De flesta gener i människokroppen kan störas av kemiska kemikalier. Göran Andersson / Getty Images
Idag utsätts människor för tusentals konstgjorda kemikalier. Ändå är effekterna på människors hälsa fortfarande inte helt förstådda.
År 2020 nåddes antalet registrerade kemikalier 167 miljoner. Varje dag utsätts människor för dem genom mat, vatten, förorenad luft, droger, kosmetika och andra konstgjorda ämnen. Mindre än 1% av dessa kemikalier testades med avseende på toxicitetoch de som testades visar förmågan att störa nästan alla biologiska processer i vår kropp. Kan vi dra slutsatsen hur kumulativa exponeringar formar vår hälsa?
Jag är miljötoxolog studera effekterna av konstgjorda kemikalier på vår hälsa. Jag bestämde mig för att utvecklas en beräkningsmetod att objektivt jämföra känsligheten för alla gener mot alla kemikalier och identifiera de mest utsatta biologiska processerna.
Opartisk strategi
För vår studie, mina forskarkollegor och jag använde data från Jämförande toxikogenomisk databas. Comparative Toxicogenomic Database samlar information från tusentals publicerade studier om hur kemikalier förändrar aktiviteten hos gener. Gener är sektioner av DNA som kodar för proteiner som utför ett brett spektrum av funktioner i celler, från att bygga vävnader till att metabolisera näringsämnen. När kemikalier påverkar gener, resulterar det i ökad eller minskad produktion av proteiner.
Moderna metoder för molekylärbiologi kan upptäcka förändringar i aktiviteten hos alla gener i genomet som svar på en kemisk förolämpning. Jag utvecklade ett tillvägagångssätt som överlagrar listor över förändrade gener från olika studier för att beräkna hur många gånger varje gen påverkades. De resulterande siffrorna återspeglar generens känslighet för kemikalier i allmänhet.
Med hjälp av 2,169 studier på möss, råttor, människor och deras celler rankade min forskargrupp 17,338 gener för kemisk exponering. Dessa studier testade effekten av 1,239 XNUMX olika kemikalier, allt från receptbelagda läkemedel till miljöföroreningar.
I nästa steg genomförde vi tester för att säkerställa att detta prov på över 1,000 kemikalier var tillräckligt stort för att på ett tillförlitligt sätt representera alla klasser av konstgjorda kemikalier som människor utsätts för. För att göra det mätte vi generens känslighet för hälften av denna lista och sedan för en annan att testa om till och med ett mindre antal kemikalier på ett tillförlitligt sätt kan identifiera känsliga gener. Resultaten var uppmuntrande - värdena för genkänslighet var nästan identiska i de två försöken.
Cellförsvarssystem reagerar på kemikalier
Våra celler är inte helt hjälplösa när de utsätts för kemiska förolämpningar. Faktum är att de ha strategier för att hantera stress och skador orsakade av kemikalier. Våra uppgifter bekräftar att dessa skyddsåtgärder blir aktiva som svar på exponeringar.
Denna försvarslinje inkluderar enzymer som eliminerar giftiga kemikalier, lindrar oxidativ stress (ackumulering av reaktiva radikaler i celler), reparerar skadat DNA och proteiner och identifierar starkt skadade celler för att utlösa deras död och förhindra att de blir cancerösa.
Kan exponering för konstgjorda kemikalier öka fetma över hela världen? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images
Metabolism av lipider och kolhydrater är sårbar
Överraskande fann vi att molekylära nätverk som är involverade i regleringen av cellulär metabolism är mest känsliga för kemisk exponering. En av dem är PPAR-signalering. PPAR är en grupp proteiner som reglerar energibalansen och metabolismen av lipider och glukos.
Ökning eller minskning av PPAR-aktivitet bidrar till fetma, metaboliskt syndrom, diabetes och fettlever. Förmågan hos vissa miljömässiga kemikalier som påverkar PPAR visades tidigare. Vi förväntade oss dock inte att se PPARs känslighet för ett mycket brett spektrum av föreningar.
Vi upptäckte också att gener som är involverade i utvecklingen av betaceller i bukspottskörteln, som utsöndrar insulin och spelar en nyckelroll i glukosmetabolismen, undertrycks av en majoritet av kemikalier i vår lista. Dysfunktion av betaceller resulterar i diabetes. Således kan kumulativa kemiska exponeringar vara en betydande riskfaktor för diabetes.
Idag är en epidemi av metabolisk sjukdom en stor folkhälsofråga. Förekomsten av fetma nästan tredubblades mellan 1975 och 2016. Ungefär 40% av amerikanerna kommer att utveckla typ 2-diabetes under sina livoch 33% -88% har fet lever. Kopplingen mellan exponeringar och metaboliska sjukdomar visades tidigare för vissa kemikalier med hormonstörande egenskaper. Rollen för ett brett spektrum av konstgjorda kemikalier i denna epidemi erkändes dock inte tidigare men kan vara betydelsefull.
Tillväxt, åldrande och immunförsvaret
Två hormoner involverade i tillväxt - tillväxthormon (GH) och insulinliknande tillväxtfaktor (IGF1) - påverkas också av exponering för kemikalier.
IGF1 är ett hormon utsöndras mestadels av levern. Det är erkänt som en viktig tillsynsmyndighet för kroppstillväxt. Dessutom visar flera musexperiment att minskad GH-IGF1-signalering resulterar i längre livslängd. Denna väg avgör också om celler kommer att göra det använda energi för att bygga nya molekyler som kroppen behöver, eller om de kommer att bryta ner befintliga molekyler för att frigöra energi för organismen att använda. Kemikaliernas förmåga att påverka denna centrala regulator för tillväxt och åldrande är ett nytt resultat. Vilka hälsoproblem kan bero på känsligheten hos GH-IGF1 är ännu inte avslöjade.
Vår analys visar att gener som styr immunsvaret också är mycket känsliga för kemikalier.
Två viktiga resultat av ett dysfunktionellt immunsystem är allergi och autoimmunitet. Förekomsten för båda förhållandena följer uppåtgående trender. Livsmedelsallergier ökade från 3.4% till 5.1% mellan 1997 och 2011 bland barn i USA Hudallergier ökade från 7.4% till 12.5% under samma period. En annan studie visade en 5% ökning av blodmarkören för autoimmun sjukdom i amerikaner under perioden 1988-2012.
Alla molekylära vägar är känsliga för kemikalier
Sammantaget fann vi att nästan alla kända vägar kan påverkas av kemikalier. Denna upptäckt har betydande konsekvenser för toxikologiska regler.
Med ett ständigt ökande antal konstgjorda kemikalier, samhället behöver utvecklas snabba och kostnadseffektiva metoder av toxicitetstest.
En viktig fråga som fortfarande är obesvarad är vilka vägar som ska täckas genom testning för att säkerställa att tillsynsmyndigheter inte godkänner kemikalier som skadar eller stör kritiska molekylära kretsar. Våra data tyder på att vi behöver utveckla tester som täcker alla kända molekylära vägar utan undantag.
Vår studie beskriver nya prioriteringar för toxikologisk forskning, inklusive rollen som kemisk exponering för metabolisk hälsa, immunförsvar, utveckling och åldrande.
Om författaren
Alexander Suvorov, biträdande professor, University of Massachusetts Amherst
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Böcker om miljön från Amazons lista över bästsäljare
"Tyst vår"
av Rachel Carson
Denna klassiska bok är ett landmärke i miljövårdens historia, och uppmärksammar de skadliga effekterna av bekämpningsmedel och deras inverkan på naturen. Carsons arbete bidrog till att inspirera den moderna miljörörelsen och är fortfarande relevant idag, när vi fortsätter att brottas med utmaningarna med miljöhälsa.
Klicka för mer info eller för att beställa
"The Uninhabitable Earth: Life After Warming"
av David Wallace-Wells
I den här boken ger David Wallace-Wells en skarp varning om de förödande effekterna av klimatförändringar och det akuta behovet av att ta itu med denna globala kris. Boken bygger på vetenskaplig forskning och verkliga exempel för att ge en nykter blick på framtiden vi står inför om vi misslyckas med att vidta åtgärder.
Klicka för mer info eller för att beställa
"Trädens dolda liv: vad de känner, hur de kommunicerar? Upptäckter från en hemlig värld"
av Peter Wohlleben
I den här boken utforskar Peter Wohlleben trädens fascinerande värld och deras roll i ekosystemet. Boken bygger på vetenskaplig forskning och Wohllebens egna erfarenheter som skogsbrukare för att ge insikter i de komplexa sätt som träd interagerar med varandra och med naturen.
Klicka för mer info eller för att beställa
"Vårt hus brinner: scener av en familj och en planet i kris"
av Greta Thunberg, Svante Thunberg och Malena Ernman
I den här boken ger klimataktivisten Greta Thunberg och hennes familj en personlig redogörelse för sin resa för att öka medvetenheten om det akuta behovet av att ta itu med klimatförändringarna. Boken ger en kraftfull och gripande redogörelse för de utmaningar vi står inför och behovet av handling.
Klicka för mer info eller för att beställa
"The Sixth Extinction: En onaturlig historia"
av Elizabeth Kolbert
I den här boken utforskar Elizabeth Kolbert den pågående massutrotningen av arter orsakade av mänsklig aktivitet, med utgångspunkt i vetenskaplig forskning och verkliga exempel för att ge en nykter titt på inverkan av mänsklig aktivitet på den naturliga världen. Boken erbjuder en övertygande uppmaning till handling för att skydda mångfalden av livet på jorden.
al
