Nanoplasty - Remodelujú črevný mikrobióm, oslabujú obranyschopnosť čriev

Nanoplasty - Remodelujú črevný mikrobióm, oslabujú obranyschopnosť čriev

Výskum ukazuje, ako neviditeľné nanočastice manipulujú s mobilnými telefónmi a podkopávajú jemný mikrobióm vášho čreva, čo vyvoláva nové otázky o neviditeľných zdravotných rizikách environmentálnych nanoplastov.

štúdium:Polystyrénové nanoplasty narúšajú črevné mikroprostredie tým, že menia interakcie medzi baktériami a hostiteľmi prostredníctvom mikroRNA dodávaných extracelulárnymi vezikulami. Fotografický kredit: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Vystavenie polystyrénovým nanoplastom môže narušiť zdravie čriev zmenou interakcií medzi baktériami a narušením črevného mikroprostredia. Nedávno publikovaná štúdia vKomunikácia prírodySkúmali, ako vystavenie polystyrénovým nanoplastom ovplyvňuje ľudské zdravie, so zameraním na interakcie baktérie-hostiteľ.

Vplyv vystavenia nanoplastom na ľudské zdravie

Ľudia sú často vystavení plastovým úlomkom v celom potravinovom reťazci, čo vyvoláva otázky o ich vplyve na črevný mikrobióm. Degradácia rôznych druhov plastov ako polystyrén (PS), polyvinylchlorid (PVC) a polyetylén (PE) vedie k vývoju mikroplastov (MP) a nanoplastov (NP).

Niekoľko štúdií ukázalo, že vystavenie MP alebo NP môže spôsobiť poškodenie hematopoézy, poškodenie pečene a poruchy semenníkov u cicavcov prostredníctvom črevnej dysbiózy. Tieto štúdie tiež ukázali, že expozícia PS-MP a PE-MP vyvoláva zápal, imunitnú nerovnováhu a dysfunkciu črevnej bariéry. Konkrétne, expozícia PE-MP mení črevné mikrobiálne zloženie, čo podporuje selektívne zvýšenie patogénuStaphylococcus aureus. Tento NP tiež podporuje črevný zápal.

Napriek pochopeniu toxických účinkov MP a NP u ľudí len málo štúdií skúmalo interakciu medzi mikroskopickými plastmi, črevnou mikrobiotou a hostiteľom. Okrem toho, základný mechanizmus, ktorým mikroskopický plast ovplyvňuje ľudské zdravie, zostáva relatívne nedostatočne preskúmaný.

Niekoľko štúdií naznačilo, že NP sú škodlivejšie ako MPS kvôli ich menšej veľkosti. To im umožňuje preniknúť do tkanív a orgánov a ľahko ovplyvniť ich biologické funkcie. Je nevyhnutné pochopiť presnú dráhu, ktorou NP spôsobujú črevnú dysbiózu a ovplyvňujú zdravie čriev.

Extracelulárne vezikuly (EV) sú malé lipidové dvojvrstvové vaky viazané na membránu uvoľňované živočíšnymi bunkami a baktériami. Tieto sférické štruktúry nesú rôzne obsahy vrátane DNA, RNA, proteínov a lipidov. EV hrajú kľúčovú úlohu v medzibunkovej komunikácii. Predchádzajúce štúdie ukázali, že EV často sprostredkúvajú interakciu medzi mikrobiotou a črevným epitelom a ovplyvňujú zdravie a funkciu čriev.

O štúdiu

Súčasná štúdia predpokladala, že NP priamo alebo nepriamo ovplyvňuje zloženie mikrobioty prostredníctvom EV. NiekoľkoIn vivoAin vitroNa overenie tejto hypotézy sa uskutočnili experimenty. Napríklad veľkosť a počet NP použitých v tejto štúdii boli potvrdené pomocou analýzy sledovania nanočastíc (NTA).

Šesťtýždňové samce myší boli vystavené fluorescenčne značeným NP, aby sa preskúmala ich distribúcia v orgánoch. Uskutočnil sa bunkový príjem NP, biochemická analýza séra, PCR v reálnom čase a western blot.

Aby sme pochopili, ako NP ovplyvňuje črevnú mikroflóru, mikroskopický polystyrén (100 nm) sa orálne podával myšiam štyrikrát týždenne počas 12 týždňov, konkrétne v dňoch 1, 3, 5 a 7 každého týždňa. Séria kontrolných myší neliečených NP bola udržiavaná ako referenčná.

Výsledky štúdie

Akumulácia NP (100 nm) sa pozorovala v rôznych časových bodoch medzi 3 minútami a 48 hodinami. V súčasnej štúdii boli zistené významné hladiny NP v tenkom čreve, pečeni, slepom čreve a hrubom čreve skúmaných myší.

Orálna expozícia NP zvýšila telesnú hmotnosť v porovnaní s myšami v kontrolnej skupine. Nárast však bol mierny a nesúvisel s významnými zmenami v bielom tukovom tkanive alebo hmotnosti pečene. Neboli pozorované žiadne významné zmeny hmotnosti pečene alebo bieleho tukového tkaniva. Skrátenie čreva nebolo pozorované u myší vystavených NP, čo znamená, že primárnym cieľom účinkov vyvolaných NP boli črevné baktérie a nie zápal.

Biochemická analýza odhalila, že 12 týždňov expozície NP významne nemodifikovalo sérovú aspartátaminotransferázu (AST), alanínaminotransferázu (ALT), kreatinín (CRE) alebo dusík močoviny v krvi (BUN). Toto zistenie naznačuje, že črevná mikroflóra a bariéra môžu byť priamo ovplyvnené NP.

V súčasnej štúdii sa zistilo, že NP môže po 24 hodinách liečby preniknúť do diferencovaných buniek Caco-2 podobných enterocytom a do myšacieho čreva. Po vstupe znižuje expresiu proteínov tesného spojenia, vrátane zonula occludens-1 (ZO-1) a okludínov (OCC). Táto porucha spôsobuje charakteristické črevné poškodenie, vrátane zvýšenej črevnej permeability alebo presakovania čriev.

Analýza génovej ontológie (GO) ukázala, že expozícia NP významne zmenila črevnú génovú expresiu a metabolické funkcie myší. Analýza hlavnej zložky (PCA) diverzity mikroRNA (miRNA) v myšacích výkaloch odhalila, že expozícia NP významne modifikovala profily miRNA a znížila diverzitu špecifických miRNA. Ďalšia hĺbková analýza objavila úlohu miRNA ako regulátorov primárnych fyziologických funkcií, najmä tých, ktoré sú spojené s črevnými bunkovými spojeniami.

Experimentálne zistenia naznačujú, že NP by mohol narušiť expresiu proteínov s tesným spojením reguláciou miRNA v črevných bunkách, čo v konečnom dôsledku narúša črevné prostredie. Prediktívna analýza ukázala, že expozícia NP ovplyvnila miRNA, ako sú AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 a HAS-3P na expresiu HAS-3P Expresia ZO-101-MIR-3P regulovaná.

Štúdia ďalej zistila, že expozícia NP zvýšila expresiu miRNA špecifických pre myši, ako sú MMU-MIR-501-3p a MMU-MIR-700-5p, ktoré tiež narúšajú expresiu ZO-1 a MUC-13.

Imunocytochémia (ICC), qPCR a analýza Western blot odhalili, že liečba NP znížila expresiu MUC-13 u myší a diferencovaných buniek Caco-2 podobných enterocytom.

Pri dlhšej expozícii NP sa jedinečné bakteriálne druhy spočiatku zvýšili a znížili. Najpozoruhodnejším účinkom bol skôr posun v relatívnom množstve špecifických bakteriálnych taxónov ako jednoduchá strata celkovej diverzity. Napríklad počet Lactobacillaceae sa znížil a Ruminococcaceae sa zvýšil.

Štúdia tiež zistila, že Akkermansia, probiotická baktéria novej generácie, zvýšila početnosť u myší vystavených NP, najmä v neskoršom období. Experimentálne zistenia ukázali, že vplyv NP na črevný mikrobióm nebol spôsobený priamo toxicitou NP, ale inými mechanizmami.

Štúdia konkrétne ukazuje, že zmeny boli sprostredkované extracelulárnymi vezikulami (EV) odvodenými z črevných buniek a určitých baktérií namiesto priamych toxických účinkov NP na rast baktérií.LachnospiraceaeZ tých zo SP. odvodené EV neovplyvnili rast črevných baktérií.

Novinka tejto štúdie spočíva v objave špecifického mechanizmu. NP mení črevné mikroprostredie moduláciou dodávania miRNA sprostredkovaného EV, ktoré potom narúšajú črevnú bariéru a selektívne ovplyvňujú rast bakteriálnych taxónov. Toto predstavuje novo opísanú dráhu v kontexte toxicity NP.

Závery

Súčasná štúdia navrhla, že NP zahŕňa určité bakteriálne taxóny vrátaneLachnospiraceaeARuminococcaceae. Zmena črevného mikrobiómu po expozícii NP je sprostredkovaná interakciami hostiteľ-mikrobiota prostredníctvom EV. NP bol prijatý Lachnospiraceae, čo spustilo potlačenú expresiu mucínu-13.

Okrem toho EV uvoľnené z buniek podobných kaufletu po expozícii NP podporovali rastRuminococcaceaeSúčasnosťZdôraznenie komplexnej súhry medzi odvodenými a bakteriálnymi vezikulami.

Je potrebný ďalší výskum účinkov NP na zdravie ľudí a životného prostredia. Aj keď tieto výsledky poskytujú nový pohľad na to, ako môže NP narušiť zdravie čriev, je dôležité poznamenať, že experimenty boli vykonané na myšiach. Relevantnosť dávok a zistení pre typické expozície ľudí sa ešte musí určiť.

Stiahnite si svoju kópiu PDF teraz!

Zdroje: