Nanoplast - Remodeller tarmmikrobiom, svekker tarmforsvaret

Nanoplast - Remodeller tarmmikrobiom, svekker tarmforsvaret

Forskning viser hvordan usynlige nanopartikler manipulerer mobiltelefoner og undergraver tarmens delikate mikrobiom, og reiser nye spørsmål om den usynlige helserisikoen ved miljømessig nanoplast.

Studere:Polystyren nanoplast forstyrrer tarmens mikromiljø ved å endre bakterie-vert-interaksjoner gjennom ekstracellulære vesikkel-leverte mikroRNAer. Bildekreditt: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Eksponering for polystyren nanoplast kan forstyrre tarmhelsen ved å endre interaksjoner mellom bakterier og forstyrre tarmens mikromiljø. En nylig publisert studie iNaturkommunikasjonUndersøkte hvordan eksponering av polystyren nanoplast påvirker menneskers helse, med fokus på bakterie-vert interaksjoner.

Effekten av nanoplasteksponering på menneskers helse

Folk blir ofte utsatt for plastfragmenter gjennom hele næringskjeden, noe som reiser spørsmål om deres innvirkning på tarmmikrobiomet. Nedbrytningen av ulike typer plast som polystyren (PS), polyvinylklorid (PVC) og polyetylen (PE) fører til utvikling av mikroplast (MP) og nanoplast (NP).

Flere studier har vist at MP- eller NP-eksponering kan forårsake hematopoetisk skade, leverskade og testikkellidelser hos pattedyr gjennom tarmdysbiose. Disse studiene har også vist at eksponering for PS-MP og PE-MP induserer betennelse, immunubalanser og dysfunksjon i tarmbarrieren. Spesielt endrer eksponering av PE-MP tarmens mikrobielle sammensetning, og favoriserer en selektiv økning i patogenStaphylococcus aureus. Denne NP fremmer også tarmbetennelse.

Til tross for forståelsen av de toksiske effektene av MP og NP hos mennesker, har få studier undersøkt interaksjonen mellom mikroskopisk plast, tarmmikrobiota og vert. Videre er den underliggende mekanismen som mikroskopisk plast påvirker menneskers helse fortsatt relativt understudert.

Flere studier har antydet at NP-er er mer skadelige enn MPS på grunn av deres mindre størrelse. Dette lar dem trenge inn i vev og organer og enkelt påvirke deres biologiske funksjoner. Det er viktig å forstå den nøyaktige veien som NP-er forårsaker tarmdysbiose og påvirker tarmhelsen.

Ekstracellulære vesikler (EV) er bittesmå, membranbundne lipid-dobbeltlagssekker som frigjøres av dyreceller og bakterier. Disse sfæriske strukturene har mangfoldig innhold, inkludert DNA, RNA, proteiner og lipider. Elbiler spiller en avgjørende rolle i intercellulær kommunikasjon. Tidligere studier har vist at elbiler ofte medierer interaksjonen mellom mikrobiota og tarmepitel og påvirker tarmens helse og funksjon.

Om studiet

Den nåværende studien antok at NP direkte eller indirekte påvirker mikrobiotasammensetningen gjennom elbiler. FlereIn vivoOgin vitroEksperimenter ble utført for å teste denne hypotesen. For eksempel ble størrelsen og antallet NP-er brukt i denne studien bekreftet ved hjelp av nanopartikkelsporingsanalyse (NTA).

Seks uker gamle hannmus ble eksponert for fluorescerende merkede NP-er for å undersøke deres fordeling i organer. Cellulært opptak av NP, serum biokjemisk analyse, sanntids PCR og western blot ble utført.

For å forstå hvordan NP påvirker tarmmikrobiota, ble mikroskopisk polystyren (100 nm) administrert oralt til musene fire ganger i uken i 12 uker, spesielt på dag 1, 3, 5 og 7 i hver uke. En serie kontrollmus som ikke ble behandlet med NP ble opprettholdt som referanse.

Studieresultater

Akkumuleringen av NP (100 nm) ble observert på forskjellige tidspunkter mellom 3 minutter og 48 timer. I den nåværende studien ble det funnet signifikante NP-nivåer i tynntarmen, leveren, blindtarmen og tykktarmen til studiemusene.

Oral NP-eksponering økte kroppsvekten sammenlignet med mus i kontrollgruppen. Økningen var imidlertid moderat og var ikke assosiert med signifikante endringer i hvitt fettvev eller levervekt. Ingen signifikante endringer i levervekt eller hvitt fettvev ble observert. Tarmforkortning ble ikke observert hos NP-eksponerte mus, noe som antyder at tarmbakterier og ikke betennelse var det primære målet for NP-induserte effekter.

Biokjemisk analyse avslørte at 12 ukers NP-eksponering ikke signifikant endret serumaspartataminotransferase (AST), alaninaminotransferase (ALT), kreatinin (CRE) eller blodureanitrogen (BUN). Dette funnet antyder at tarmmikrobiotaen og -barrieren kan påvirkes direkte av NP.

I den nåværende studien ble det funnet at NP kunne trenge inn i de enterocyttlignende differensierte Caco-2-cellene og musetarmen etter 24 timers behandling. Etter inntreden reduserer det uttrykket av tight junction-proteiner, inkludert zonula occludens-1 (ZO-1) og occludiner (OCC). Denne lidelsen forårsaker karakteristisk tarmskade, inkludert økt intestinal permeabilitet eller lekk tarm.

Gene Ontology (GO)-analyse viste at NP-eksponering signifikant endret musenes intestinale genuttrykk og metabolske funksjoner. Hovedkomponentanalyse (PCA) av mangfoldet av mikroRNA (miRNA) i museavføring viste at NP-eksponering betydelig modifiserte miRNA-profiler og reduserte mangfoldet av spesifikke miRNA-er. Ytterligere dybdeanalyse oppdaget rollen til miRNA som regulatorer av primære fysiologiske funksjoner, spesielt de som er assosiert med intestinale cellekryss.

Eksperimentelle funn tyder på at NP kan forstyrre uttrykket av tight junction-proteinene ved å regulere miRNA-er i tarmceller, noe som til slutt forstyrrer tarmmiljøet. Prediktiv analyse viste at NP-eksponering påvirket miRNA-er som AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136-M og HAS-3M-uttrykk. ZO-101-MIR-3P ekspresjon regulert.

Videre fant studien at NP-eksponering økte uttrykket av musespesifikke miRNA-er som MMU-MIR-501-3p og MMU-MIR-700-5p, som også forstyrrer uttrykket av ZO-1 og MUC-13.

Immunocytokjemi (ICC), qPCR og Western blot-analyse viste at NP-behandling reduserte MUC-13-ekspresjon i mus og enterocyttlignende differensierte Caco-2-celler.

Med langvarig NP-eksponering økte og reduserte unike bakteriearter opprinnelig. Den mest bemerkelsesverdige effekten var et skifte i den relative overfloden av spesifikke bakterielle taxaer, snarere enn et enkelt tap av samlet mangfold. For eksempel reduserte Lactobacillaceae og Ruminococcaceae økte.

Studien fant også at Akkermansia, en neste generasjons probiotisk bakterie, økte forekomsten i NP-eksponerte mus, spesielt på senere tider. Eksperimentelle funn viste at påvirkningen av NP på tarmmikrobiomet ikke var direkte forårsaket av NP-toksisitet, men av andre mekanismer.

Spesifikt viser studien at endringene ble mediert av ekstracellulære vesikler (EV) avledet fra tarmceller og visse bakterier i stedet for de direkte toksiske effektene av NP på bakterievekst.LachnospiraceaeAv de fra SP. avledede elbiler påvirket ikke veksten av tarmbakterier.

Nyheten i denne studien ligger i oppdagelsen av en spesifikk mekanisme. NP endrer det intestinale mikromiljøet ved å modulere EV-mediert levering av miRNA, som deretter forstyrrer tarmbarrieren og selektivt påvirker veksten av bakteriell taxa. Dette representerer en nylig beskrevet vei i sammenheng med NP-toksisitet.

Konklusjoner

Den nåværende studien foreslo at NP inkluderer visse bakterielle taxa inkludertLachnospiraceaeOgRuminococcaceae. Endringen av tarmmikrobiomet ved NP-eksponering medieres av vert-mikrobiota-interaksjoner gjennom EV. NP ble tatt opp av Lachnospiraceae, som utløste undertrykt mucin-13-ekspresjon.

I tillegg fremmet elbiler frigjort fra kauflet-lignende celler etter NP-eksponering veksten avRuminococcaceaeNåværendeFremhever et komplekst samspill mellom avledede og bakterielle vesikler.

Ytterligere forskning på effekten av NP på menneskers og miljøets helse er nødvendig. Mens disse resultatene gir ny innsikt i hvordan NP kan forstyrre tarmhelsen, er det viktig å merke seg at eksperimentene ble utført på mus. Relevansen av dosene og funnene for typiske eksponeringer for mennesker gjenstår å bestemme.

Last ned PDF-eksemplaret ditt nå!

Kilder: