Νανοπλαστικά - Αναδιαμορφώνουν το μικροβίωμα του εντέρου, αποδυναμώνουν την εντερική άμυνα

Νανοπλαστικά - Αναδιαμορφώνουν το μικροβίωμα του εντέρου, αποδυναμώνουν την εντερική άμυνα

Η έρευνα δείχνει πώς τα αόρατα νανοσωματίδια χειραγωγούν τα κινητά τηλέφωνα και υπονομεύουν το ευαίσθητο μικροβίωμα του εντέρου σας, εγείροντας νέα ερωτήματα σχετικά με τους αόρατους κινδύνους για την υγεία των περιβαλλοντικών νανοπλαστικών.

Μελέτη:Τα νανοπλαστικά πολυστυρενίου διαταράσσουν το εντερικό μικροπεριβάλλον αλλάζοντας τις αλληλεπιδράσεις βακτηρίου-ξενιστή μέσω microRNA που χορηγούνται από εξωκυττάρια κυστίδια. Πηγή φωτογραφίας: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Η έκθεση σε νανοπλαστικά πολυστυρενίου μπορεί να διαταράξει την υγεία του εντέρου αλλάζοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των βακτηρίων και διαταράσσοντας το μικροπεριβάλλον του εντέρου. Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη στοΕπικοινωνία με τη φύσηΔιερευνήθηκε πώς η έκθεση σε νανοπλαστικό πολυστυρένιο επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία, εστιάζοντας στις αλληλεπιδράσεις βακτηρίων-ξενιστή.

Η επίδραση της έκθεσης στα νανοπλαστικά στην ανθρώπινη υγεία

Οι άνθρωποι εκτίθενται συχνά σε πλαστικά θραύσματα σε όλη την τροφική αλυσίδα, εγείροντας ερωτήματα σχετικά με την επίδρασή τους στο μικροβίωμα του εντέρου. Η αποικοδόμηση διαφόρων τύπων πλαστικών όπως το πολυστυρένιο (PS), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) και το πολυαιθυλένιο (PE) οδηγεί στην ανάπτυξη μικροπλαστικών (MP) και νανοπλαστικών (NP).

Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι η έκθεση σε MP ή NP μπορεί να προκαλέσει αιμοποιητική βλάβη, ηπατική βλάβη και διαταραχές των όρχεων στα θηλαστικά μέσω εντερικής δυσβίωσης. Αυτές οι μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι η έκθεση σε PS-MP και PE-MP προκαλεί φλεγμονή, ανισορροπίες του ανοσοποιητικού συστήματος και δυσλειτουργία του εντερικού φραγμού. Συγκεκριμένα, η έκθεση σε PE-MP μεταβάλλει τη μικροβιακή σύνθεση του εντέρου, ευνοώντας την επιλεκτική αύξηση του παθογόνουStaphylococcus aureus. Αυτό το NP προάγει επίσης την εντερική φλεγμονή.

Παρά την κατανόηση των τοξικών επιδράσεων του MP και του NP στους ανθρώπους, λίγες μελέτες έχουν εξετάσει την αλληλεπίδραση μεταξύ μικροσκοπικών πλαστικών, μικροχλωρίδας του εντέρου και ξενιστή. Επιπλέον, ο υποκείμενος μηχανισμός με τον οποίο το μικροσκοπικό πλαστικό επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία παραμένει σχετικά ανεπαρκώς μελετημένος.

Αρκετές μελέτες έχουν προτείνει ότι τα NP είναι πιο επιβλαβή από τα MPS λόγω του μικρότερου μεγέθους τους. Αυτό τους επιτρέπει να διεισδύουν σε ιστούς και όργανα και να επηρεάζουν εύκολα τις βιολογικές τους λειτουργίες. Η κατανόηση της ακριβούς οδού με την οποία τα NP προκαλούν δυσβίωση του εντέρου και επηρεάζουν την υγεία του εντέρου είναι απαραίτητη.

Τα εξωκυτταρικά κυστίδια (EVs) είναι μικροσκοπικοί, δεσμευμένοι στη μεμβράνη λιπιδικοί διπλοστοιβάδες σάκοι που απελευθερώνονται από ζωικά κύτταρα και βακτήρια. Αυτές οι σφαιρικές δομές φέρουν ποικίλα περιεχόμενα όπως DNA, RNA, πρωτεΐνες και λιπίδια. Τα ηλεκτρικά οχήματα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διακυτταρική επικοινωνία. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι τα EVs συχνά μεσολαβούν στην αλληλεπίδραση μεταξύ της μικροχλωρίδας και του εντερικού επιθηλίου και επηρεάζουν την υγεία και τη λειτουργία του εντέρου.

Σχετικά με τη μελέτη

Η τρέχουσα μελέτη υπέθεσε ότι η NP επηρεάζει άμεσα ή έμμεσα τη σύνθεση της μικροχλωρίδας μέσω των EVs. ΔιάφοροιIn vivoΚαιin vitroΠειράματα διεξήχθησαν για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση. Για παράδειγμα, το μέγεθος και ο αριθμός των NP που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη επιβεβαιώθηκαν χρησιμοποιώντας ανάλυση παρακολούθησης νανοσωματιδίων (NTA).

Αρσενικά ποντίκια ηλικίας έξι εβδομάδων εκτέθηκαν σε σημασμένα με φθορισμό NP για να εξετάσουν την κατανομή τους στα όργανα. Πραγματοποιήθηκαν κυτταρική πρόσληψη NPs, βιοχημική ανάλυση ορού, PCR σε πραγματικό χρόνο και στύπωμα western.

Για να κατανοήσουμε πώς η NP επηρεάζει τη μικροχλωρίδα του εντέρου, χορηγήθηκε από το στόμα μικροσκοπικό πολυστυρένιο (100 nm) στα ποντίκια τέσσερις φορές την εβδομάδα για 12 εβδομάδες, συγκεκριμένα τις ημέρες 1, 3, 5 και 7 κάθε εβδομάδας. Μια σειρά ποντικών ελέγχου που δεν υποβλήθηκαν σε αγωγή με ΝΡ διατηρήθηκαν ως αναφορά.

Αποτελέσματα μελέτης

Η συσσώρευση ΝΡ (100 nm) παρατηρήθηκε σε διαφορετικά χρονικά σημεία μεταξύ 3 λεπτών και 48 ωρών. Στην τρέχουσα μελέτη, σημαντικά επίπεδα NP βρέθηκαν στο λεπτό έντερο, το ήπαρ, το τυφλό έντερο και το κόλον των ποντικών της μελέτης.

Η από του στόματος έκθεση σε NP αύξησε το σωματικό βάρος σε σύγκριση με τα ποντίκια στην ομάδα ελέγχου. Ωστόσο, η αύξηση ήταν μέτρια και δεν συσχετίστηκε με σημαντικές αλλαγές στο βάρος του λευκού λιπώδους ιστού ή του ήπατος. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές αλλαγές στο βάρος του ήπατος ή στο λευκό λιπώδη ιστό. Η βράχυνση του εντέρου δεν παρατηρήθηκε σε ποντικούς που εκτέθηκαν σε NP, υπονοώντας ότι τα εντερικά βακτήρια και όχι η φλεγμονή ήταν ο πρωταρχικός στόχος των επιδράσεων που προκαλούνται από NP.

Η βιοχημική ανάλυση αποκάλυψε ότι 12 εβδομάδες έκθεσης σε NP δεν τροποποίησαν σημαντικά την ασπαρτική αμινοτρανσφεράση του ορού (AST), την αμινοτρανσφεράση της αλανίνης (ALT), την κρεατινίνη (CRE) ή το άζωτο ουρίας του αίματος (BUN). Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι η μικροχλωρίδα και ο φραγμός του εντέρου μπορούν να επηρεαστούν άμεσα από το NP.

Στην τρέχουσα μελέτη, διαπιστώθηκε ότι το NP μπορούσε να διεισδύσει στα διαφοροποιημένα κύτταρα Caco-2 που μοιάζουν με εντεροκύτταρα και στο έντερο του ποντικού μετά από 24 ώρες θεραπείας. Μετά την είσοδο, μειώνει την έκφραση των πρωτεϊνών σφιχτής σύνδεσης, συμπεριλαμβανομένων των zonula occludens-1 (ZO-1) και occludins (OCC). Αυτή η διαταραχή προκαλεί χαρακτηριστική εντερική βλάβη, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης εντερικής διαπερατότητας ή της διαρροής του εντέρου.

Η ανάλυση γονιδιακής οντολογίας (GO) έδειξε ότι η έκθεση σε NP άλλαξε σημαντικά την έκφραση των γονιδίων του εντέρου και τις μεταβολικές λειτουργίες των ποντικών. Η ανάλυση του κύριου συστατικού (PCA) της ποικιλομορφίας του microRNA (miRNA) στα κόπρανα ποντικών αποκάλυψε ότι η έκθεση σε NP τροποποίησε σημαντικά τα προφίλ miRNA και μείωσε την ποικιλομορφία συγκεκριμένων miRNA. Περαιτέρω σε βάθος ανάλυση ανακάλυψε το ρόλο των miRNAs ως ρυθμιστών των πρωτογενών φυσιολογικών λειτουργιών, ιδιαίτερα εκείνων που σχετίζονται με εντερικές κυτταρικές συνδέσεις.

Πειραματικά ευρήματα υποδεικνύουν ότι το NP θα μπορούσε να διαταράξει την έκφραση των πρωτεϊνών σφιχτής σύνδεσης ρυθμίζοντας τα miRNAs στα εντερικά κύτταρα, κάτι που τελικά διαταράσσει το εντερικό περιβάλλον. Η προγνωστική ανάλυση έδειξε ότι η έκθεση NP επηρέασε τα miRNAs όπως τα AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136HAS-MIR-12136 και HAS-MIR-12136 Η έκφραση ZO-101-MIR-3P ρυθμίστηκε.

Επιπλέον, η μελέτη διαπίστωσε ότι η έκθεση σε NP αύξησε την έκφραση των ειδικών για το ποντίκι miRNAs, όπως τα MMU-MIR-501-3p και MMU-MIR-700-5p, τα οποία επίσης διαταράσσουν την έκφραση των ZO-1 και MUC-13.

Η ανοσοκυτταροχημεία (ICC), η qPCR και η ανάλυση Western blot αποκάλυψαν ότι η θεραπεία με ΝΡ μείωσε την έκφραση MUC-13 σε ποντικούς και διαφοροποιημένα κύτταρα Caco-2 που μοιάζουν με εντεροκύτταρα.

Με παρατεταμένη έκθεση σε NP, τα μοναδικά βακτηριακά είδη αρχικά αυξήθηκαν και μειώθηκαν. Το πιο αξιοσημείωτο αποτέλεσμα ήταν μια μετατόπιση στη σχετική αφθονία συγκεκριμένων βακτηριακών ταξινομικών κατηγοριών, παρά μια απλή απώλεια της συνολικής ποικιλομορφίας. Για παράδειγμα, οι Lactobacillaceae μειώθηκαν και οι Ruminococcaceae αυξήθηκαν.

Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι το Akkermansia, ένα προβιοτικό βακτήριο επόμενης γενιάς, αύξησε την αφθονία σε ποντίκια που εκτέθηκαν σε NP, ιδιαίτερα σε μεταγενέστερους χρόνους. Πειραματικά ευρήματα έδειξαν ότι η επίδραση της NP στο μικροβίωμα του εντέρου δεν προκλήθηκε άμεσα από την τοξικότητα των NP αλλά από άλλους μηχανισμούς.

Συγκεκριμένα, η μελέτη δείχνει ότι οι αλλαγές προκλήθηκαν από εξωκυτταρικά κυστίδια (EVs) που προέρχονται από εντερικά κύτταρα και ορισμένα βακτήρια αντί των άμεσων τοξικών επιδράσεων του NP στην ανάπτυξη των βακτηρίων.LachnospiraceaeΑπό αυτά του Σ.Π. Τα προερχόμενα EV δεν επηρέασαν την ανάπτυξη των εντερικών βακτηρίων.

Η καινοτομία αυτής της μελέτης έγκειται στην ανακάλυψη ενός συγκεκριμένου μηχανισμού. Το NP μεταβάλλει το εντερικό μικροπεριβάλλον διαμορφώνοντας τη διαμεσολαβούμενη από EV παροχή miRNAs, τα οποία στη συνέχεια διαταράσσουν τον εντερικό φραγμό και επηρεάζουν επιλεκτικά την ανάπτυξη των βακτηριακών ταξινομήσεων. Αυτό αντιπροσωπεύει μια πρόσφατα περιγραφείσα οδό στο πλαίσιο της τοξικότητας NP.

συμπεράσματα

Η τρέχουσα μελέτη πρότεινε ότι το NP περιλαμβάνει ορισμένα βακτηριακά είδη συμπεριλαμβανομένωνLachnospiraceaeΚαιRuminococcaceae. Η αλλαγή του μικροβιώματος του εντέρου κατά την έκθεση σε NP μεσολαβεί από αλληλεπιδράσεις ξενιστή-μικροβίωσης μέσω EV. Το NP ελήφθη από Lachnospiraceae, το οποίο πυροδότησε κατασταλμένη έκφραση βλεννίνης-13.

Επιπλέον, τα EVs που απελευθερώθηκαν από κύτταρα που μοιάζουν με kauflet μετά από έκθεση σε NP προώθησαν την ανάπτυξηRuminococcaceaeΠαρόνΕπισήμανση μιας πολύπλοκης αλληλεπίδρασης μεταξύ προερχόμενων και βακτηριακών κυστιδίων.

Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για τις επιδράσεις των NPs στην υγεία του ανθρώπου και του περιβάλλοντος. Ενώ αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν νέες ιδέες για το πώς το NP μπορεί να διαταράξει την υγεία του εντέρου, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα πειράματα διεξήχθησαν σε ποντίκια. Η συνάφεια των δόσεων και των ευρημάτων με την τυπική ανθρώπινη έκθεση παραμένει να καθοριστεί.

Κατεβάστε το αντίγραφο PDF σας τώρα!

Πηγές: