Nanoplastik - Ombygning af tarmmikrobiom, svækker tarmforsvaret

Nanoplastik - Ombygning af tarmmikrobiom, svækker tarmforsvaret

Forskning viser, hvordan usynlige nanopartikler manipulerer mobiltelefoner og underminerer din tarms sarte mikrobiom, hvilket rejser nye spørgsmål om de usynlige sundhedsrisici ved miljømæssig nanoplast.

Studere:Polystyren nanoplastik forstyrrer tarmens mikromiljø ved at ændre bakterie-vært-interaktioner gennem ekstracellulære vesikel-leverede mikroRNA'er. Fotokredit: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Eksponering for polystyren nanoplast kan forstyrre tarmens sundhed ved at ændre interaktioner mellem bakterier og forstyrre tarmens mikromiljø. En nyligt offentliggjort undersøgelse iNaturkommunikationUndersøgt hvordan polystyren nanoplastisk eksponering påvirker menneskers sundhed, med fokus på bakterie-vært interaktioner.

Effekten af ​​nanoplastisk eksponering på menneskers sundhed

Folk udsættes ofte for plastikfragmenter i hele fødekæden, hvilket rejser spørgsmål om deres indvirkning på tarmmikrobiomet. Nedbrydningen af ​​forskellige plasttyper såsom polystyren (PS), polyvinylchlorid (PVC) og polyethylen (PE) fører til udviklingen af ​​mikroplast (MP) og nanoplast (NP).

Adskillige undersøgelser har vist, at MP- eller NP-eksponering kan forårsage hæmatopoietisk skade, leverskade og testikellidelser hos pattedyr gennem intestinal dysbiose. Disse undersøgelser har også vist, at eksponering for PS-MP og PE-MP inducerer inflammation, immunubalancer og dysfunktion af tarmbarrieren. Specifikt ændrer eksponering af PE-MP tarmens mikrobielle sammensætning, hvilket fremmer en selektiv stigning i patogenStaphylococcus aureus. Denne NP fremmer også tarmbetændelse.

På trods af forståelsen af ​​de toksiske virkninger af MP og NP hos mennesker, har få undersøgelser undersøgt interaktionen mellem mikroskopisk plast, tarmmikrobiota og vært. Desuden er den underliggende mekanisme, hvorved mikroskopisk plast påvirker menneskers sundhed, stadig relativt understuderet.

Adskillige undersøgelser har antydet, at NP'er er mere skadelige end MPS på grund af deres mindre størrelse. Dette giver dem mulighed for at trænge ind i væv og organer og nemt påvirke deres biologiske funktioner. Det er vigtigt at forstå den præcise vej, hvorved NP'er forårsager tarmdysbiose og påvirker tarmens sundhed.

Ekstracellulære vesikler (EV'er) er små, membranbundne lipid-dobbeltlagssække frigivet af dyreceller og bakterier. Disse sfæriske strukturer bærer forskelligt indhold, herunder DNA, RNA'er, proteiner og lipider. Elbiler spiller en afgørende rolle i intercellulær kommunikation. Tidligere undersøgelser har vist, at elbiler ofte medierer interaktionen mellem mikrobiota og tarmepitel og påvirker tarmens sundhed og funktion.

Om studiet

Den nuværende undersøgelse antog, at NP direkte eller indirekte påvirker mikrobiotasammensætning gennem elbiler. FlereIn vivoOgin vitroEksperimenter blev udført for at teste denne hypotese. For eksempel blev størrelsen og antallet af NP'er brugt i denne undersøgelse bekræftet ved hjælp af nanopartikelsporingsanalyse (NTA).

Seks uger gamle hanmus blev udsat for fluorescensmærkede NP'er for at undersøge deres fordeling i organer. Cellulær optagelse af NP'er, serum biokemisk analyse, real-time PCR og western blot blev udført.

For at forstå, hvordan NP påvirker tarmmikrobiota, blev mikroskopisk polystyren (100 nm) indgivet oralt til musene fire gange om ugen i 12 uger, specifikt på dag 1, 3, 5 og 7 i hver uge. En række kontrolmus, der ikke var behandlet med NP, blev opretholdt som reference.

Studieresultater

Akkumuleringen af ​​NP (100 nm) blev observeret på forskellige tidspunkter mellem 3 minutter og 48 timer. I den aktuelle undersøgelse blev der fundet signifikante NP-niveauer i tyndtarmen, leveren, blindtarmen og tyktarmen hos undersøgelsesmusene.

Oral NP-eksponering øgede kropsvægten sammenlignet med mus i kontrolgruppen. Stigningen var dog moderat og var ikke forbundet med signifikante ændringer i hvidt fedtvæv eller levervægt. Der blev ikke observeret signifikante ændringer i levervægt eller hvidt fedtvæv. Tarmforkortning blev ikke observeret hos NP-eksponerede mus, hvilket antyder, at tarmbakterier og ikke inflammation var det primære mål for NP-inducerede effekter.

Biokemisk analyse afslørede, at 12 ugers NP-eksponering ikke signifikant ændrede serum-aspartataminotransferase (AST), alaninaminotransferase (ALT), kreatinin (CRE) eller blodurinstofnitrogen (BUN). Dette fund tyder på, at tarmmikrobiotaen og barrieren kan være direkte påvirket af NP.

I den aktuelle undersøgelse blev det fundet, at NP kunne trænge ind i de enterocyt-lignende differentierede Caco-2-celler og musetarm efter 24 timers behandling. Efter indtræden reducerer det ekspressionen af ​​tight junction-proteiner, herunder zonula occludens-1 (ZO-1) og occludiner (OCC). Denne lidelse forårsager karakteristisk tarmskade, herunder øget tarmpermeabilitet eller utæt tarm.

Gene Ontology (GO) analyse viste, at NP eksponering signifikant ændrede musenes intestinale genekspression og metaboliske funktioner. Principal komponentanalyse (PCA) af mikroRNA (miRNA) diversitet i musefæces afslørede, at NP-eksponering signifikant modificerede miRNA-profiler og reducerede diversiteten af ​​specifikke miRNA'er. Yderligere dybdegående analyse opdagede miRNAs rolle som regulatorer af primære fysiologiske funktioner, især dem, der er forbundet med tarmcelleforbindelser.

Eksperimentelle fund tyder på, at NP kunne forstyrre ekspressionen af ​​tight junction-proteinerne ved at regulere miRNA'er i tarmceller, hvilket i sidste ende forstyrrer tarmmiljøet. Forudsigende analyse viste, at NP-eksponering påvirkede miRNA'er såsom AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136- og HAS-3MIR-ekspressionen. ZO-101-MIR-3P ekspression reguleret.

Desuden fandt undersøgelsen, at NP-eksponering øgede ekspressionen af ​​musespecifikke miRNA'er såsom MMU-MIR-501-3p og MMU-MIR-700-5p, hvilket også forstyrrer ekspressionen af ​​ZO-1 og MUC-13.

Immuncytokemi (ICC), qPCR og Western blot-analyse afslørede, at NP-behandling reducerede MUC-13-ekspression i mus og enterocytlignende differentierede Caco-2-celler.

Med langvarig NP-eksponering steg og faldt unikke bakteriearter oprindeligt. Den mest bemærkelsesværdige effekt var et skift i den relative overflod af specifikke bakterielle taxa, snarere end et simpelt tab af overordnet diversitet. For eksempel faldt Lactobacillaceae og Ruminococcaceae steg.

Undersøgelsen fandt også, at Akkermansia, en næste generation af probiotisk bakterier, øgede overflod i NP-eksponerede mus, især på senere tidspunkter. Eksperimentelle resultater viste, at indflydelsen af ​​NP på tarmmikrobiomet ikke var direkte forårsaget af NP-toksicitet, men af ​​andre mekanismer.

Konkret viser undersøgelsen, at ændringerne blev medieret af ekstracellulære vesikler (EV'er) afledt af tarmceller og visse bakterier i stedet for de direkte toksiske virkninger af NP på bakteriel vækst.LachnospiraceaeAf dem fra SP. afledte EV'er påvirkede ikke væksten af ​​tarmbakterier.

Det nye ved denne undersøgelse ligger i opdagelsen af ​​en specifik mekanisme. NP ændrer det intestinale mikromiljø ved at modulere EV-medieret levering af miRNA'er, som derefter forstyrrer tarmbarrieren og selektivt påvirker væksten af ​​bakterielle taxa. Dette repræsenterer en nyligt beskrevet vej i sammenhæng med NP-toksicitet.

Konklusioner

Den nuværende undersøgelse foreslog, at NP inkluderer visse bakterielle taxa, herunderLachnospiraceaeOgRuminococcaceae. Ændringen af ​​tarmmikrobiomet ved NP-eksponering medieres af vært-mikrobiota-interaktioner gennem EV. NP blev optaget af Lachnospiraceae, som udløste undertrykt mucin-13-ekspression.

Derudover fremmede EV'er frigivet fra kauflet-lignende celler efter NP-eksponering væksten afRuminococcaceaeNuværendeFremhævelse af et komplekst samspil mellem afledte og bakterielle vesikler.

Der er behov for yderligere forskning i virkningerne af NP'er på menneskers og miljøets sundhed. Mens disse resultater giver ny indsigt i, hvordan NP kan forstyrre tarmsundheden, er det vigtigt at bemærke, at eksperimenterne blev udført i mus. Relevansen af ​​doserne og resultaterne for typiske menneskelige eksponeringer er endnu ikke fastlagt.

Download din PDF-kopi nu!

Kilder: