterschiedlichen Zeitpunkten zwischen 3 Minuten und 48 Stunden beobachtet. In der aktuellen Studie wurde im Dünndarm, der Leber, des Cecum und des Dickdarms der Studienmäuse signifikante NP -Werte festgestellt.

Die orale NP -Exposition erhöhte das Körpergewicht im Vergleich zu Mäusen in der Kontrollgruppe. Der Anstieg war jedoch moderat und nicht mit signifikanten Veränderungen des weißen Fettgewebes oder des Lebergewichts verbunden. Es wurden keine signifikanten Veränderungen des Lebergewichts oder des weißen Fettgewebgewebs beobachtet. Darmkürzung wurde bei NP-exponierten Mäusen nicht beobachtet, was implizierte, dass Darmbakterien und nicht eine Entzündung das primäre Ziel von NP-induzierten Effekten waren.

Die biochemische Analyse ergab, dass 12 Wochen NP -Exposition die Serum -Aspartat -Aminotransferase (AST), Alanin -Aminotransferase (ALT), Kreatinin (CRE) oder Blut Harnstoff -Nitrogen (BUN) nicht signifikant modifizierten. Dieser Befund legt nahe, dass die Darmmikrobiota und die Barriere direkt durch NP beeinflusst werden können.

In der aktuellen Studie wurde festgestellt, dass NP nach 24 Stunden Behandlung in die Enterozyten-ähnlichen differenzierten Caco-2-Zellen und den Darm des Maus durchdringen könnte. Nach dem Eintritt verringert es die Expression von engen Übergangsproteinen, einschließlich Zonula occludens-1 (ZO-1) und Occludins (OCC). Diese Störung verursacht charakteristische Darmschäden, einschließlich einer erhöhten Darmpermeabilität oder und undichtem Darm.

Die GO -Analyse der Gen -Ontologie (GO) zeigte, dass die NP -Exposition die Darm -Genexpression und die Stoffwechselfunktionen der Mäuse signifikant veränderte. Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) der MicroRNA (miRNA) -Diversität in Mauskot ergab, dass die NP -Exposition miRNA -Profile erheblich modifizierte und die Vielfalt spezifischer miRNAs verringerte. Eine weitere eingehende Analyse entdeckte die Rolle von miRNAs als Regulator der primären physiologischen Funktionen, insbesondere solche, die mit Darmzellverbindungen assoziiert sind.

Experimentelle Befunde deuten darauf hin, dass NP die Expression der engen Übergangsproteine ​​durch Regulierung miRNAs in Darmzellen stören könnte, was letztendlich die Darmumgebung stört. Die prädiktive Analyse zeigte, dass die NP-Exposition miRNAs wie AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 und HAS-MIR-MIR-3P-Ausdruck auf der ZO-101-MIR-3P-Expression reguliert.

Darüber hinaus wurde in der Studie festgestellt, dass die NP-Exposition die Expression von mausspezifischen miRNAs wie MMU-MIR-501-3p und MMU-MIR-700-5p erhöhte, die auch die Expression von ZO-1 und MUC-13 stören.

Die Immunzytochemie (ICC), die qPCR und die Western-Blot-Analyse ergab, dass die NP-Behandlung die MUC-13-Expression in Mäusen und Enterozyten-ähnliche differenzierte Caco-2-Zellen verringert.

Bei einer längeren NP -Exposition nahmen die einzigartige Bakterienspezies zunächst zu und nahmen ab. Der bemerkenswerteste Effekt war eine Verschiebung der relativen Häufigkeit spezifischer bakterieller Taxa und nicht ein einfacher Verlust der Gesamtdiversität. Zum Beispiel nahm Lactobacillaceae ab und Ruminococcaceae nahm zu.

In der Studie wurde auch festgestellt, dass Akkermansia, ein probiotisches Bakterium der nächsten Generation, die Häufigkeit bei NP-exponierten Mäusen, insbesondere zu späteren Zeiten, erhöhte. Experimentelle Befunde zeigten, dass der Einfluss von NP auf das Darmmikrobiom nicht direkt durch NP -Toxizität, sondern durch andere Mechanismen verursacht wurde.

Insbesondere zeigt die Studie, dass die Veränderungen durch extrazelluläre Vesikel (EVs) vermittelt wurden, die aus Darmzellen und bestimmten Bakterien anstelle der direkten toxischen Wirkungen von NP auf das Bakterienwachstum abgeleitet wurden. Lachnospiraceae Von den von SP. abgeleitete Elektrofahrzeuge beeinflussten das Wachstum von Darmbakterien nicht.

Die Neuheit dieser Studie liegt in der Aufdeckung eines spezifischen Mechanismus. NP verändert die Darmmikroumgebung durch Modulation der EV-vermittelten Abgabe von miRNAs, die dann die Darmbarriere stören und das Wachstum von bakteriellen Taxa selektiv beeinflussen. Dies stellt einen neu beschriebenen Weg im Kontext der NP -Toxizität dar.

Schlussfolgerungen

Die aktuelle Studie legte vor, dass NP bestimmte bakterielle Taxa umfasst, einschließlich Lachnospiraceae Und Ruminococcaceae. Die Veränderung des Darmmikrobioms bei der NP-Exposition wird durch Wirts-Mikrobiota-Wechselwirkungen durch EV vermittelt. NP wurde von Lachnospiraceae aufgenommen, die unterdrückte Mucin-13-Expression ausgelöst wurde.

Zusätzlich förderten EVs, die aus kaufletähnlichen Zellen freigesetzt wurden, nachdem die NP-Exposition das Wachstum von fördert hat RuminococcaceaeAnwesend Hervorhebung eines komplexen Zusammenspiels zwischen abgeleiteten und bakteriellen Vesikeln.

Weitere Untersuchungen zur Auswirkungen von NP auf die Gesundheit von Menschen und Umwelt sind erforderlich. Während diese Ergebnisse neue Erkenntnisse darüber liefern, wie NP die Darmgesundheit stören kann, ist es wichtig zu beachten, dass die Experimente bei Mäusen durchgeführt wurden. Die Relevanz der Dosen und Befunde für typische menschliche Expositionen muss noch ermittelt werden.

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Quellen: