Nanoplastice - Remodelează microbiomul intestinal, slăbește apărarea intestinală

Nanoplastice - Remodelează microbiomul intestinal, slăbește apărarea intestinală

Cercetările arată cum nanoparticulele invizibile manipulează telefoanele mobile și subminează microbiomul delicat al intestinului, ridicând noi întrebări despre riscurile invizibile pentru sănătate ale nanoplasticelor din mediu.

Studiu:Nanoplasticele din polistiren perturbă micromediul intestinal prin modificarea interacțiunilor bacterii-gazdă prin microARN-uri extracelulare furnizate de vezicule. Credit foto: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Expunerea la nanoplasticele din polistiren poate perturba sănătatea intestinului prin modificarea interacțiunilor dintre bacterii și perturbarea micromediului intestinal. Un studiu publicat recent înComunicarea naturiiS-a investigat modul în care expunerea la nanoplastic de polistiren afectează sănătatea umană, concentrându-se pe interacțiunile bacterii-gazdă.

Efectul expunerii la nanoplastice asupra sănătății umane

Oamenii sunt expuși frecvent la fragmente de plastic de-a lungul lanțului alimentar, ridicând semne de întrebare cu privire la impactul acestora asupra microbiomului intestinal. Degradarea diferitelor tipuri de materiale plastice, cum ar fi polistirenul (PS), clorura de polivinil (PVC) și polietilena (PE) duce la dezvoltarea microplasticelor (MP) și a nanoplasticelor (NP).

Mai multe studii au arătat că expunerea la MP sau NP poate provoca leziuni hematopoietice, leziuni hepatice și tulburări testiculare la mamifere prin disbioză intestinală. Aceste studii au arătat, de asemenea, că expunerea la PS-MP și PE-MP induce inflamație, dezechilibre imunitare și disfuncția barierei intestinale. Mai exact, expunerea la PE-MP modifică compoziția microbiană intestinală, favorizând o creștere selectivă a agentului patogenStaphylococcus aureus. Acest NP promovează, de asemenea, inflamația intestinală.

În ciuda înțelegerii efectelor toxice ale MP și NP la oameni, puține studii au examinat interacțiunea dintre materialele plastice microscopice, microbiota intestinală și gazdă. În plus, mecanismul de bază prin care plasticul microscopic afectează sănătatea umană rămâne relativ puțin studiat.

Mai multe studii au sugerat că NP-urile sunt mai dăunătoare decât MPS datorită dimensiunii lor mai mici. Acest lucru le permite să pătrundă în țesuturi și organe și să le influențeze cu ușurință funcțiile biologice. Înțelegerea căii precise prin care NP provoacă disbioza intestinală și influențează sănătatea intestinală este esențială.

Veziculele extracelulare (EV) sunt saci minusculi, cu două straturi lipidice legate de membrană, eliberați de celulele animale și bacterii. Aceste structuri sferice poartă conținuturi diverse, inclusiv ADN, ARN, proteine ​​și lipide. EV-urile joacă un rol crucial în comunicarea intercelulară. Studiile anterioare au arătat că EV-urile mediază adesea interacțiunea dintre microbiotă și epiteliul intestinal și influențează sănătatea și funcția intestinală.

Despre studiu

Studiul actual a emis ipoteza că NP influențează direct sau indirect compoziția microbiotei prin intermediul EV. Mai multeIn vivoŞiin vitroAu fost efectuate experimente pentru a testa această ipoteză. De exemplu, dimensiunea și numărul de NP utilizate în acest studiu au fost confirmate folosind analiza de urmărire a nanoparticulelor (NTA).

Șoarecii masculi în vârstă de șase săptămâni au fost expuși la NP-uri marcate fluorescent pentru a examina distribuția lor în organe. Au fost efectuate absorbția celulară a NP-urilor, analiza biochimică a serului, PCR în timp real și western blot.

Pentru a înțelege modul în care NP afectează microbiota intestinală, polistiren microscopic (100 nm) a fost administrat oral șoarecilor de patru ori pe săptămână timp de 12 săptămâni, în special în zilele 1, 3, 5 și 7 ale fiecărei săptămâni. O serie de șoareci martor netratați cu NP au fost menținute ca referință.

Rezultatele studiului

Acumularea de NP (100 nm) a fost observată în momente diferite între 3 min și 48 de ore. În studiul actual, s-au găsit niveluri semnificative de NP în intestinul subțire, ficat, cecum și colonul șoarecilor de studiu.

Expunerea orală la NP a crescut greutatea corporală în comparație cu șoarecii din grupul de control. Cu toate acestea, creșterea a fost moderată și nu a fost asociată cu modificări semnificative ale țesutului adipos alb sau ale greutății ficatului. Nu au fost observate modificări semnificative ale greutății ficatului sau ale țesutului adipos alb. Scurtarea intestinală nu a fost observată la șoarecii expuși la NP, ceea ce implică faptul că bacteriile intestinale și nu inflamația au fost ținta principală a efectelor induse de NP.

Analiza biochimică a arătat că 12 săptămâni de expunere la NP nu au modificat semnificativ aspartat aminotransferaza serică (AST), alanina aminotransferaza (ALT), creatinina (CRE) sau azotul ureic din sânge (BUN). Această descoperire sugerează că microbiota intestinală și bariera pot fi influențate direct de NP.

În studiul actual, s-a constatat că NP ar putea pătrunde în celulele Caco-2 diferențiate asemănătoare enterocitelor și în intestinul șoarecelui după 24 de ore de tratament. După intrare, reduce expresia proteinelor de joncțiune strânsă, inclusiv zonula occludens-1 (ZO-1) și occludine (OCC). Această tulburare provoacă leziuni intestinale caracteristice, inclusiv permeabilitate intestinală crescută sau intestin permeabil.

Analiza Ontologiei genelor (GO) a arătat că expunerea la NP a modificat semnificativ expresia genelor intestinale și funcțiile metabolice ale șoarecilor. Analiza componentelor principale (PCA) a diversității microARN (miARN) în fecalele de șoarece a arătat că expunerea la NP a modificat în mod semnificativ profilurile miARN și a redus diversitatea miARN-urilor specifice. O analiză mai aprofundată a descoperit rolul miARN-urilor ca regulatori ai funcțiilor fiziologice primare, în special cele asociate cu joncțiunile celulelor intestinale.

Descoperirile experimentale sugerează că NP ar putea perturba expresia proteinelor de joncțiune strânsă prin reglarea miARN-urilor în celulele intestinale, ceea ce în cele din urmă perturbă mediul intestinal. Analiza predictivă a arătat că expunerea la NP a afectat miARN-uri precum AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 și expresia HAS-MIR-MIR-3P. Expresia ZO-101-MIR-3P reglată.

Mai mult, studiul a constatat că expunerea la NP a crescut expresia miARN-urilor specifice șoarecelui, cum ar fi MMU-MIR-501-3p și MMU-MIR-700-5p, care, de asemenea, perturbă expresia ZO-1 și MUC-13.

Imunocitochimia (ICC), qPCR și analiza Western blot au arătat că tratamentul cu NP a scăzut expresia MUC-13 la șoareci și celulele Caco-2 diferențiate asemănătoare enterocitelor.

Cu expunerea prelungită la NP, speciile bacteriene unice au crescut și au scăzut inițial. Efectul cel mai notabil a fost o schimbare a abundenței relative a taxonilor bacterieni specifici, mai degrabă decât o simplă pierdere a diversității generale. De exemplu, Lactobacilaceae a scăzut și Ruminococcaceae a crescut.

Studiul a mai constatat că Akkermansia, o bacterie probiotică de generație următoare, a crescut abundența la șoarecii expuși la NP, în special în perioadele ulterioare. Descoperirile experimentale au arătat că influența NP asupra microbiomului intestinal nu a fost cauzată direct de toxicitatea NP, ci de alte mecanisme.

Mai exact, studiul arată că modificările au fost mediate de veziculele extracelulare (EV) derivate din celulele intestinale și anumite bacterii în loc de efectele toxice directe ale NP asupra creșterii bacteriene.LachnospiraceaeDintre cei de la SP. EV-urile derivate nu au afectat creșterea bacteriilor intestinale.

Noutatea acestui studiu constă în descoperirea unui mecanism specific. NP modifică micromediul intestinal prin modularea livrării mediate de EV a miARN-urilor, care apoi perturbă bariera intestinală și influențează selectiv creșterea taxonilor bacterieni. Aceasta reprezintă o cale nou descrisă în contextul toxicității NP.

Concluzii

Studiul actual a propus ca NP să includă anumiți taxoni bacterieni, inclusivLachnospiraceaeŞiRuminococcaceae. Alterarea microbiomului intestinal la expunerea la NP este mediată de interacțiunile gazdă-microbiotă prin EV. NP a fost preluat de Lachnospiraceae, care a declanșat suprimarea expresiei mucinei-13.

În plus, EV-urile eliberate din celule asemănătoare kaufletului după expunerea la NP au promovat creștereaRuminococcaceaePrezentEvidențiind o interacțiune complexă între veziculele derivate și cele bacteriene.

Sunt necesare cercetări suplimentare asupra efectelor NP asupra sănătății umane și a mediului. În timp ce aceste rezultate oferă noi perspective asupra modului în care NP poate perturba sănătatea intestinului, este important de reținut că experimentele au fost efectuate pe șoareci. Rămâne de stabilită relevanța dozelor și a constatărilor pentru expunerile umane tipice.

Descărcați copia dvs. PDF acum!

Surse: