البلاستيك النانوي: يعيد تشكيل ميكروبات الأمعاء، ويضعف دفاعات الأمعاء

البلاستيك النانوي: يعيد تشكيل ميكروبات الأمعاء، ويضعف دفاعات الأمعاء

تُظهر الأبحاث كيف تتلاعب الجسيمات النانوية غير المرئية بالهواتف المحمولة وتقوض الميكروبيوم الدقيق في أمعائك، مما يثير أسئلة جديدة حول المخاطر الصحية غير المرئية للمواد البلاستيكية النانوية البيئية.

يذاكر:تعمل المواد البلاستيكية النانوية المصنوعة من البوليسترين على تعطيل البيئة المكروية المعوية عن طريق تغيير التفاعلات بين البكتيريا المضيفة من خلال الرنا الميكروي الذي يتم توصيله إلى الحويصلات خارج الخلية. مصدر الصورة: Sivstockstudio/Shutterstock.com

يمكن أن يؤدي التعرض للبلاستيك النانوي المصنوع من البوليسترين إلى تعطيل صحة الأمعاء عن طريق تغيير التفاعلات بين البكتيريا وتعطيل البيئة الدقيقة للأمعاء. دراسة نشرت مؤخرا فيالتواصل مع الطبيعةالتحقيق في كيفية تأثير التعرض لبلاستيك البوليسترين النانوي على صحة الإنسان، مع التركيز على التفاعلات بين البكتيريا والمضيف.

تأثير التعرض للبلاستيك النانوي على صحة الإنسان

يتعرض الناس في كثير من الأحيان لشظايا بلاستيكية في جميع أنحاء السلسلة الغذائية، مما يثير تساؤلات حول تأثيرها على ميكروبيوم الأمعاء. يؤدي تحلل أنواع مختلفة من البلاستيك مثل البوليسترين (PS) والبولي فينيل كلورايد (PVC) والبولي إيثيلين (PE) إلى تطوير المواد البلاستيكية الدقيقة (MP) واللدائن النانوية (NP).

أظهرت العديد من الدراسات أن التعرض لـ MP أو NP يمكن أن يسبب تلفًا في المكونة للدم وإصابة الكبد واضطرابات الخصية في الثدييات من خلال خلل التنسج المعوي. وقد أظهرت هذه الدراسات أيضًا أن التعرض لـ PS-MP وPE-MP يؤدي إلى الالتهاب، واختلال التوازن المناعي، وخلل في الحاجز المعوي. على وجه التحديد، يؤدي التعرض لـ PE-MP إلى تغيير التركيب الميكروبي للأمعاء، مما يؤدي إلى زيادة انتقائية في مسببات الأمراضالمكورات العنقودية الذهبية. هذا NP يعزز أيضًا الالتهاب المعوي.

على الرغم من فهم التأثيرات السامة لـ MP وNP على البشر، فقد درست القليل من الدراسات التفاعل بين المواد البلاستيكية المجهرية وميكروبات الأمعاء والمضيف. علاوة على ذلك، فإن الآلية الأساسية التي يؤثر بها البلاستيك المجهري على صحة الإنسان لا تزال غير مدروسة نسبيًا.

اقترحت العديد من الدراسات أن NPs أكثر ضررًا من MPS نظرًا لصغر حجمها. وهذا يسمح لهم باختراق الأنسجة والأعضاء والتأثير بسهولة على وظائفهم البيولوجية. من الضروري فهم المسار الدقيق الذي تسبب به NPs خلل التنسج المعوي والتأثير على صحة الأمعاء.

الحويصلات خارج الخلية (EVs) عبارة عن أكياس دهنية ثنائية الطبقة صغيرة محاطة بغشاء تفرزها الخلايا الحيوانية والبكتيريا. تحمل هذه الهياكل الكروية محتويات متنوعة بما في ذلك DNA وRNAs والبروتينات والدهون. تلعب المركبات الكهربائية دورًا حاسمًا في التواصل بين الخلايا. أظهرت الدراسات السابقة أن EVs غالبًا ما تتوسط في التفاعل بين الكائنات الحية الدقيقة والظهارة المعوية وتؤثر على صحة الأمعاء ووظيفتها.

حول الدراسة

افترضت الدراسة الحالية أن NP يؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على تكوين الكائنات الحية الدقيقة من خلال EVs. عديدفي الجسم الحيوفي المختبروأجريت تجارب لاختبار هذه الفرضية. على سبيل المثال، تم تأكيد حجم وعدد NPs المستخدمة في هذه الدراسة باستخدام تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA).

تم تعريض الفئران الذكور البالغة من العمر ستة أسابيع إلى NPs المسمى بالفلورسنت لفحص توزيعها في الأعضاء. تم إجراء الامتصاص الخلوي للـ NPs والتحليل الكيميائي الحيوي في الدم وPCR في الوقت الحقيقي واللطخة الغربية.

لفهم كيفية تأثير NP على الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء، تم إعطاء البوليسترين المجهري (100 نانومتر) عن طريق الفم للفئران أربع مرات في الأسبوع لمدة 12 أسبوعًا، وتحديدًا في الأيام 1 و3 و5 و7 من كل أسبوع. تم الحفاظ على سلسلة من فئران التحكم التي لم يتم علاجها بـ NP كمرجع.

نتائج الدراسة

وقد لوحظ تراكم NP (100 نانومتر) في نقاط زمنية مختلفة بين 3 دقائق و48 ساعة. في الدراسة الحالية، تم العثور على مستويات NP كبيرة في الأمعاء الدقيقة والكبد والأعور والقولون لدى فئران الدراسة.

أدى التعرض للـ NP عن طريق الفم إلى زيادة وزن الجسم مقارنة بالفئران في المجموعة الضابطة. ومع ذلك، كانت الزيادة معتدلة ولم تترافق مع تغيرات كبيرة في الأنسجة الدهنية البيضاء أو وزن الكبد. لم يلاحظ أي تغيرات كبيرة في وزن الكبد أو الأنسجة الدهنية البيضاء. لم يتم ملاحظة تقصير الأمعاء في الفئران المعرضة للـ NP، مما يعني أن البكتيريا المعوية، وليس الالتهاب، كانت الهدف الرئيسي للتأثيرات التي يسببها NP.

كشف التحليل الكيميائي الحيوي أن التعرض للـ NP لمدة 12 أسبوعًا لم يغير بشكل كبير إنزيم ناقلة أمين الأسبارتات في الدم (AST)، أو ناقلة أمين الألانين (ALT)، أو الكرياتينين (CRE)، أو نيتروجين اليوريا في الدم (BUN). تشير هذه النتيجة إلى أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء والحاجز يمكن أن تتأثر بشكل مباشر بالـ NP.

في الدراسة الحالية، وجد أن NP يمكن أن يخترق خلايا Caco-2 المتمايزة الشبيهة بالخلايا المعوية وأمعاء الفأر بعد 24 ساعة من العلاج. بعد الدخول، فإنه يقلل من التعبير عن بروتينات الوصلات الضيقة، بما في ذلك zonula occludens-1 (ZO-1) وoccludins (OCC). يسبب هذا الاضطراب تلفًا معويًا مميزًا، بما في ذلك زيادة نفاذية الأمعاء أو تسرب الأمعاء.

أظهر تحليل علم الجينات (GO) أن التعرض للـ NP أدى إلى تغيير كبير في التعبير الجيني المعوي لدى الفئران ووظائف التمثيل الغذائي. كشف تحليل المكون الرئيسي (PCA) لتنوع microRNA (miRNA) في براز الفأر أن التعرض NP أدى إلى تعديل ملامح miRNA بشكل كبير وتقليل تنوع miRNAs المحددة. اكتشف المزيد من التحليل المتعمق دور miRNAs كمنظمين للوظائف الفسيولوجية الأولية، وخاصة تلك المرتبطة بوصلات الخلايا المعوية.

تشير النتائج التجريبية إلى أن NP يمكن أن يعطل التعبير عن بروتينات الوصلات الضيقة عن طريق تنظيم miRNAs في الخلايا المعوية، مما يؤدي في النهاية إلى تعطيل البيئة المعوية. أظهر التحليل التنبؤي أن التعرض NP أثر على miRNAs مثل AS-MIR-98-3P، HAS-MIR-548H-3P، HAS-MIR-548Z، HAS-MIR-548D-3P، HAS-MIR-548AZ-5P، HAS-MIR-12136 وHAS-MIR-MIR-3P التعبير على ZO-101-MIR-3P ينظم التعبير.

علاوة على ذلك، وجدت الدراسة أن التعرض للـ NP زاد من التعبير عن miRNAs الخاصة بالماوس مثل MMU-MIR-501-3p وMMU-MIR-700-5p، مما يعطل أيضًا التعبير عن ZO-1 وMUC-13.

كشفت الكيمياء المناعية (ICC) و qPCR وتحليل اللطخة الغربية أن علاج NP قلل من تعبير MUC-13 في الفئران وخلايا Caco-2 المتمايزة الشبيهة بالخلايا المعوية.

مع التعرض لفترة طويلة للNP، زادت الأنواع البكتيرية الفريدة وانخفضت في البداية. وكان التأثير الأكثر بروزًا هو التحول في الوفرة النسبية لأنواع بكتيرية معينة، بدلاً من مجرد فقدان التنوع الإجمالي. على سبيل المثال، انخفضت العصيات اللبنية وزادت العصيات اللبنية.

ووجدت الدراسة أيضًا أن أكرمانسيا، وهي بكتيريا بروبيوتيك من الجيل التالي، زادت وفرتها في الفئران المعرضة للـ NP، خاصة في أوقات لاحقة. أظهرت النتائج التجريبية أن تأثير NP على ميكروبيوم الأمعاء لم يكن ناجمًا بشكل مباشر عن سمية NP ولكن عن طريق آليات أخرى.

على وجه التحديد، أظهرت الدراسة أن التغييرات تمت بوساطة الحويصلات خارج الخلية (EVs) المستمدة من الخلايا المعوية وبعض البكتيريا بدلاً من التأثيرات السامة المباشرة للـ NP على نمو البكتيريا.لاخنوسبيراسيامن هؤلاء من SP. لم تؤثر EVs المشتقة على نمو البكتيريا المعوية.

حداثة هذه الدراسة تكمن في اكتشاف آلية محددة. يغير NP البيئة المكروية المعوية عن طريق تعديل توصيل miRNAs بوساطة EV، مما يؤدي بعد ذلك إلى تعطيل الحاجز المعوي والتأثير بشكل انتقائي على نمو الأصناف البكتيرية. يمثل هذا مسارًا موصوفًا حديثًا في سياق سمية NP.

الاستنتاجات

اقترحت الدراسة الحالية أن NP يشمل بعض الأصناف البكتيرية بما في ذلكلاخنوسبيراسياوالكرشات. يتم التوسط في تغيير ميكروبيوم الأمعاء عند التعرض للـ NP من خلال تفاعلات الكائنات الحية الدقيقة المضيفة من خلال EV. تم تناول NP بواسطة Lachnospiraceae، مما أدى إلى تعبير mucin-13 المكبوت.

بالإضافة إلى ذلك، تم إطلاق EVs من الخلايا الشبيهة بالكوفليت بعد التعرض للـ NP مما عزز نمو الخلاياالكرشاتحاضرتسليط الضوء على التفاعل المعقد بين الحويصلات المشتقة والبكتيرية.

هناك حاجة إلى مزيد من البحث حول آثار NPs على صحة الإنسان والبيئة. في حين أن هذه النتائج توفر رؤى جديدة حول كيفية تأثير NP على صحة الأمعاء، فمن المهم ملاحظة أن التجارب أجريت على الفئران. ولا يزال يتعين تحديد مدى صلة الجرعات والنتائج بالتعرض البشري النموذجي.

قم بتنزيل نسختك PDF الآن!

مصادر: