La maggior parte dei geni nel corpo umano può essere distrutta da sostanze chimiche prodotte dall'uomo. Göran Andersson / Getty Images
Oggi gli esseri umani sono esposti a migliaia di sostanze chimiche prodotte dall'uomo. Eppure gli effetti sulla salute delle persone non sono ancora del tutto chiari.
Nel 2020 è stato raggiunto il numero di sostanze chimiche registrate 167 milioni. Ogni giorno le persone sono esposte a loro attraverso cibo, acqua, aria contaminata, farmaci, cosmetici e altre sostanze artificiali. Meno di L'1% di queste sostanze chimiche è stato testato per la tossicitàe quelli che sono stati testati dimostrano la capacità di interrompere quasi tutti i processi biologici nel nostro corpo. Possiamo dedurre in che modo le esposizioni cumulative modellano la nostra salute?
Sono un tossicologo ambientale studiare gli effetti delle sostanze chimiche prodotte dall'uomo sulla nostra salute. Ho deciso di svilupparmi un approccio computazionale confrontare oggettivamente la sensibilità di tutti i geni a tutte le sostanze chimiche e identificare i processi biologici più vulnerabili.
Approccio imparziale
Per il nostro studio, i miei colleghi di ricerca e io abbiamo utilizzato i dati del Database tossicogenomico comparativo. Il database comparativo di tossicogenomia raccoglie informazioni da migliaia di studi pubblicati su come le sostanze chimiche modificano l'attività dei geni. I geni sono sezioni del DNA che codificano per proteine che svolgono un'ampia gamma di funzioni nelle cellule, dalla costruzione dei tessuti al metabolismo dei nutrienti. Quando le sostanze chimiche influenzano i geni, ciò si traduce in un aumento o in una diminuzione della produzione di proteine.
I moderni metodi di biologia molecolare possono rilevare i cambiamenti nell'attività di tutti i geni nel genoma in risposta a un insulto chimico. Ho sviluppato un approccio che sovrappone elenchi di geni alterati da diversi studi per calcolare quante volte ogni gene è stato colpito. I numeri risultanti riflettono la sensibilità dei geni alle sostanze chimiche in generale.
Utilizzando 2,169 studi su topi, ratti, esseri umani e le loro cellule, il mio gruppo di ricerca ha classificato la sensibilità di 17,338 geni all'esposizione chimica. Questi studi hanno testato l'impatto di 1,239 diverse sostanze chimiche che vanno dai farmaci da prescrizione agli inquinanti ambientali.
Nella fase successiva abbiamo eseguito test per garantire che questo campione di oltre 1,000 sostanze chimiche fosse abbastanza grande da rappresentare in modo affidabile tutte le classi di sostanze chimiche prodotte dall'uomo a cui le persone sono esposte. Per fare ciò, abbiamo misurato la sensibilità dei geni per metà di questo elenco e poi per un altro per testare se anche un numero minore di sostanze chimiche può identificare in modo affidabile i geni sensibili. I risultati sono stati incoraggianti: i valori della sensibilità genica erano quasi identici nei due studi.
Il sistema di difesa cellulare risponde alle sostanze chimiche
Le nostre cellule non sono completamente indifese se esposte a insulti chimici. In effetti, loro possedere strategie per affrontare lo stress e i danni indotti dalle sostanze chimiche. I nostri dati confermano che queste garanzie si attivano in risposta alle esposizioni.
Questa linea di difesa include enzimi che eliminano le sostanze chimiche tossiche, alleviano lo stress ossidativo (l'accumulo di radicali reattivi nelle cellule), riparano il DNA e le proteine danneggiati e identificano le cellule altamente danneggiate per innescare la loro morte e impedire che diventino cancerose.
L'esposizione a sostanze chimiche prodotte dall'uomo potrebbe aumentare i tassi di obesità in tutto il mondo? Chutima Sonma / EyeEm / Getty Images
Il metabolismo dei lipidi e dei carboidrati è vulnerabile
Sorprendentemente, abbiamo scoperto che le reti molecolari coinvolte nella regolazione del metabolismo cellulare sono le più sensibili alle esposizioni chimiche. Uno di essi è Segnalazione PPAR. I PPAR sono un gruppo di proteine che regolano l'equilibrio energetico e il metabolismo dei lipidi e del glucosio.
A ciò contribuiscono l'aumento o la diminuzione dell'attività dei PPAR obesità, sindrome metabolica, diabete e malattia del fegato grasso. L'abilità di alcuni prodotti chimici ambientali per influenzare i PPAR è stato dimostrato in precedenza. Tuttavia, non ci aspettavamo di vedere la sensibilità dei PPAR a una gamma molto ampia di composti.
Abbiamo anche scoperto che i geni coinvolti nello sviluppo delle cellule beta pancreatiche, che secernono insulina e svolgono un ruolo chiave nel metabolismo del glucosio, sono soppressi dalla maggior parte delle sostanze chimiche nel nostro elenco. La disfunzione delle cellule beta provoca il diabete. Pertanto, le esposizioni chimiche cumulative possono essere un fattore di rischio significativo per il diabete.
Oggi un'epidemia di malattie metaboliche è un importante problema di salute pubblica. La prevalenza di l'obesità è quasi triplicata tra il 1975 e il 2016. Circa Il 40% degli americani svilupperà il diabete di tipo 2 durante la vitae Il 33% -88% ha il fegato grasso. La connessione tra esposizioni e malattie metaboliche è stata dimostrata in precedenza per alcune sostanze chimiche con proprietà di disturbo endocrino. Tuttavia, il ruolo di una più ampia gamma di sostanze chimiche artificiali in questa epidemia non è stato riconosciuto prima, ma può essere significativo.
Crescita, invecchiamento e sistema immunitario
Due ormoni coinvolti nella crescita, l'ormone della crescita (GH) e il fattore di crescita simile all'insulina (IGF1), sono anche influenzati dall'esposizione a sostanze chimiche.
IGF1 è un ormone secreto principalmente dal fegato. È riconosciuto come uno dei principali regolatori di crescita del corpo. Inoltre, più esperimenti sui topi mostrano che la segnalazione di GH-IGF1 è diminuita si traduce in una maggiore durata. Questo percorso determina anche se le cellule lo faranno usa l'energia per costruire nuove molecole di cui il corpo ha bisognoo se scompongono le molecole esistenti per rilasciare energia che l'organismo può utilizzare. La capacità delle sostanze chimiche di influenzare questo regolatore centrale della crescita e dell'invecchiamento è una scoperta nuova. Quali problemi di salute potrebbero essere dovuti alla sensibilità di GH-IGF1 devono ancora essere scoperti.
La nostra analisi indica che i geni che controllano la risposta immunitaria sono anche altamente sensibili alle sostanze chimiche.
Due dei principali risultati di un sistema immunitario disfunzionale sono l'allergia e l'autoimmunità. La prevalenza di entrambe le condizioni segue le tendenze al rialzo. Le allergie alimentari sono aumentate da Dal 3.4% al 5.1% tra il 1997 e il 2011 tra i bambini negli Stati Uniti Le allergie cutanee sono aumentate da Dal 7.4% al 12.5% nello stesso periodo. Un altro studio ha mostrato a Aumento del 5% del marker ematico della malattia autoimmune negli americani durante il periodo 1988-2012.
Tutti i percorsi molecolari sono sensibili alle sostanze chimiche
Nel complesso abbiamo scoperto che quasi tutti i percorsi noti possono essere influenzati da sostanze chimiche. Questa scoperta ha implicazioni significative per la tossicologia normativa.
Con un numero sempre crescente di sostanze chimiche prodotte dall'uomo, la società ha bisogno di svilupparsi metodi rapidi ed economici dei test di tossicità.
Una domanda importante che rimane senza risposta è quali percorsi dovrebbero essere coperti dai test per garantire che i regolatori non approvino le sostanze chimiche che danneggiano o interrompono i circuiti molecolari critici. I nostri dati suggeriscono che abbiamo bisogno di sviluppare test che coprano ogni percorso molecolare noto senza eccezioni.
Il nostro studio delinea nuove priorità per la ricerca tossicologica, compreso il ruolo delle esposizioni chimiche per la salute metabolica, il sistema immunitario, lo sviluppo e l'invecchiamento.
L'autore
Alexander Suvorov, professore assistente, University of Massachusetts Amherst
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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