Нанопластика - Ремоделира чревния микробиом, отслабва защитните сили на червата

Нанопластика - Ремоделира чревния микробиом, отслабва защитните сили на червата

Изследванията показват как невидимите наночастици манипулират клетъчните телефони и подкопават деликатния микробиом на червата ви, повдигайки нови въпроси относно невидимите рискове за здравето от екологичните нанопластики.

проучване:Полистиреновата нанопластика разрушава чревната микросреда чрез промяна на взаимодействията бактерия-гостоприемник чрез извънклетъчни микроРНК, доставени от везикули. Снимка: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Излагането на полистиренови нанопластики може да наруши здравето на червата чрез промяна на взаимодействията между бактериите и разрушаване на чревната микросреда. Наскоро публикувано проучване вОбщуване с природатаИзследва как излагането на нанопластика от полистирен влияе върху човешкото здраве, като се фокусира върху взаимодействията между бактерии и гостоприемници.

Ефектът от излагането на нанопласт върху човешкото здраве

Хората често са изложени на пластмасови фрагменти по цялата хранителна верига, което повдига въпроси за тяхното въздействие върху чревния микробиом. Разграждането на различни видове пластмаси като полистирен (PS), поливинилхлорид (PVC) и полиетилен (PE) води до развитието на микропластмаси (MP) и нанопластмаси (NP).

Няколко проучвания показват, че експозицията на MP или NP може да причини увреждане на хематопоезата, увреждане на черния дроб и нарушения на тестисите при бозайници чрез чревна дисбиоза. Тези проучвания показват също, че експозицията на PS-MP и PE-MP предизвиква възпаление, имунен дисбаланс и дисфункция на чревната бариера. По-конкретно, излагането на PE-MP променя чревния микробен състав, благоприятствайки селективно увеличаване на патогенаСтафилококус ауреус. Този NP също насърчава чревно възпаление.

Въпреки разбирането на токсичните ефекти на MP и NP при хората, малко проучвания са изследвали взаимодействието между микроскопични пластмаси, чревна микробиота и гостоприемник. Освен това основният механизъм, чрез който микроскопичната пластмаса засяга човешкото здраве, остава относително недостатъчно проучен.

Няколко проучвания предполагат, че NP са по-вредни от MPS поради по-малкия си размер. Това им позволява да проникнат в тъканите и органите и лесно да повлияят на техните биологични функции. Разбирането на точния път, по който НЧ причиняват чревна дисбиоза и влияят върху здравето на червата, е от съществено значение.

Извънклетъчните везикули (EVs) са малки, свързани с мембрана липидни двуслойни торбички, освободени от животински клетки и бактерии. Тези сферични структури носят разнообразно съдържание, включително ДНК, РНК, протеини и липиди. EV играят решаваща роля в междуклетъчната комуникация. Предишни проучвания показват, че EV често медиират взаимодействието между микробиотата и чревния епител и влияят върху здравето и функцията на червата.

Относно изследването

Настоящото проучване предполага, че NP пряко или косвено влияе върху състава на микробиотата чрез EV. НяколкоIn vivoИин витроБяха проведени експерименти, за да се провери тази хипотеза. Например, размерът и броят на NP, използвани в това проучване, бяха потвърдени с помощта на анализ за проследяване на наночастици (NTA).

Шестседмични мъжки мишки бяха изложени на флуоресцентно белязани NP, за да се изследва тяхното разпределение в органите. Бяха извършени клетъчно поемане на NPs, серумен биохимичен анализ, PCR в реално време и Western blot.

За да се разбере как NP влияе върху чревната микробиота, микроскопичен полистирен (100 nm) се прилага перорално на мишките четири пъти седмично в продължение на 12 седмици, по-специално на дни 1, 3, 5 и 7 от всяка седмица. Серия от контролни мишки, които не са третирани с NP, се поддържат като еталон.

Резултати от изследването

Натрупването на NP (100 nm) се наблюдава в различни времеви точки между 3 min и 48 h. В настоящото проучване са открити значителни нива на NP в тънките черва, черния дроб, цекума и дебелото черво на изследваните мишки.

Оралната експозиция на NP повишава телесното тегло в сравнение с мишките в контролната група. Увеличението обаче е умерено и не е свързано със значителни промени в бялата мастна тъкан или теглото на черния дроб. Не са наблюдавани значителни промени в теглото на черния дроб или бялата мастна тъкан. Не се наблюдава скъсяване на червата при мишки, изложени на NP, което предполага, че чревните бактерии, а не възпалението са основната цел на индуцираните от NP ефекти.

Биохимичният анализ разкрива, че 12 седмици експозиция на NP не променя значително серумната аспартат аминотрансфераза (AST), аланин аминотрансфераза (ALT), креатинин (CRE) или уреен азот в кръвта (BUN). Това откритие предполага, че чревната микробиота и бариерата могат да бъдат пряко повлияни от NP.

В настоящото проучване беше установено, че NP може да проникне в подобните на ентероцити диференцирани Caco-2 клетки и червата на мишката след 24 часа лечение. След навлизането, той намалява експресията на протеини с плътна връзка, включително zonula occludens-1 (ZO-1) и оклудини (OCC). Това разстройство причинява характерно чревно увреждане, включително повишена чревна пропускливост или пропускливост на червата.

Анализът на генната онтология (GO) показа, че експозицията на NP значително променя чревната генна експресия и метаболитните функции на мишките. Анализът на главния компонент (PCA) на разнообразието на микроРНК (miRNA) в миши изпражнения разкрива, че експозицията на NP значително модифицира профилите на miRNA и намалява разнообразието на специфични miPHK. Допълнителен задълбочен анализ откри ролята на miPHK като регулатори на първичните физиологични функции, особено тези, свързани с чревните клетъчни връзки.

Експерименталните открития предполагат, че NP може да наруши експресията на протеините с плътна връзка чрез регулиране на miPHK в чревните клетки, което в крайна сметка нарушава чревната среда. Прогнозният анализ показа, че експозицията на NP засяга miRNAs като AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 и HAS-MIR-MIR-3P експресията на Регулирана експресия на ZO-101-MIR-3P.

Освен това, проучването установи, че експозицията на NP повишава експресията на специфични за мишката miRNAs като MMU-MIR-501-3p и MMU-MIR-700-5p, които също нарушават експресията на ZO-1 и MUC-13.

Имуноцитохимия (ICC), qPCR и Western blot анализ разкриха, че лечението с NP намалява експресията на MUC-13 в мишки и подобни на ентероцити диференцирани Caco-2 клетки.

При продължително излагане на NP уникалните бактериални видове първоначално се увеличават и намаляват. Най-забележителният ефект е промяна в относителното изобилие на специфични бактериални таксони, а не просто загуба на цялостно разнообразие. Например Lactobacillaceae намалява, а Ruminococcaceae се увеличава.

Проучването установи също, че Akkermansia, пробиотична бактерия от следващо поколение, увеличава изобилието при мишки, изложени на NP, особено в по-късни периоди. Експерименталните открития показват, че влиянието на NP върху микробиома на червата не е пряко причинено от токсичност на NP, а от други механизми.

По-конкретно, проучването показва, че промените са медиирани от извънклетъчни везикули (EVs), получени от чревни клетки и определени бактерии, вместо директните токсични ефекти на NP върху бактериалния растеж.LachnospiraceaeОт тези от СП. получените EV не повлияват растежа на чревните бактерии.

Новото в това изследване се състои в откриването на специфичен механизъм. NP променя чревната микросреда чрез модулиране на EV-медиирана доставка на miPHK, които след това разрушават чревната бариера и селективно влияят върху растежа на бактериалните таксони. Това представлява новоописан път в контекста на NP токсичността.

Изводи

Настоящото проучване предполага, че NP включва някои бактериални таксони, включителноLachnospiraceaeИRuminococcaceae. Промяната на микробиома на червата при излагане на NP се медиира от взаимодействия гостоприемник-микробиота чрез EV. NP беше поет от Lachnospiraceae, което предизвика потисната експресия на муцин-13.

Освен това, EVs, освободени от подобни на кауфлет клетки след излагане на NP, насърчават растежа наRuminococcaceaeНастоящеПодчертаване на сложно взаимодействие между производни и бактериални везикули.

Необходими са по-нататъшни изследвания на ефектите от НЧ върху човешкото здраве и здравето на околната среда. Въпреки че тези резултати предоставят нови прозрения за това как NP може да наруши здравето на червата, важно е да се отбележи, че експериментите са проведени върху мишки. Уместността на дозите и констатациите спрямо типичните експозиции на хора остава да се определи.

Изтеглете вашето PDF копие сега!

източници: