Nanoplaster - Omforma tarmmikrobiomet, försvagar tarmens försvar

Nanoplaster - Omforma tarmmikrobiomet, försvagar tarmens försvar

Forskning visar hur osynliga nanopartiklar manipulerar mobiltelefoner och undergräver tarmens känsliga mikrobiom, vilket väcker nya frågor om de osynliga hälsoriskerna med miljömässig nanoplast.

Studera:Polystyren nanoplaster stör tarmens mikromiljö genom att förändra bakterie-värdinteraktioner genom extracellulära vesikellevererade mikroRNA. Bildkredit: Sivstockstudio/Shutterstock.com

Exponering för nanoplast av polystyren kan störa tarmens hälsa genom att förändra interaktioner mellan bakterier och störa tarmens mikromiljö. En nyligen publicerad studie iNaturkommunikationUndersökte hur exponering av polystyren nanoplast påverkar människors hälsa, med fokus på bakterie-värdinteraktioner.

Effekten av nanoplastexponering på människors hälsa

Människor exponeras ofta för plastfragment genom hela näringskedjan, vilket väcker frågor om deras inverkan på tarmmikrobiomet. Nedbrytningen av olika typer av plaster som polystyren (PS), polyvinylklorid (PVC) och polyeten (PE) leder till utvecklingen av mikroplaster (MP) och nanoplaster (NP).

Flera studier har visat att MP- eller NP-exponering kan orsaka hematopoetisk skada, leverskada och testikelsjukdomar hos däggdjur genom tarmdysbios. Dessa studier har också visat att exponering för PS-MP och PE-MP inducerar inflammation, immunobalanser och dysfunktion i tarmbarriären. Specifikt förändrar exponering för PE-MP tarmens mikrobiella sammansättning, vilket gynnar en selektiv ökning av patogenStaphylococcus aureus. Denna NP främjar också tarminflammation.

Trots förståelsen för de toxiska effekterna av MP och NP hos människor har få studier undersökt interaktionen mellan mikroskopiska plaster, tarmmikrobiota och värd. Dessutom är den underliggande mekanismen genom vilken mikroskopisk plast påverkar människors hälsa fortfarande relativt understuderad.

Flera studier har föreslagit att NP är mer skadliga än MPS på grund av sin mindre storlek. Detta gör att de kan penetrera vävnader och organ och enkelt påverka deras biologiska funktioner. Att förstå den exakta vägen genom vilken NP orsakar tarmdysbios och påverkar tarmhälsa är viktigt.

Extracellulära vesiklar (EV) är små, membranbundna lipidsäckar som frigörs av djurceller och bakterier. Dessa sfäriska strukturer bär olika innehåll inklusive DNA, RNA, proteiner och lipider. Elbilar spelar en avgörande roll i intercellulär kommunikation. Tidigare studier har visat att elbilar ofta medierar interaktionen mellan mikrobiota och tarmepitel och påverkar tarmens hälsa och funktion.

Om studien

Den aktuella studien antog att NP direkt eller indirekt påverkar mikrobiotasammansättningen genom elbilar. FleraIn vivoOchin vitroExperiment utfördes för att testa denna hypotes. Till exempel bekräftades storleken och antalet NP som användes i denna studie med hjälp av nanopartikelspårningsanalys (NTA).

Sex veckor gamla hanmöss exponerades för fluorescensmärkta NP: er för att undersöka deras fördelning i organ. Cellulärt upptag av NP, serum biokemisk analys, realtids-PCR och western blöt utfördes.

För att förstå hur NP påverkar tarmmikrobiota, administrerades mikroskopisk polystyren (100 nm) oralt till mössen fyra gånger i veckan under 12 veckor, särskilt på dagarna 1, 3, 5 och 7 varje vecka. En serie kontrollmöss som inte behandlats med NP bibehölls som referens.

Studieresultat

Ackumuleringen av NP (100 nm) observerades vid olika tidpunkter mellan 3 min och 48 timmar. I den aktuella studien hittades signifikanta NP-nivåer i tunntarmen, levern, blindtarmen och tjocktarmen hos studiemössen.

Oral NP-exponering ökade kroppsvikten jämfört med möss i kontrollgruppen. Ökningen var dock måttlig och var inte associerad med signifikanta förändringar i vit fettvävnad eller levervikt. Inga signifikanta förändringar i levervikt eller vit fettvävnad observerades. Tarmförkortning observerades inte hos NP-exponerade möss, vilket antyder att tarmbakterier och inte inflammation var det primära målet för NP-inducerade effekter.

Biokemisk analys visade att 12 veckors NP-exponering inte signifikant modifierade serumaspartataminotransferas (AST), alaninaminotransferas (ALT), kreatinin (CRE) eller blodkarbamidkväve (BUN). Detta fynd tyder på att tarmens mikrobiota och barriär kan påverkas direkt av NP.

I den aktuella studien fann man att NP kunde tränga in i de enterocytliknande differentierade Caco-2-cellerna och mustarmen efter 24 timmars behandling. Efter inträde minskar det uttrycket av tight junction-proteiner, inklusive zonula occludens-1 (ZO-1) och occludiner (OCC). Denna störning orsakar karakteristiska tarmskador, inklusive ökad tarmpermeabilitet eller läckande tarm.

Gene Ontology (GO) analys visade att NP-exponering signifikant förändrade mössens intestinala genuttryck och metaboliska funktioner. Huvudkomponentanalys (PCA) av diversitet i mikroRNA (miRNA) i musavföring visade att NP-exponering signifikant modifierade miRNA-profiler och minskade mångfalden av specifika miRNA. Ytterligare djupgående analys upptäckte rollen av miRNA som regulatorer av primära fysiologiska funktioner, särskilt de som är förknippade med tarmcellövergångar.

Experimentella fynd tyder på att NP skulle kunna störa uttrycket av tight junction-proteinerna genom att reglera miRNA i tarmceller, vilket i slutändan stör tarmmiljön. Prediktiv analys visade att NP-exponering påverkade miRNA som AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136-M och HAS-3PIR-M ZO-101-MIR-3P uttryck reglerad.

Dessutom fann studien att NP-exponering ökade uttrycket av musspecifika miRNA som MMU-MIR-501-3p och MMU-MIR-700-5p, vilket också stör uttrycket av ZO-1 och MUC-13.

Immunocytokemi (ICC), qPCR och Western blot-analys avslöjade att NP-behandling minskade MUC-13-uttrycket i möss och enterocytliknande differentierade Caco-2-celler.

Med långvarig NP-exponering ökade och minskade unika bakteriearter initialt. Den mest anmärkningsvärda effekten var en förändring i det relativa överflödet av specifika bakteriella taxa, snarare än en enkel förlust av övergripande mångfald. Till exempel minskade Lactobacillaceae och Ruminococcaceae ökade.

Studien fann också att Akkermansia, en nästa generations probiotiska bakterier, ökade förekomsten i NP-exponerade möss, särskilt vid senare tidpunkter. Experimentella fynd visade att påverkan av NP på tarmmikrobiomet inte direkt orsakades av NP-toxicitet utan av andra mekanismer.

Specifikt visar studien att förändringarna förmedlades av extracellulära vesiklar (EV) härledda från tarmceller och vissa bakterier istället för de direkta toxiska effekterna av NP på bakterietillväxt.LachnospiraceaeAv dem från SP. härledda elbilar påverkade inte tillväxten av tarmbakterier.

Det nya med denna studie ligger i upptäckten av en specifik mekanism. NP förändrar den intestinala mikromiljön genom att modulera EV-medierad leverans av miRNA, som sedan stör tarmbarriären och selektivt påverkar tillväxten av bakteriella taxa. Detta representerar en nybeskriven väg i samband med NP-toxicitet.

Slutsatser

Den aktuella studien föreslog att NP inkluderar vissa bakteriella taxa inklusiveLachnospiraceaeOchRuminococcaceae. Förändringen av tarmmikrobiomet vid NP-exponering förmedlas av värd-mikrobiota-interaktioner genom EV. NP togs upp av Lachnospiraceae, vilket utlöste undertryckt mucin-13-uttryck.

Dessutom främjade elbilar som frigjordes från kaufletliknande celler efter NP-exponering tillväxten avRuminococcaceaePresenteraBelyser ett komplext samspel mellan härledda och bakteriella vesiklar.

Ytterligare forskning om effekterna av NP på människors och miljöns hälsa behövs. Även om dessa resultat ger nya insikter om hur NP kan störa tarmhälsa, är det viktigt att notera att experimenten utfördes på möss. Dosernas och resultatens relevans för typiska mänskliga exponeringar återstår att fastställa.

Ladda ner din PDF-kopia nu!

Källor: