Nanoplastit - Muokkaa suoliston mikrobiomia, heikentää suoliston puolustuskykyä

Nanoplastit - Muokkaa suoliston mikrobiomia, heikentää suoliston puolustuskykyä

Tutkimukset osoittavat, kuinka näkymätön nanohiukkaset manipuloivat matkapuhelimia ja heikentävät suoliston herkkää mikrobiomia, mikä herättää uusia kysymyksiä ympäristön nanomuovien näkymättömistä terveysriskeistä.

Tutkimus:Polystyreeninanomuovit häiritsevät suoliston mikroympäristöä muuttamalla bakteeri-isäntävuorovaikutusta solunulkoisten rakkuloiden kautta toimitettujen mikroRNA:iden kautta. Kuva: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Altistuminen polystyreenin nanomuoveille voi häiritä suoliston terveyttä muuttamalla bakteerien välistä vuorovaikutusta ja häiritsemällä suoliston mikroympäristöä. Äskettäin julkaistu tutkimusLuontoviestintäTutkittiin, miten polystyreenin nanomuovin altistuminen vaikuttaa ihmisten terveyteen keskittyen bakteerien ja isäntävuorovaikutuksiin.

Nanoplastisen altistumisen vaikutus ihmisten terveyteen

Ihmiset altistuvat usein muoviosille koko ravintoketjussa, mikä herättää kysymyksiä niiden vaikutuksesta suoliston mikrobiomiin. Erilaisten muovien, kuten polystyreenin (PS), polyvinyylikloridin (PVC) ja polyeteenin (PE) hajoaminen johtaa mikromuovien (MP) ja nanomuovien (NP) kehitykseen.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että MP- tai NP-altistuminen voi aiheuttaa hematopoieettisia vaurioita, maksavaurioita ja kivesten häiriöitä nisäkkäillä suoliston dysbioosin kautta. Nämä tutkimukset ovat myös osoittaneet, että PS-MP- ja PE-MP-altistuminen indusoi tulehdusta, immuunijärjestelmän epätasapainoa ja suoliston esteen toimintahäiriötä. Erityisesti PE-MP-altistus muuttaa suoliston mikrobikoostumusta suosien patogeenin selektiivistä lisääntymistäStaphylococcus aureus. Tämä NP edistää myös suoliston tulehdusta.

Huolimatta MP:n ja NP:n myrkyllisten vaikutusten ymmärtämisestä ihmisillä, vain harvat tutkimukset ovat tutkineet mikroskooppisten muovien, suoliston mikrobiston ja isännän välistä vuorovaikutusta. Lisäksi taustalla oleva mekanismi, jolla mikroskooppinen muovi vaikuttaa ihmisten terveyteen, on edelleen suhteellisen alitutkittua.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että NP:t ovat haitallisempia kuin MPS pienemmän kokonsa vuoksi. Näin ne voivat tunkeutua kudoksiin ja elimiin ja helposti vaikuttaa niiden biologisiin toimintoihin. On välttämätöntä ymmärtää tarkka reitti, jolla NP:t aiheuttavat suoliston dysbioosia ja vaikuttavat suoliston terveyteen.

Ekstrasellulaariset vesikkelit (EV:t) ovat pieniä, kalvoon sitoutuneita lipidikaksoiskerrospusseja, joita eläinsolut ja bakteerit vapauttavat. Nämä pallomaiset rakenteet sisältävät erilaisia ​​sisältöjä, mukaan lukien DNA:ta, RNA:ta, proteiineja ja lipidejä. Sähköautoilla on ratkaiseva rooli solujen välisessä viestinnässä. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että sähköautot välittävät usein mikrobiotan ja suoliston epiteelin välistä vuorovaikutusta ja vaikuttavat suoliston terveyteen ja toimintaan.

Tietoja tutkimuksesta

Nykyisessä tutkimuksessa oletettiin, että NP vaikuttaa suoraan tai epäsuorasti mikrobiotan koostumukseen sähköautojen kautta. UseitaIn vivoJain vitroTämän hypoteesin testaamiseksi suoritettiin kokeita. Esimerkiksi tässä tutkimuksessa käytettyjen NP:iden koko ja lukumäärä vahvistettiin nanopartikkelien seuranta-analyysillä (NTA).

Kuuden viikon ikäiset uroshiiret altistettiin fluoresoivasti leimatuille NP:ille niiden jakautumisen tutkimiseksi elimiin. Suoritettiin NP:iden soluunotto, seerumin biokemiallinen analyysi, reaaliaikainen PCR ja Western blot.

Ymmärtääkseen, kuinka NP vaikuttaa suoliston mikrobiotaan, mikroskooppista polystyreeniä (100 nm) annettiin hiirille suun kautta neljä kertaa viikossa 12 viikon ajan, erityisesti kunkin viikon päivinä 1, 3, 5 ja 7. Sarja kontrollihiiriä, joita ei käsitelty NP:llä, pidettiin vertailuna.

Tutkimustulokset

NP:n (100 nm) kertymistä havaittiin eri ajankohtina 3 minuutin ja 48 tunnin välillä. Tässä tutkimuksessa merkittäviä NP-tasoja havaittiin tutkimushiirten ohutsuolesta, maksasta, umpisuolesta ja paksusuolesta.

Oraalinen NP-altistus lisäsi ruumiinpainoa verrattuna kontrolliryhmän hiiriin. Nousu oli kuitenkin kohtalaista, eikä se liittynyt merkittäviin muutoksiin valkoisessa rasvakudoksessa tai maksan painossa. Maksan painossa tai valkoisessa rasvakudoksessa ei havaittu merkittäviä muutoksia. Suoliston lyhenemistä ei havaittu NP:lle altistuneilla hiirillä, mikä viittaa siihen, että suolistobakteerit eikä tulehdus olivat NP:n aiheuttamien vaikutusten ensisijainen kohde.

Biokemiallinen analyysi paljasti, että 12 viikon NP-altistus ei merkittävästi muuttanut seerumin aspartaattiaminotransferaasia (AST), alaniiniaminotransferaasia (ALT), kreatiniinia (CRE) tai veren ureatyppeä (BUN). Tämä havainto viittaa siihen, että NP voi suoraan vaikuttaa suoliston mikrobiotaan ja esteeseen.

Nykyisessä tutkimuksessa havaittiin, että NP voi tunkeutua enterosyyttien kaltaisiin erilaistuneisiin Caco-2-soluihin ja hiiren suoleen 24 tunnin hoidon jälkeen. Sisääntulon jälkeen se vähentää tiukan liitoksen proteiinien, mukaan lukien zonula occludens-1 (ZO-1) ja okkludiinien (OCC) ilmentymistä. Tämä häiriö aiheuttaa tyypillisiä suolistovaurioita, mukaan lukien lisääntynyt suolen läpäisevyys tai vuotava suoli.

Gene Ontology (GO) -analyysi osoitti, että NP-altistus muutti merkittävästi hiirten suoliston geeniekspressiota ja metabolisia toimintoja. MikroRNA:n (miRNA:n) monimuotoisuuden pääkomponenttianalyysi (PCA) hiiren ulosteissa paljasti, että NP-altistus muutti merkittävästi miRNA-profiileja ja vähensi spesifisten miRNA:iden monimuotoisuutta. Syvällinen lisäanalyysi havaitsi miRNA:iden roolin ensisijaisten fysiologisten toimintojen säätelijöinä, erityisesti niiden, jotka liittyvät suoliston soluliittymiin.

Kokeelliset löydökset viittaavat siihen, että NP voi häiritä tiiviiden liitosproteiinien ilmentymistä säätelemällä miRNA:ita suoliston soluissa, mikä lopulta häiritsee suolistoympäristöä. Ennustava analyysi osoitti, että NP-altistuminen vaikutti miRNA:ihin, kuten AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 ja HAS-3PIR-M. ZO-101-MIR-3P:n ilmentymistä säädelty.

Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että NP-altistus lisäsi hiirille spesifisten miRNA:iden, kuten MMU-MIR-501-3p ja MMU-MIR-700-5p, ekspressiota, jotka myös häiritsevät ZO-1:n ja MUC-13:n ilmentymistä.

Immunosytokemia (ICC), qPCR ja Western blot -analyysi paljasti, että NP-käsittely vähensi MUC-13:n ilmentymistä hiirissä ja enterosyyttien kaltaisissa erilaistuneissa Caco-2-soluissa.

Pitkäaikaisella NP-altistuksella ainutlaatuiset bakteerilajit lisääntyivät ja vähenivät aluksi. Merkittävin vaikutus oli muutos tiettyjen bakteeritaksonien suhteellisessa runsaudessa, eikä pelkkä yleisen monimuotoisuuden menetys. Esimerkiksi Lactobacillaceae väheni ja Ruminococcaceae lisääntyi.

Tutkimuksessa havaittiin myös, että Akkermansia, seuraavan sukupolven probioottibakteeri, lisäsi NP:lle altistuneiden hiirten runsautta erityisesti myöhempänä ajankohtana. Kokeelliset havainnot osoittivat, että NP:n vaikutus suoliston mikrobiomiin ei johtunut suoraan NP:n toksisuudesta vaan muista mekanismeista.

Erityisesti tutkimus osoittaa, että muutokset välittivät suoliston soluista ja tietyistä bakteereista peräisin olevat ekstrasellulaariset vesikkelit (EV:t) sen sijaan, että NP:llä olisi suoria toksisia vaikutuksia bakteerien kasvuun.LachnospiraceaeSP:n niistä. johdetut EV:t eivät vaikuttaneet suolistobakteerien kasvuun.

Tämän tutkimuksen uutuus on tietyn mekanismin löytäminen. NP muuttaa suolen mikroympäristöä moduloimalla EV-välitteistä miRNA:iden toimitusta, mikä sitten häiritsee suolistoestettä ja vaikuttaa selektiivisesti bakteeritaksonien kasvuun. Tämä edustaa äskettäin kuvattua reittiä NP-toksisuuden yhteydessä.

Johtopäätökset

Nykyinen tutkimus ehdotti, että NP sisältää tiettyjä bakteeritaksoneja, mukaan lukienLachnospiraceaeJaRuminococcaceae. Suoliston mikrobiomin muutos NP-altistuksen yhteydessä välittyy isäntä-mikrobiota-vuorovaikutuksista EV:n kautta. Lachnospiraceae otti NP:n vastaan, mikä laukaisi tukahdutetun musiini-13:n ilmentymisen.

Lisäksi kauflet-kaltaisista soluista NP-altistuksen jälkeen vapautuneet EV:t edistävät niiden kasvuaRuminococcaceaeEsittääKorostaa monimutkaista vuorovaikutusta johdettujen ja bakteerivesikkelien välillä.

Lisätutkimusta NP:iden vaikutuksista ihmisten ja ympäristön terveyteen tarvitaan. Vaikka nämä tulokset tarjoavat uusia näkemyksiä siitä, kuinka NP voi häiritä suoliston terveyttä, on tärkeää huomata, että kokeet suoritettiin hiirillä. Annosten ja löydösten merkitys ihmisten tyypilliselle altistukselle on vielä määrittämättä.

Lataa PDF-kopiosi nyt!

Lähteet: