Badania na myszach wskazują, że wczesna ekspozycja na trwałe zanieczyszczenia organiczne znacząco zaburza mikrobiom jelitowy, wpływając na wystąpienie zaburzeń metabolicznych w wieku dorosłym.
Nowe badania prowadzone przez Penn State ujawniają, że wczesne narażenie na „wieczne chemikalia” w środowisku trwale zakłóca mikrobiom jelitowy myszy, potencjalnie prowadząc do rozwoju chorób metabolicznych w późniejszym życiu. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Perspektywy zdrowia środowiskowegosugerują, że podobna ekspozycja we wczesnym dzieciństwie może być czynnikiem zwiększającym częstość występowania zaburzeń metabolicznych, takich jak otyłość i cukrzyca typu 2, wśród dorosłych.
Naukowcy skupili się w szczególności na 2,3,7,8-tetrachlorodibenzofuranie (TCDF), szeroko rozpowszechnionej trwałej substancji zanieczyszczającej organiczne (POP), która jest produktem ubocznym spalania odpadów, produkcji metali oraz spalania paliw kopalnych i drewna. TCDF gromadzi się w łańcuchu pokarmowym, a ludzie są na niego narażeni przede wszystkim poprzez spożywanie żywności o wysokiej zawartości tłuszczu, takiej jak mięso, produkty mleczne i niektóre ryby. Niemowlęta mogą zostać narażone poprzez spożycie mleka matki.
„TZO są wszechobecne w środowisku i prawie każdy żywy organizm został na nie narażony” – powiedział Andrew Patterson, John T. i Paige S. Smith, profesorowie toksykologii molekularnej oraz biochemii i biologii molekularnej w Penn State. „Negatywne skutki zdrowotne tych chemikaliów są dobrze udokumentowane i obejmują wady wrodzone i raka. Nasze badanie jako pierwsze sugeruje, że narażenie we wczesnym okresie życia na pewien POP, zwany TCDF, zakłóca również mikrobiom jelitowy i jest powiązany z zaburzeniami metabolicznymi w późniejszym życiu”.
Metodologia i wstępne ustalenia
Zespół zbadał wpływ TCDF w dwóch grupach myszy – grupie testowej, czyli grupie leczonej TCDF, oraz grupie kontrolnej, czyli grupie nieleczonej. Zespół karmił czterotygodniowe myszy tabletkami zawierającymi 0,46 mikrograma (µg) TCDF lub pigułką kontrolną niezawierającą żadnego TCDF przez pięć dni. Chociaż 0,46 µg jest wyższe niż zwykle spotykane w diecie człowieka, nie jest wystarczająco wysokie, aby spowodować toksyczne choroby.
„W naszym badaniu zastosowaliśmy dawkę, która jest stosunkowo wysoka w porównaniu z typowym narażeniem człowieka; możemy jednak wykorzystać te informacje do zidentyfikowania nowych, najwyższych punktów toksyczności, w tym w mikrobiomie jelitowym, i rozpocząć ekstrapolację tego, co może się zdarzyć przy jeszcze niższych dawkach. Oczywiście musimy również wziąć pod uwagę, w jaki sposób złożone mieszaniny tych TZO oddziałują na nas i naszych partnerów mikrobiologicznych, ponieważ pojedyncze narażenie nie odzwierciedla idealnie rzeczywistych scenariuszy”.
Następnie naukowcy zbadali mikrobiomy jelitowe zwierząt wraz z kilkoma wskaźnikami zdrowia zwierząt, w tym masą ciała, tolerancją glukozy oraz ilością trójglicerydów w wątrobie i śluzem w kale, a także innymi markerami chorób metabolicznych. Zebrali te dane bezpośrednio po pięciodniowym cyklu TCDF, a także trzy miesiące po ostatniej dawce. U ludzi te punkty czasowe odpowiadają okresowi niemowlęcia i młodego dorosłego.
„Odkryliśmy, że narażenie na TCDF we wczesnym okresie życia trwale zaburza mikrobiom jelitowy myszy typu dzikiego” – powiedział Yuan Tian, główny autor i profesor nadzwyczajny w Penn State. „Odkryliśmy również, że myszy te w wieku czterech miesięcy miały wyższą masę ciała i nietolerancję glukozy”.
Dalsze eksperymenty i wnioski
Aby dokładniej zbadać wpływ TCDF na mikrobiom jelitowy, naukowcy przeszczepili myszom pozbawionym mikrobiomów mikrobiom jelitowy od myszy z mikrobiomem uszkodzonym przez TCDF i zmierzyli ich skutki zdrowotne. Odkryli, że u myszy z przeszczepami rozwinęły się zaburzenia metaboliczne, co wskazuje, że przyczyną choroby metabolicznej jest zmieniony mikrobiom.
„Wyniki te sugerują, że narażenie na TCDF we wczesnym okresie życia może powodować zaburzenia w funkcjonowaniu mikrobiomu jelitowego i skutki zdrowotne w późniejszym życiu, nawet długo po wyeliminowaniu TCDF z organizmu” – stwierdził Tian.
Wyjaśniła, że zaburzenia mikrobiomu jelitowego objawiały się zmniejszeniem liczby niektórych bakterii gatunekw tym Akkermansia muciniphilabakteria, która zwykle występuje w ludzkim mikrobiomie jelitowym.
„To ważne, ponieważ Akkermansia jest uznawany za ważny dla ogólnego zdrowia jelit, ale teraz wiemy, że TCDF może mieć na niego niekorzystny wpływ” – powiedział Tian.
Aby zbadać znaczenie Akkermansia muciniphila wpływając na wyniki zdrowotne, zespół eksperymentował z podawaniem bakterii jako probiotyku myszom leczonym TCDF. Probiotyk przywrócił mikrobiom do prawidłowego stanu.
„Nasze odkrycia sugerują, że narażenie na toksyczne bakterie wpływa na te bakterie i odgrywają one ważną rolę w pośredniczeniu w skutkach zdrowotnych” – powiedział Patterson. „Być może będzie możliwe, że dzięki większej liczbie badań pewnego dnia przywrócimy mikrobiom człowieka do optymalnego stanu poprzez suplementację pre- i probiotykami”.
Odniesienie: „Effects of Early Life Exposures to the Aryl Hydrocarbon Receptor Ligand TCDF on Microbiota Gut and Host Metabolic Homeostasis in C57BL/6J Myce” (Effects of Early Life Exposures to the Aryl Hydrocarbon Receptor Ligand TCDF on Microbiota Gut and Host Metabolic Homeostasis in C57BL/6J Myce) autorstwa Yuan Tian, Bipin Rimal, Jordan E. Bisanz, Wei Gui, Trenton M. Wolfe, Imhoi Koo , Iain A. Murray, Shaneice K. Nettleford, Shigetoshi Yokoyama, Fangcong Dong, Sergei Koshkin, K. Sandeep Prabhu, Peter J. Turnbaugh, Seth T. Walk, Gary H. Perdew i Andrew D. Patterson, 14 sierpnia 2024 r., Perspektywy zdrowia środowiskowego.
DOI: 10.1289/EHP13356
Inni autorzy artykułu z Penn State to Jordan Bisanz, adiunkt biochemii i biologii molekularnej; Imhoi Koo, adiunkt; Iain Murray, adiunkt; Shigetoshi Yokoyama, adiunkt; Siergiej Koshkin, adiunkt; Bipin Rimal, absolwent; Wei Gui, technolog badań; Shaneice Nettleford, absolwentka; Fangcong Dong, doktorant; Sandeep Prabhu, kierownik Wydziału Nauk Weterynaryjnych i Biomedycznych; oraz Gary Perdew, H. Thomas i Dorothy Willits Hallowell, katedra nauk rolniczych. Inni autorzy to Trenton Wolfe, absolwent Uniwersytetu Stanowego w Montanie; Peter Turnbaugh, profesor mikrobiologii i immunologii, Uniwersytet Kalifornijski, San Francisco; oraz Seth Walk, profesor mikrobiologii i immunologii na Uniwersytecie Stanowym Montana.
USA Narodowe Instytuty ZdrowiaNarodowy Instytut Wyżywienia i Rolnictwa Stanów Zjednoczonych oraz Departament Zdrowia Pensylwanii wsparły to badanie.
