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.

books_environmental