Naukowcy z UTEP odkryli, że nanoplastiki i chemikalia PFAS znacząco zmieniają białka niezbędne dla rozwoju człowieka, takie jak te znajdujące się w mleku matki i mioglobinie, co może prowadzić do wad rozwojowych i innych problemów zdrowotnych. Odkrycia te podkreślają pilną potrzebę opracowania bezpieczniejszych alternatyw materiałowych i stanowią podstawę przyszłej polityki środowiskowej.
Badanie UTEP pokazuje, że zarówno nanoplastiki, jak i zawsze chemikalia modyfikują kluczowe białka w mleku matki i preparatach dla niemowląt.
Naukowcy z Uniwersytetu Teksasu w El Paso osiągnęli istotne postępy w badaniach nad nanoplastikami oraz substancjami per- i polifluoroalkilowymi (PFAS), określanymi także jako „wieczne chemikalia”. Ich badania pokazują, w jaki sposób związki te mogą modyfikować strukturę i funkcję biomolekuł. W szczególności zespół odkrył, że substancje te mogą zmieniać białka obecne w mleku kobiecym i mleku dla niemowląt, co może potencjalnie prowadzić do późniejszych problemów rozwojowych.
Nanoplastiki i chemikalia to związki chemiczne obecne w całym środowisku; seria ostatnich badań powiązała je z wieloma negatywnymi skutkami zdrowotnymi. Chociaż nanoplastiki powstają głównie w wyniku degradacji większych materiałów plastikowych, takich jak butelki na wodę i opakowania żywności, w różnych produktach, takich jak naczynia kuchenne i odzież, zawsze można znaleźć substancje chemiczne.
Zespół badawczy UTEP skupił się na wpływie związków na trzy białka krytyczne dla rozwoju i funkcjonowania człowieka: beta-laktoglobulinę, alfa-laktoalbuminę i mioglobinę. Ich odkrycia, które zapewniają wgląd na poziomie atomowym w szkodliwy wpływ nanoplastików i PFAS na zdrowie ludzkie, opisano w dwóch niedawno opublikowanych artykułach w czasopiśmie Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego I Materiały i interfejsy stosowane ACS.
Doktor Mahesh Narayan, profesor i kierownik Zakładu Biochemii na Wydziale Chemii i Biochemii UTEP. Źródło: Uniwersytet Teksasu w El Paso
„Rozumiejąc mechanizmy molekularne tego, jak nanoplastiki i na zawsze chemikalia zakłócają funkcje komórkowe, naukowcy mogą opracować bezpieczniejsze alternatywy dla tych materiałów” – powiedział dr Mahesh Narayan, profesor, członek Królewskiego Towarzystwa Chemii i szef wydziału Biochemii na Wydziale Chemii i Biochemii UTEP, który nadzorował oba badania. „Wnioski uzyskane z tych badań mają dalekosiężne implikacje”.
Narayan powiedział, że co najważniejsze, ich badania wykazały, że nanoplastiki i PFAS całkowicie „rozpuściły” region białek zwany helisą alfa, przekształcając je w struktury zwane arkuszami beta.
„Nie spodziewaliśmy się, że wszystkie będą miały podobny wpływ na helisę alfa” – powiedział Narayan. „To był zupełny przypadek”. Zespół zaobserwował, że zmiana ta zachodzi również w białkach amyloidu, co może powodować neurodegenerację i skutki neurotoksyczne, jeśli syntetyczne substancje chemiczne dotrą do mózgu.
Dodatkowe kluczowe wnioski z badań opisano poniżej.
Białko Mleka: Beta-Laktoglobulina (BLG)
BLG to białko występujące w mleku owczym i krowim, powszechnie stosowane jako składnik preparatów do początkowego żywienia niemowląt. Białko wiąże się z retinolem (witaminą A) i kwasami tłuszczowymi i ma kluczowe znaczenie dla wzroku i rozwoju mózgu u niemowląt.
Zespół badawczy odkrył, że skuteczność wiązania BLG z retinolem i kwasami tłuszczowymi zmniejsza się pod wpływem nanoplastików i PFAS. Zespół stwierdził, że spadek ten, modelowany przez dr Lelę Vukovic, profesor nadzwyczajny na Wydziale Chemii i Biochemii, może prowadzić do znaczących problemów rozwojowych u noworodków.
Ponadto zespół po raz pierwszy w historii zaobserwował, że PFAS wiąże się z białkiem mleka, zamieniając je w nośnik dla tych związków.
W skład zespołu badawczego wchodzą (górny rząd, od lewej): dr Mahesh Narayan, profesor i kierownik Zakładu Biochemii Wydziału Chemii i Biochemii UTEP; Randhal Ramirez Orozco, doktorant nauk obliczeniowych; Sophia Borrego, studentka drugiego roku nauk biomedycznych; Samantha Arce, studentka drugiego roku nauk biomedycznych; Daisy Wilson, doktorantka nauk i inżynierii środowiska; (dolny rząd, od lewej) Ummy Habiba Sweety, doktorantka nauk o środowisku i inżynierii; oraz Jyotish Kumar, doktorant na Wydziale Chemii i Biochemii. Lela Vukovic, dr. (bez zdjęcia), profesor nadzwyczajny na Wydziale Chemii i Biochemii, również był zaangażowany w badania. Źródło: Uniwersytet Teksasu w El Paso
Mleko kobiece: alfa-laktoalbumina
Alfa-laktoalbumina występuje w mleku kobiecym, bierze udział w syntezie laktozy i jest spożywana przez niemowlęta w celu zaspokojenia potrzeb żywieniowych. Naukowcy z UTEP odkryli, że nanoplastiki i PFAS uszkadzają strukturę białka alfa-laktoalbuminy, potencjalnie utrudniając w ten sposób powstawanie laktozy. Zespół stwierdził, że zakłócenie może prowadzić do dalszych wad rozwojowych u noworodków, takich jak obniżona odporność i zmniejszone wchłanianie minerałów.
Magazynowanie tlenu: Mioglobina
Mioglobina, występująca we krwi i tkance mięśniowej większości ssaków, odgrywa kluczową rolę w magazynowaniu tlenu. Zespół badawczy UTEP odkrył, że nanoplastiki i PFAS pogarszają funkcjonalność białka mioglobiny, zaburzając jego zdolność do magazynowania tlenu. Zakłócenie to może prowadzić do problemów zdrowotnych, takich jak duszność i anemia.
Dodatkowe eksperymenty przeprowadzone przez zespół wykazały, że narażenie na nanoplastiki upośledza poruszanie się robaków, a skutki są porównywalne z parakwatem – herbicydem powiązanym z wywoływaniem choroby Parkinsona.
„Ta praca może znacząco wpłynąć na politykę w zakresie zdrowia publicznego i ochrony środowiska, podkreślając kluczową rolę badań naukowych w stawianiu czoła globalnym wyzwaniom” – powiedział dr Robert Kirken, dziekan College of Science. „Jestem dumny z przełomowych badań przeprowadzonych przez dr Narayana, dr Vukovica i ich zespoły. Ich innowacyjne podejście do zrozumienia, w jaki sposób te stworzone przez człowieka materiały zakłócają funkcje biomolekularne, jest doskonałym przykładem rewolucyjnej pracy, którą regularnie wykonują badacze UTEP”.
Narayan i jego zespół badawczy planują kontynuować badania i badać wpływ innych tworzyw sztucznych i związków PFAS.
Bibliografia: „Atomowy i molekularny wgląd w to, jak PFOA zmniejsza α-heliczność, pogarsza wiązanie substratu i tworzy kieszenie wiążące w modelowym białku globularnym” autorstwa Anju Yadav, Lela Vuković i Mahesh Narayan, 24 kwietnia 2024 r., Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
DOI: 10.1021/jacs.4c02934
„Interakcje międzyfazowe między nanoplastikami a systemami biologicznymi: w stronę atomowego i molekularnego zrozumienia dyshomeostazy biologicznej spowodowanej tworzywami sztucznymi” Afroz Karim, Anju Yadav, Ummy Habiba Sweety, Jyotish Kumar, Sofia A. Delgado, Jose A. Hernandez, Jason C. White , Lela Vukovic i Mahesh Narayan, 9 maja 2024 r., Materiały i interfejsy stosowane ACS.
DOI: 10.1021/acsami.4c03008
