ยีนส่วนใหญ่ในร่างกายมนุษย์สามารถถูกทำลายได้ด้วยสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้น รูปภาพGöran Andersson / Getty

ปัจจุบันมนุษย์สัมผัสกับสารเคมีหลายพันชนิดที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชนยังไม่เป็นที่เข้าใจ

ในปี 2020 มีการลงทะเบียนสารเคมีครบตามจำนวน 167 ล้าน. ทุกวันผู้คนสัมผัสกับสิ่งเหล่านี้ผ่านทางอาหารน้ำอากาศที่ปนเปื้อนยาเครื่องสำอางและสารที่มนุษย์สร้างขึ้นอื่น ๆ น้อยกว่า 1% ของสารเคมีเหล่านี้ได้รับการทดสอบความเป็นพิษและผู้ที่ได้รับการทดสอบแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการขัดขวางกระบวนการทางชีววิทยาเกือบทุกอย่างในร่างกายของเรา เราสามารถสรุปได้ว่าการรับแสงสะสมมีผลต่อสุขภาพของเราอย่างไร?

ฉันเป็นนักพิษวิทยาสิ่งแวดล้อม ศึกษาผลกระทบของสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นต่อสุขภาพของเรา ฉันตัดสินใจที่จะพัฒนา วิธีการคำนวณ เพื่อเปรียบเทียบความไวของยีนทั้งหมดกับสารเคมีทั้งหมดอย่างเป็นกลางและระบุกระบวนการทางชีววิทยาที่เปราะบางที่สุด

แนวทางที่เป็นกลาง

สำหรับการศึกษาของเราเพื่อนร่วมงานวิจัยของฉันและฉันใช้ข้อมูลจากไฟล์ ฐานข้อมูลพิษวิทยาเปรียบเทียบ. ฐานข้อมูลพิษวิทยาเชิงเปรียบเทียบรวบรวมข้อมูลจากการศึกษาที่ตีพิมพ์หลายพันฉบับเกี่ยวกับการที่สารเคมีเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของยีน ยีนเป็นส่วนของดีเอ็นเอที่เข้ารหัสโปรตีนซึ่งทำหน้าที่หลากหลายในเซลล์ตั้งแต่การสร้างเนื้อเยื่อไปจนถึงการเผาผลาญสารอาหาร เมื่อสารเคมีส่งผลต่อยีนจะส่งผลให้การผลิตโปรตีนเพิ่มขึ้นหรือลดลง

วิธีการทางชีววิทยาระดับโมเลกุลสมัยใหม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของยีนทั้งหมดในจีโนมเพื่อตอบสนองต่อการดูถูกทางเคมี ฉันพัฒนาวิธีการซ้อนทับรายการยีนที่เปลี่ยนแปลงจากการศึกษาต่างๆเพื่อคำนวณว่ายีนแต่ละตัวได้รับผลกระทบกี่ครั้ง ตัวเลขที่ได้จะสะท้อนถึงความไวของยีนต่อสารเคมีโดยทั่วไป

จากการศึกษา 2,169 เรื่องหนูหนูมนุษย์และเซลล์ของพวกมันกลุ่มวิจัยของฉันได้จัดอันดับความไวของยีน 17,338 ยีนต่อการสัมผัสสารเคมี การศึกษาเหล่านี้ทดสอบผลกระทบของสารเคมีที่หลากหลาย 1,239 รายการตั้งแต่ยาที่ต้องสั่งโดยแพทย์ไปจนถึงสารก่อมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ในขั้นตอนต่อไปเราได้ทำการทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างสารเคมีกว่า 1,000 ชนิดนี้มีขนาดใหญ่พอที่จะแสดงถึงสารเคมีทุกประเภทที่มนุษย์สร้างขึ้นได้อย่างน่าเชื่อถือ ในการทำเช่นนั้นเราได้วัดความไวของยีนสำหรับครึ่งหนึ่งของรายการนี้จากนั้นอีกรายการหนึ่งเพื่อทดสอบว่าแม้แต่สารเคมีจำนวนน้อยก็สามารถระบุยีนที่อ่อนไหวได้อย่างน่าเชื่อถือ ผลลัพธ์ที่ได้รับการสนับสนุน - ค่าความไวของยีนเกือบจะเหมือนกันในการทดลองทั้งสองครั้ง

ระบบป้องกันเซลล์ตอบสนองต่อสารเคมี

เซลล์ของเราจะไม่หมดหนทางอย่างสมบูรณ์เมื่อโดนสารเคมีดูถูก ในความเป็นจริงพวกเขา มีกลยุทธ์ในการจัดการกับความเครียดและความเสียหายที่เกิดจากสารเคมี. ข้อมูลของเรายืนยันว่าการป้องกันเหล่านี้เริ่มทำงานเพื่อตอบสนองต่อการสัมผัส

แนวป้องกันนี้รวมถึงเอนไซม์ที่กำจัดสารเคมีที่เป็นพิษบรรเทาความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (การสะสมของอนุมูลปฏิกิริยาในเซลล์) ซ่อมแซมดีเอ็นเอและโปรตีนที่เสียหายและระบุเซลล์ที่เสียหายอย่างมากเพื่อกระตุ้นการตายและป้องกันไม่ให้กลายเป็นมะเร็ง

การสัมผัสกับสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นสามารถเพิ่มอัตราโรคอ้วนทั่วโลกได้หรือไม่? ชุติมาบุตรมา / EyeEm / Getty Images

การเผาผลาญของไขมันและคาร์โบไฮเดรตมีความเสี่ยง

น่าแปลกที่เราพบว่าเครือข่ายระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเผาผลาญของเซลล์มีความไวต่อการสัมผัสสารเคมีมากที่สุด หนึ่งในนั้นคือ การส่งสัญญาณ PPAR. PPAR เป็นกลุ่มของโปรตีนที่ควบคุมสมดุลของพลังงานและการเผาผลาญของไขมันและกลูโคส

การเพิ่มขึ้นหรือลดลงในกิจกรรม PPARs มีส่วนช่วย โรคอ้วนโรคเมตาบอลิกโรคเบาหวานและโรคตับไขมัน. ความสามารถของบางคน สารเคมีสิ่งแวดล้อม ที่จะส่งผลต่อ PPAR ได้แสดงก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตามเราไม่ได้คาดหวังว่าจะได้เห็นความไวของ PPAR ต่อสารประกอบหลากหลายประเภท

นอกจากนี้เรายังค้นพบว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเบต้าเซลล์ของตับอ่อนซึ่งหลั่งอินซูลินและมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญน้ำตาลกลูโคสถูกยับยั้งโดยสารเคมีส่วนใหญ่ในรายการของเรา ความผิดปกติของเบต้าเซลล์ส่งผลให้เกิดโรคเบาหวาน ดังนั้นการได้รับสารเคมีสะสมอาจเป็นปัจจัยเสี่ยงที่สำคัญสำหรับโรคเบาหวาน

ปัจจุบันการแพร่ระบาดของโรคเมตาบอลิซึมเป็นปัญหาสำคัญด้านสาธารณสุข ความชุกของ โรคอ้วนเพิ่มขึ้นเกือบสามเท่าระหว่างปี 1975 ถึง 2016. ประมาณ ชาวอเมริกัน 40% จะเป็นโรคเบาหวานประเภท 2 ในช่วงชีวิตของพวกเขาและ 33% -88% มีไขมันพอกตับ. ความเชื่อมโยงระหว่างการสัมผัสกับโรคจากการเผาผลาญได้แสดงให้เห็นมาก่อนสำหรับสารเคมีบางชนิดที่มีคุณสมบัติทำลายต่อมไร้ท่อ. อย่างไรก็ตามบทบาทของสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นในวงกว้างที่สุดในการแพร่ระบาดนี้ไม่ได้รับการยอมรับมาก่อน แต่อาจมีความสำคัญ

การเจริญเติบโตความชราและระบบภูมิคุ้มกัน

ฮอร์โมนสองชนิดที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต - ฮอร์โมนการเจริญเติบโต (GH) และปัจจัยการเจริญเติบโตคล้ายอินซูลิน (IGF1) - ยังได้รับผลกระทบจากการสัมผัสกับสารเคมี

IGF1 เป็นฮอร์โมน หลั่งโดยตับเป็นส่วนใหญ่. ได้รับการยอมรับว่าเป็นหน่วยงานกำกับดูแลที่สำคัญของ การเจริญเติบโตของร่างกาย. นอกจากนี้การทดลองเมาส์หลายตัวแสดงให้เห็นว่าการส่งสัญญาณ GH-IGF1 ลดลง ส่งผลให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้น. เส้นทางนี้ยังกำหนดด้วยว่าเซลล์จะ ใช้พลังงานเพื่อสร้างโมเลกุลใหม่ที่ร่างกายต้องการหรือถ้าพวกมันจะสลายโมเลกุลที่มีอยู่เพื่อปล่อยพลังงานให้สิ่งมีชีวิตใช้ ความสามารถของสารเคมีที่จะส่งผลต่อตัวควบคุมกลางของการเจริญเติบโตและความชรานี้เป็นการค้นพบใหม่ ปัญหาสุขภาพที่อาจเกิดจากความไวของ GH-IGF1 ยังไม่ได้รับการเปิดเผย

การวิเคราะห์ของเราระบุว่ายีนที่ควบคุมการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันมีความไวต่อสารเคมีสูงเช่นกัน

ผลลัพธ์หลักสองประการของระบบภูมิคุ้มกันที่ผิดปกติคือภูมิแพ้และภูมิต้านทานผิดปกติ ความชุกของทั้งสองเงื่อนไขเป็นไปตามแนวโน้มที่สูงขึ้น การแพ้อาหารเพิ่มขึ้นจาก 3.4% ถึง 5.1% ระหว่างปี 1997 ถึง 2011 ในกลุ่มเด็กในสหรัฐอเมริกา อาการแพ้ผิวหนังเพิ่มขึ้นจาก 7.4% ถึง 12.5% ​​ในช่วงเวลาเดียวกัน. การศึกษาอื่นแสดงให้เห็นว่า เพิ่มเครื่องหมายเลือดของโรค autoimmune 5% ในชาวอเมริกันในช่วงปี 1988-2012

วิถีโมเลกุลทั้งหมดมีความไวต่อสารเคมี

โดยรวมแล้วเราพบว่าเกือบทุกเส้นทางที่รู้จักอาจได้รับผลกระทบจากสารเคมี การค้นพบนั้นมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อพิษวิทยาด้านกฎระเบียบ

ด้วยสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ สังคมต้องพัฒนา วิธีการที่รวดเร็วและประหยัดค่าใช้จ่าย การทดสอบความเป็นพิษ

คำถามสำคัญประการหนึ่งที่ยังไม่มีคำตอบคือการทดสอบควรครอบคลุมเส้นทางใดเพื่อให้แน่ใจว่าหน่วยงานกำกับดูแลไม่อนุมัติสารเคมีที่เป็นอันตรายหรือขัดขวางวงจรโมเลกุลที่สำคัญ ข้อมูลของเราชี้ให้เห็นว่าเราจำเป็นต้องพัฒนาการทดสอบที่ครอบคลุมทุกวิถีทางของโมเลกุลที่รู้จักโดยไม่มีข้อยกเว้น

การศึกษาของเราสรุปลำดับความสำคัญใหม่สำหรับการวิจัยทางพิษวิทยารวมถึงบทบาทของการสัมผัสสารเคมีเพื่อสุขภาพการเผาผลาญระบบภูมิคุ้มกันการพัฒนาและการแก่ชรา

เกี่ยวกับผู้เขียน

Alexander Suvorov ผู้ช่วยศาสตราจารย์ มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตเมิร์สต์

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

books_environmental