De meeste genen in het menselijk lichaam kunnen worden verstoord door door de mens gemaakte chemicaliën. Göran Andersson / Getty Images
Tegenwoordig worden mensen blootgesteld aan duizenden door de mens gemaakte chemicaliën. Toch worden de effecten op de gezondheid van mensen nog steeds niet volledig begrepen.
In 2020 is het aantal geregistreerde chemicaliën bereikt 167 miljoen. Elke dag worden mensen eraan blootgesteld via voedsel, water, vervuilde lucht, medicijnen, cosmetica en andere door de mens gemaakte stoffen. Minder dan 1% van deze chemicaliën werd getest op toxiciteit, en degenen die werden getest, tonen het vermogen aan om bijna elk biologisch proces in ons lichaam te verstoren. Kunnen we afleiden hoe cumulatieve blootstellingen onze gezondheid beïnvloeden?
Ik ben een milieutoxicoloog het bestuderen van effecten van door de mens gemaakte chemicaliën op onze gezondheid. Ik besloot me te ontwikkelen een computationele benadering objectief de gevoeligheid van alle genen voor alle chemicaliën vergelijken en de meest kwetsbare biologische processen identificeren.
Onbevooroordeelde aanpak
Voor onze studiegebruikten mijn onderzoekscollega's en ik gegevens van de Vergelijkende Toxicogenomic Database. De Comparative Toxicogenomic Database verzamelt informatie uit duizenden gepubliceerde onderzoeken over hoe chemicaliën de activiteit van genen veranderen. Genen zijn stukjes DNA die coderen voor eiwitten die een breed scala aan functies in cellen vervullen, van het bouwen van weefsels tot het metaboliseren van voedingsstoffen. Wanneer chemicaliën genen beïnvloeden, resulteert dat in een verhoogde of verminderde productie van eiwitten.
Moderne methoden van moleculaire biologie kunnen veranderingen in de activiteit van alle genen in het genoom detecteren als reactie op een chemische aanval. Ik heb een benadering ontwikkeld die lijsten met gewijzigde genen uit verschillende onderzoeken over elkaar legt om te berekenen hoe vaak elk gen is aangetast. De resulterende cijfers weerspiegelen de gevoeligheden van genen voor chemicaliën in het algemeen.
Aan de hand van 2,169 onderzoeken naar muizen, ratten, mensen en hun cellen, rangschikte mijn onderzoeksgroep de gevoeligheid van 17,338 genen voor chemische blootstellingen. Deze onderzoeken testten de impact van 1,239 verschillende chemicaliën, variërend van geneesmiddelen op recept tot milieuverontreinigende stoffen.
Bij de volgende stap hebben we tests uitgevoerd om ervoor te zorgen dat dit monster van meer dan 1,000 chemicaliën groot genoeg was om op betrouwbare wijze alle klassen van door de mens gemaakte chemicaliën weer te geven waaraan mensen worden blootgesteld. Om dit te doen, hebben we de gevoeligheid van genen gemeten voor de ene helft van deze lijst en vervolgens voor een andere om te testen of zelfs een kleiner aantal chemicaliën op betrouwbare wijze gevoelige genen kan identificeren. De resultaten waren bemoedigend: de waarden van gengevoeligheden waren bijna identiek in de twee onderzoeken.
Cellulair afweersysteem reageert op chemicaliën
Onze cellen zijn niet helemaal hulpeloos als ze worden blootgesteld aan chemische aanvallen. In feite zijn ze beschikken over strategieën voor het omgaan met stress en schade veroorzaakt door chemicaliën. Onze gegevens bevestigen dat deze waarborgen actief worden als reactie op blootstellingen.
Deze verdedigingslinie omvat enzymen die giftige chemicaliën elimineren, oxidatieve stress verlichten (de ophoping van reactieve radicalen in cellen), beschadigd DNA en eiwitten repareren en sterk beschadigde cellen identificeren om hun dood te activeren en te voorkomen dat ze kanker worden.
Zou blootstelling aan door de mens gemaakte chemicaliën de zwaarlijvigheidscijfers over de hele wereld kunnen verhogen? Chutima Sonma / EyeEm / Getty-afbeeldingen
Het metabolisme van lipiden en koolhydraten is kwetsbaar
Verrassend genoeg ontdekten we dat moleculaire netwerken die betrokken zijn bij de regulering van cellulair metabolisme het meest gevoelig zijn voor blootstelling aan chemicaliën. Een van hen is PPAR-signalering. PPAR's zijn een groep eiwitten die de energiebalans en het metabolisme van lipiden en glucose reguleren.
Stijgingen of dalingen in PPARs-activiteit dragen hieraan bij obesitas, metabool syndroom, diabetes en leververvetting. Het vermogen van sommigen milieuchemicaliën om PPAR's te beïnvloeden was eerder aangetoond. We hadden echter niet verwacht dat PPAR's gevoelig zouden zijn voor een zeer breed scala aan verbindingen.
We ontdekten ook dat genen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van bètacellen in de alvleesklier, die insuline afscheiden en een sleutelrol spelen in het glucosemetabolisme, worden onderdrukt door de meeste chemicaliën in onze lijst. Disfunctioneren van bètacellen leidt tot diabetes. Cumulatieve blootstelling aan chemicaliën kan dus een belangrijke risicofactor zijn voor diabetes.
Tegenwoordig is een epidemie van stofwisselingsziekten een groot probleem voor de volksgezondheid. De prevalentie van obesitas is tussen 1975 en 2016 bijna verdrievoudigd. Ongeveer 40% van de Amerikanen zal tijdens hun leven diabetes type 2 ontwikkelen en 33% -88% heeft leververvetting. Een verband tussen blootstelling en stofwisselingsziekten is eerder aangetoond voor sommige chemicaliën met hormoonontregelende eigenschappen. De rol van een breed scala van door de mens gemaakte chemicaliën in deze epidemie werd echter niet eerder erkend, maar kan aanzienlijk zijn.
Groei, veroudering en het immuunsysteem
Twee hormonen die bij de groei betrokken zijn - groeihormoon (GH) en insuline-achtige groeifactor (IGF1) - worden ook beïnvloed door blootstelling aan chemicaliën.
IGF1 is een hormoon voornamelijk uitgescheiden door de lever. Het wordt erkend als een belangrijke regulator van lichaamsgroei. Bovendien laten meerdere muisexperimenten zien dat GH-IGF1-signalering verminderde resulteert in een langere levensduur. Dit pad bepaalt ook of cellen dat zullen doen energie gebruiken om nieuwe moleculen te bouwen die het lichaam nodig heeft, of als ze bestaande moleculen zullen afbreken om energie vrij te maken die het organisme kan gebruiken. Het vermogen van chemicaliën om deze centrale regulator van groei en veroudering te beïnvloeden, is een nieuwe bevinding. Welke gezondheidsproblemen het gevolg kunnen zijn van de gevoeligheid van GH-IGF1, moet nog worden ontdekt.
Onze analyse geeft aan dat genen die de immuunrespons regelen, ook zeer gevoelig zijn voor chemicaliën.
Twee belangrijke gevolgen van een disfunctioneel immuunsysteem zijn allergie en auto-immuniteit. De prevalentie voor beide aandoeningen volgt opwaartse trends. Voedselallergieën namen toe van 3.4% tot 5.1% tussen 1997 en 2011 bij kinderen in de VS. Huidallergieën namen toe van 7.4% tot 12.5% in dezelfde periode. Een andere studie toonde een 5% toename van de bloedmarker van auto-immuunziekte bij Amerikanen in de periode 1988-2012.
Alle moleculaire routes zijn gevoelig voor chemicaliën
Over het algemeen ontdekten we dat bijna elke bekende route kan worden beïnvloed door chemicaliën. Die bevinding heeft aanzienlijke gevolgen voor de regulerende toxicologie.
Met een steeds groter aantal door de mens gemaakte chemicaliën, de samenleving moet zich ontwikkelen snelle en kostenefficiënte methoden van toxiciteitstesten.
Een belangrijke vraag die onbeantwoord blijft, is welke routes moeten worden gedekt door testen om ervoor te zorgen dat regelgevers geen chemicaliën goedkeuren die kritieke moleculaire circuits beschadigen of verstoren. Onze gegevens suggereren dat we tests moeten ontwikkelen die elke bekende moleculaire route zonder uitzondering dekken.
Onze studie schetst nieuwe prioriteiten voor toxicologisch onderzoek, inclusief de rol van chemische blootstellingen voor metabole gezondheid, immuunsysteem, ontwikkeling en veroudering.
Over de auteur
Alexander Suvorov, universitair docent, Universiteit van Massachusetts Amherst
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Boeken over het milieu uit de bestsellerlijst van Amazon
"Stille lente"
door Rachel Carson
Dit klassieke boek is een mijlpaal in de geschiedenis van de milieubeweging en vestigt de aandacht op de schadelijke effecten van pesticiden en hun impact op de natuurlijke wereld. Carsons werk hielp de moderne milieubeweging te inspireren en blijft vandaag de dag relevant, terwijl we blijven worstelen met de uitdagingen van de gezondheid van het milieu.
Klik voor meer info of om te bestellen
"De onbewoonbare aarde: leven na opwarming"
door David Wallace-Wells
In dit boek biedt David Wallace-Wells een krachtige waarschuwing voor de verwoestende effecten van klimaatverandering en de dringende noodzaak om deze wereldwijde crisis aan te pakken. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en praktijkvoorbeelden om een ontnuchterende kijk te geven op de toekomst die we tegemoet gaan als we geen actie ondernemen.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Het verborgen leven van bomen: wat ze voelen, hoe ze communiceren? Ontdekkingen uit een geheime wereld"
van Peter Wohlleben
In dit boek verkent Peter Wohlleben de fascinerende wereld van bomen en hun rol in het ecosysteem. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en Wohlleben's eigen ervaringen als boswachter om inzicht te bieden in de complexe manieren waarop bomen met elkaar en de natuurlijke wereld omgaan.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Ons huis staat in brand: scènes van een gezin en een planeet in crisis"
door Greta Thunberg, Svante Thunberg en Malena Ernman
In dit boek geven klimaatactiviste Greta Thunberg en haar familie een persoonlijk verslag van hun reis om het bewustzijn te vergroten over de dringende noodzaak om klimaatverandering aan te pakken. Het boek geeft een krachtig en ontroerend verslag van de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd en de behoefte aan actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
"The Sixth Extinction: een onnatuurlijke geschiedenis"
door Elizabeth Kolbert
In dit boek onderzoekt Elizabeth Kolbert het voortdurende massale uitsterven van soorten als gevolg van menselijke activiteiten, waarbij ze gebruik maakt van wetenschappelijk onderzoek en voorbeelden uit de praktijk om een ontnuchterende kijk te geven op de impact van menselijke activiteit op de natuurlijke wereld. Het boek biedt een dwingende oproep tot actie om de diversiteit van het leven op aarde te beschermen.
al
