Nanoplastiki – przebudowują mikrobiom jelitowy, osłabiają mechanizmy obronne jelit

Nanoplastiki – przebudowują mikrobiom jelitowy, osłabiają mechanizmy obronne jelit

Badania pokazują, jak niewidzialne nanocząsteczki manipulują telefonami komórkowymi i osłabiają delikatny mikrobiom jelit, rodząc nowe pytania dotyczące niewidzialnych zagrożeń dla zdrowia stwarzanych przez nanoplastiki środowiskowe.

Badanie:Nanoplastiki polistyrenowe zakłócają mikrośrodowisko jelitowe, zmieniając interakcje bakteria-gospodarz poprzez mikroRNA dostarczane z pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Źródło zdjęcia: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Narażenie na nanoplastiki polistyrenowe może zaburzać zdrowie jelit poprzez zmianę interakcji między bakteriami i zakłócanie mikrośrodowiska jelit. Niedawno opublikowane badanie wKomunikacja przyrodniczaZbadano, w jaki sposób narażenie na nanoplastik polistyrenowy wpływa na zdrowie człowieka, koncentrując się na interakcjach bakteria-gospodarz.

Wpływ narażenia nanoplastiku na zdrowie człowieka

Ludzie często są narażeni na kontakt z fragmentami tworzyw sztucznych w całym łańcuchu pokarmowym, co rodzi pytania dotyczące ich wpływu na mikrobiom jelitowy. Degradacja różnych rodzajów tworzyw sztucznych, takich jak polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC) i polietylen (PE), prowadzi do rozwoju mikroplastików (MP) i nanoplastików (NP).

Kilka badań wykazało, że narażenie na MP lub NP może powodować uszkodzenie układu krwiotwórczego, uszkodzenie wątroby i zaburzenia jąder u ssaków w wyniku dysbiozy jelitowej. Badania te wykazały również, że ekspozycja na PS-MP i PE-MP wywołuje stan zapalny, brak równowagi immunologicznej i dysfunkcję bariery jelitowej. W szczególności narażenie na PE-MP zmienia skład mikroorganizmów jelitowych, sprzyjając selektywnemu wzrostowi patogenuStaphylococcus aureus. Ten NP sprzyja również zapaleniu jelit.

Pomimo zrozumienia toksycznego działania MP i NP na ludzi, w niewielu badaniach analizowano interakcję między mikroskopijnymi tworzywami sztucznymi, mikroflorą jelitową i żywicielem. Co więcej, podstawowy mechanizm wpływu mikroskopijnego plastiku na zdrowie człowieka pozostaje stosunkowo słabo poznany.

Kilka badań sugeruje, że nanocząsteczki są bardziej szkodliwe niż MPS ze względu na ich mniejszy rozmiar. Dzięki temu mogą przenikać do tkanek i narządów oraz łatwo wpływać na ich funkcje biologiczne. Niezbędne jest zrozumienie dokładnej ścieżki, poprzez którą nanocząsteczki powodują dysbiozę jelit i wpływają na zdrowie jelit.

Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) to maleńkie, związane z błoną dwuwarstwowe woreczki lipidowe uwalniane przez komórki zwierzęce i bakterie. Te kuliste struktury zawierają różnorodną zawartość, w tym DNA, RNA, białka i lipidy. Pojazdy elektryczne odgrywają kluczową rolę w komunikacji międzykomórkowej. Poprzednie badania wykazały, że pojazdy elektryczne często pośredniczą w interakcji między mikroflorą a nabłonkiem jelitowym i wpływają na zdrowie i funkcjonowanie jelit.

O badaniu

W bieżącym badaniu postawiono hipotezę, że nanocząsteczki bezpośrednio lub pośrednio wpływają na skład mikroflory poprzez pojazdy elektryczne. KilkaNa żywoIin vitroPrzeprowadzono eksperymenty, aby przetestować tę hipotezę. Na przykład rozmiar i liczbę nanocząsteczek wykorzystanych w tym badaniu potwierdzono za pomocą analizy śledzenia nanocząstek (NTA).

Sześciotygodniowe samce myszy poddano działaniu znakowanych fluorescencyjnie nanocząsteczek w celu zbadania ich rozmieszczenia w narządach. Przeprowadzono wychwyt komórkowy nanocząsteczek, analizę biochemiczną surowicy, PCR w czasie rzeczywistym i Western blot.

Aby zrozumieć, w jaki sposób NP wpływa na mikroflorę jelitową, myszom podawano doustnie mikroskopijny polistyren (100 nm) cztery razy w tygodniu przez 12 tygodni, szczególnie w dniach 1, 3, 5 i 7 każdego tygodnia. Jako punkt odniesienia wykorzystano serię myszy kontrolnych nieleczonych NP.

Wyniki badań

Akumulację NP (100 nm) obserwowano w różnych punktach czasowych od 3 minut do 48 godzin. W bieżącym badaniu znaczące poziomy NP stwierdzono w jelicie cienkim, wątrobie, jelicie ślepym i okrężnicy badanych myszy.

Doustna ekspozycja na NP zwiększała masę ciała w porównaniu z myszami w grupie kontrolnej. Jednakże wzrost był umiarkowany i nie wiązał się ze znaczącymi zmianami w białej tkance tłuszczowej lub masie wątroby. Nie zaobserwowano istotnych zmian w masie wątroby ani białej tkance tłuszczowej. U myszy narażonych na NP nie zaobserwowano skrócenia jelit, co sugeruje, że głównym celem efektów wywołanych NP były bakterie jelitowe, a nie stan zapalny.

Analiza biochemiczna wykazała, że ​​12-tygodniowa ekspozycja na NP nie modyfikuje znacząco aminotransferazy asparaginianowej w surowicy (AST), aminotransferazy alaninowej (ALT), kreatyniny (CRE) ani azotu mocznikowego we krwi (BUN). Odkrycie to sugeruje, że nanocząsteczki mogą bezpośrednio wpływać na mikroflorę jelitową i barierę jelitową.

W bieżącym badaniu stwierdzono, że NP może przenikać do zróżnicowanych komórek Caco-2 podobnych do enterocytów i jelit myszy po 24 godzinach leczenia. Po wejściu zmniejsza ekspresję białek połączeń ścisłych, w tym zonula occludens-1 (ZO-1) i okludyn (OCC). Zaburzenie to powoduje charakterystyczne uszkodzenie jelit, w tym zwiększoną przepuszczalność jelit lub nieszczelne jelita.

Analiza Gene Ontology (GO) wykazała, że ​​ekspozycja na NP znacząco zmieniła ekspresję genów jelitowych myszy i funkcje metaboliczne. Analiza głównych składowych (PCA) różnorodności mikroRNA (miRNA) w odchodach myszy ujawniła, że ​​ekspozycja na nanocząsteczki znacząco zmodyfikowała profile miRNA i zmniejszyła różnorodność specyficznych miRNA. Dalsza dogłębna analiza odkryła rolę miRNA jako regulatorów podstawowych funkcji fizjologicznych, szczególnie tych związanych z połączeniami komórkowymi jelit.

Wyniki eksperymentów sugerują, że nanocząsteczka może zakłócać ekspresję białek połączeń ścisłych poprzez regulację miRNA w komórkach jelitowych, co ostatecznie zakłóca środowisko jelitowe. Analiza predykcyjna wykazała, że ekspozycja na NP wpływa na miRNA, takie jak AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 i HAS-MIR-MIR-3P na ekspresję ZO-101-MIR-3P ekspresja regulowana.

Co więcej, badanie wykazało, że ekspozycja na NP zwiększa ekspresję miRNA specyficznych dla myszy, takich jak MMU-MIR-501-3p i MMU-MIR-700-5p, które również zakłócają ekspresję ZO-1 i MUC-13.

Analiza immunocytochemiczna (ICC), qPCR i Western blot ujawniła, że ​​leczenie NP zmniejszyło ekspresję MUC-13 u myszy i zróżnicowanych komórek Caco-2 podobnych do enterocytów.

Przy długotrwałej ekspozycji na NP liczba unikalnych gatunków bakterii początkowo wzrosła, a następnie zmniejszyła się. Najbardziej zauważalnym efektem była raczej zmiana względnej obfitości określonych taksonów bakterii, a nie zwykła utrata ogólnej różnorodności. Na przykład liczba Lactobacilaceae spadła, a Ruminococcaceae wzrosła.

Badanie wykazało również, że Akkermansia, bakteria probiotyczna nowej generacji, zwiększała liczebność myszy narażonych na NP, szczególnie w późniejszym okresie. Wyniki eksperymentów wykazały, że wpływ nanocząsteczek na mikrobiom jelitowy nie był bezpośrednio spowodowany toksycznością nanocząsteczek, ale innymi mechanizmami.

W szczególności badanie pokazuje, że w zmianach pośredniczyły pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) pochodzące z komórek jelitowych i niektórych bakterii, a nie bezpośredni toksyczny wpływ nanocząsteczek na wzrost bakterii.LachnospirowateSpośród osób z SP. pochodzące z pojazdów elektrycznych nie wpływały na wzrost bakterii jelitowych.

Nowość tego badania polega na odkryciu specyficznego mechanizmu. NP zmienia mikrośrodowisko jelitowe, modulując dostarczanie miRNA za pośrednictwem EV, które następnie zakłócają barierę jelitową i selektywnie wpływają na wzrost taksonów bakteryjnych. Stanowi to nowo opisaną ścieżkę w kontekście toksyczności nanocząsteczek.

Wnioski

W bieżącym badaniu zaproponowano, że NP obejmuje pewne taksony bakteryjne, w tymLachnospirowateIRuminococcaceae. Zmiana mikrobiomu jelitowego pod wpływem ekspozycji na NP odbywa się za pośrednictwem interakcji gospodarz-mikrobiota poprzez EV. NP został pobrany przez Lachnospiraceae, co wywołało stłumioną ekspresję mucyny-13.

Dodatkowo, EV uwolnione z komórek kaufletopodobnych po ekspozycji na NP sprzyjały wzrostowiRuminococcaceaeObecnyPodkreślenie złożonej zależności pomiędzy pęcherzykami pochodnymi i bakteryjnymi.

Konieczne są dalsze badania nad wpływem nanocząsteczek na zdrowie ludzi i środowisko. Chociaż wyniki te dostarczają nowych informacji na temat tego, jak nanocząsteczka może zakłócać zdrowie jelit, należy zauważyć, że eksperymenty przeprowadzono na myszach. Znaczenie dawek i ustaleń dla typowego narażenia człowieka pozostaje do ustalenia.

Pobierz teraz swoją kopię PDF!

Źródła: