Nanoplásticos: remodelan el microbioma intestinal y debilitan las defensas intestinales

Nanoplásticos: remodelan el microbioma intestinal y debilitan las defensas intestinales

La investigación muestra cómo las nanopartículas invisibles manipulan los teléfonos celulares y socavan el delicado microbioma del intestino, lo que plantea nuevas preguntas sobre los riesgos invisibles para la salud de los nanoplásticos ambientales.

Estudiar:Los nanoplásticos de poliestireno alteran el microambiente intestinal al alterar las interacciones bacteria-huésped a través de microARN administrados por vesículas extracelulares.. Crédito de la foto: Sivstockstudio/Shutterstock.com

La exposición a nanoplásticos de poliestireno puede alterar la salud intestinal al alterar las interacciones entre las bacterias y alterar el microambiente intestinal. Un estudio publicado recientemente encomunicación de la naturalezaSe investigó cómo la exposición a nanoplásticos de poliestireno afecta la salud humana, centrándose en las interacciones entre bacterias y huéspedes.

El efecto de la exposición a los nanoplásticos en la salud humana

Las personas están frecuentemente expuestas a fragmentos de plástico a lo largo de la cadena alimentaria, lo que genera dudas sobre su impacto en el microbioma intestinal. La degradación de diversos tipos de plásticos como el poliestireno (PS), el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno (PE) conduce al desarrollo de microplásticos (MP) y nanoplásticos (NP).

Varios estudios han demostrado que la exposición a MP o NP puede causar daño hematopoyético, lesión hepática y trastornos testiculares en mamíferos a través de disbiosis intestinal. Estos estudios también han demostrado que la exposición a PS-MP y PE-MP induce inflamación, desequilibrios inmunológicos y disfunción de la barrera intestinal. Específicamente, la exposición a PE-MP altera la composición microbiana intestinal, favoreciendo un aumento selectivo de patógenos.Estafilococo aureus. Este NP también promueve la inflamación intestinal.

A pesar de que se conocen los efectos tóxicos de MP y NP en humanos, pocos estudios han examinado la interacción entre los plásticos microscópicos, la microbiota intestinal y el huésped. Además, el mecanismo subyacente por el cual el plástico microscópico afecta la salud humana sigue siendo relativamente poco estudiado.

Varios estudios han sugerido que las NP son más dañinas que las MPS debido a su menor tamaño. Esto les permite penetrar tejidos y órganos e influir fácilmente en sus funciones biológicas. Es esencial comprender la vía precisa por la cual las NP causan disbiosis intestinal e influyen en la salud intestinal.

Las vesículas extracelulares (VE) son pequeños sacos bicapa lipídicos unidos a una membrana liberados por células animales y bacterias. Estas estructuras esféricas transportan contenidos diversos que incluyen ADN, ARN, proteínas y lípidos. Los vehículos eléctricos desempeñan un papel crucial en la comunicación intercelular. Estudios anteriores han demostrado que los vehículos eléctricos a menudo median en la interacción entre la microbiota y el epitelio intestinal e influyen en la salud y función intestinal.

Sobre el estudio

El estudio actual planteó la hipótesis de que la NP influye directa o indirectamente en la composición de la microbiota a través de los vehículos eléctricos. Variosen vivoYin vitroSe realizaron experimentos para probar esta hipótesis. Por ejemplo, el tamaño y la cantidad de NP utilizadas en este estudio se confirmaron mediante análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA).

Se expusieron ratones macho de seis semanas de edad a NP marcadas con fluorescencia para examinar su distribución en los órganos. Se realizó la captación celular de NP, análisis bioquímico sérico, PCR en tiempo real y transferencia Western.

Para comprender cómo afecta la NP a la microbiota intestinal, se administró por vía oral poliestireno microscópico (100 nm) a los ratones cuatro veces por semana durante 12 semanas, específicamente los días 1, 3, 5 y 7 de cada semana. Se mantuvo como referencia una serie de ratones control no tratados con NP.

Resultados del estudio

La acumulación de NP (100 nm) se observó en diferentes momentos entre 3 min y 48 h. En el estudio actual, se encontraron niveles significativos de NP en el intestino delgado, el hígado, el ciego y el colon de los ratones del estudio.

La exposición oral a NP aumentó el peso corporal en comparación con los ratones del grupo de control. Sin embargo, el aumento fue moderado y no se asoció con cambios significativos en el tejido adiposo blanco o el peso del hígado. No se observaron cambios significativos en el peso del hígado ni en el tejido adiposo blanco. No se observó acortamiento intestinal en ratones expuestos a NP, lo que implica que las bacterias intestinales y no la inflamación fueron el objetivo principal de los efectos inducidos por NP.

El análisis bioquímico reveló que 12 semanas de exposición a NP no modificaron significativamente la aspartato aminotransferasa (AST), la alanina aminotransferasa (ALT), la creatinina (CRE) o el nitrógeno ureico en sangre (BUN) séricos. Este hallazgo sugiere que la NP puede influir directamente en la microbiota y la barrera intestinal.

En el estudio actual, se descubrió que NP podía penetrar en las células Caco-2 diferenciadas similares a los enterocitos y en el intestino del ratón después de 24 horas de tratamiento. Después de la entrada, reduce la expresión de proteínas de unión estrecha, incluidas la zonula occludens-1 (ZO-1) y las occludinas (OCC). Este trastorno causa un daño intestinal característico, incluido un aumento de la permeabilidad intestinal o intestino permeable.

El análisis de ontología genética (GO) mostró que la exposición a NP alteró significativamente la expresión genética intestinal y las funciones metabólicas de los ratones. El análisis de componentes principales (PCA) de la diversidad de microARN (miARN) en heces de ratón reveló que la exposición a NP modificó significativamente los perfiles de miARN y redujo la diversidad de miARN específicos. Un análisis más profundo descubrió el papel de los miARN como reguladores de funciones fisiológicas primarias, particularmente aquellas asociadas con las uniones celulares intestinales.

Los hallazgos experimentales sugieren que la NP podría alterar la expresión de las proteínas de unión estrecha mediante la regulación de los miARN en las células intestinales, lo que en última instancia altera el entorno intestinal. El análisis predictivo mostró que la exposición a NP afectó la expresión de miARN como AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 y HAS-MIR-MIR-3P en el ZO-101-MIR-3P. expresión regulada.

Además, el estudio encontró que la exposición a NP aumentaba la expresión de miARN específicos de ratón como MMU-MIR-501-3p y MMU-MIR-700-5p, que también alteran la expresión de ZO-1 y MUC-13.

La inmunocitoquímica (ICC), la qPCR y el análisis de transferencia Western revelaron que el tratamiento con NP disminuyó la expresión de MUC-13 en ratones y en células Caco-2 diferenciadas de tipo enterocito.

Con la exposición prolongada a NP, las especies bacterianas únicas inicialmente aumentaron y disminuyeron. El efecto más notable fue un cambio en la abundancia relativa de taxones bacterianos específicos, en lugar de una simple pérdida de diversidad general. Por ejemplo, Lactobacillaceae disminuyó y Ruminococcaceae aumentó.

El estudio también encontró que Akkermansia, una bacteria probiótica de próxima generación, aumentó la abundancia en ratones expuestos a NP, particularmente en momentos posteriores. Los hallazgos experimentales mostraron que la influencia de la NP en el microbioma intestinal no fue causada directamente por la toxicidad de la NP sino por otros mecanismos.

Específicamente, el estudio muestra que los cambios fueron mediados por vesículas extracelulares (VE) derivadas de células intestinales y ciertas bacterias en lugar de los efectos tóxicos directos de las NP sobre el crecimiento bacteriano.LachnospiraceaeDe los de SP. Los vehículos eléctricos derivados no afectaron el crecimiento de las bacterias intestinales.

La novedad de este estudio radica en el descubrimiento de un mecanismo específico. La NP altera el microambiente intestinal modulando la entrega de miARN mediada por EV, que luego altera la barrera intestinal e influye selectivamente en el crecimiento de taxones bacterianos. Esto representa una vía recientemente descrita en el contexto de la toxicidad de NP.

Conclusiones

El estudio actual propuso que NP incluye ciertos taxones bacterianos que incluyenLachnospiraceaeYruminococcáceas. La alteración del microbioma intestinal tras la exposición a NP está mediada por interacciones huésped-microbiota a través de EV. Lachnospiraceae absorbió NP, lo que desencadenó la expresión suprimida de mucina-13.

Además, los vehículos eléctricos liberados de células tipo kauflet después de la exposición a NP promovieron el crecimiento deruminococcáceasPresenteDestacando una interacción compleja entre vesículas derivadas y bacterianas.

Es necesario realizar más investigaciones sobre los efectos de las NP en la salud humana y ambiental. Si bien estos resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo la NP puede alterar la salud intestinal, es importante señalar que los experimentos se realizaron en ratones. Queda por determinar la relevancia de las dosis y los hallazgos para las exposiciones humanas típicas.

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Fuentes: