Niektóre substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS) są słabo degradowalne i są również znane jako „wieczne chemikalia”. Mają negatywny wpływ na zdrowie i mogą prowadzić do uszkodzenia wątroby, otyłości, zaburzeń hormonalnych i raka. Zespół badawczy z Centrum Badań Środowiskowych Helmholtza (UFZ) zbadał wpływ PFAS na mózg. Korzystając z połączenia nowoczesnych metod biologii molekularnej i modelu danio pręgowanego, naukowcy odkryli mechanizm działania i zidentyfikowali zaangażowane geny. Geny te są również obecne u ludzi. Procedura testowa opracowana w UFZ może być stosowana do oceny ryzyka innych neurotoksycznych chemikaliów. Badanie zostało niedawno opublikowane w Perspektywy zdrowia środowiskowego.
Ze względu na swoje szczególne właściwości — odporność na ciepło, hydrofobowość i tłuszcz oraz wysoką trwałość — PFAS są stosowane w wielu codziennych produktach (np. kosmetykach, odzieży wierzchniej i powlekanych naczyniach kuchennych). Jednak to właśnie te właściwości sprawiają, że są tak problematyczne. „Ponieważ niektóre PFAS są chemicznie stabilne, kumulują się w środowisku i dostają się do naszych organizmów przez powietrze, wodę pitną i żywność” — mówi toksykolog UFZ, prof. dr Tamara Tal. Nawet przy ostrożnym spożyciu niemal niemożliwe jest uniknięcie tej grupy substancji, która jest produkowana od lat 50. XX wieku i obecnie obejmuje tysiące różnych związków. „Istnieje ogromna potrzeba badań, zwłaszcza jeśli chodzi o opracowanie szybkich, niezawodnych i ekonomicznych systemów testowych do oceny ryzyka narażenia na PFAS” — mówi Tal. Jak dotąd trudno było ocenić konsekwencje dla środowiska i zdrowia.
W swoich obecnych badaniach naukowcy badali, jak ekspozycja na PFAS wpływa na rozwój mózgu. W tym celu wykorzystali model danio pręgowanego, który jest często stosowany w badaniach toksykologicznych. Jedną z zalet tego modelu jest to, że około 70% genów znalezionych u danio pręgowanego (Danio Rerio) występują również u ludzi. Wyniki uzyskane na modelu danio pręgowanego można zatem prawdopodobnie przenieść na ludzi. W swoich eksperymentach naukowcy poddali danio pręgowane działaniu dwóch substancji z grupy PFAS (PFOS i PFHxS), które mają podobną strukturę. Następnie naukowcy zastosowali metody biologii molekularnej i bioinformatyki, aby zbadać, które geny w mózgach larw ryb poddanych działaniu PFAS zostały zaburzone w porównaniu z rybami kontrolnymi, które nie były poddane działaniu. „U danio pręgowanego poddanego działaniu PFAS grupa genów receptora aktywowanego proliferatorem peroksysomów (ppar), która występuje również w nieznacznie zmodyfikowanej formie u ludzi, była szczególnie aktywna” — mówi Sebastian Gutsfeld, doktorant na UFZ i pierwszy autor badania. „Badania toksyczności wykazały, że jest to wynikiem narażenia na działanie PFAS — choć w wątrobie. Teraz udało nam się to również wykazać w przypadku mózgu”.
Ale jakie konsekwencje ma zmieniona aktywność genów ppar wywołana ekspozycją na PFAS na rozwój mózgu i zachowanie larw danio pręgowanego? Naukowcy zbadali to w dalszych badaniach, wykorzystując model danio pręgowanego. Zastosowali metodę CRISPR/Cas9, znaną również jako nożyczki genowe. „Za pomocą nożyczek genetycznych byliśmy w stanie selektywnie wyciąć pojedyncze lub kilka genów ppar i uniemożliwić im normalne funkcjonowanie” — wyjaśnia Gutsfeld. „Chcieliśmy dowiedzieć się, które geny ppar są bezpośrednio powiązane ze zmianą zachowania larw wywołaną ekspozycją na PFAS”. Bezpośrednio przedstawiono dowód na istnienie mechanizmu leżącego u podstaw. W przeciwieństwie do genetycznie niezmienionych danio pręgowanych, ryby knockdown, u których zastosowano nożyczki genowe, nie powinny wykazywać żadnych zmian behawioralnych po ekspozycji na PFAS.
Dwa punkty końcowe dotyczące zachowania
W jednej serii eksperymentów naukowcy stale wystawiali danio pręgowanego na działanie PFOS lub PFHxS w trakcie wczesnej fazy rozwojowej między pierwszym a czwartym dniem, a w innej serii eksperymentów tylko piątego dnia. Piątego dnia naukowcy obserwowali zachowanie pływania. W tym celu wykorzystali dwa różne punkty końcowe behawioralne. W jednym punkcie końcowym aktywność pływania mierzono podczas przedłużonej fazy ciemności. Ryby narażone na działanie PFAS pływały więcej niż ryby nienarażone na działanie PFAS, niezależnie od tego, czy były stale narażone na działanie PFAS podczas rozwoju mózgu, czy krótko przed testem zachowania. Co ciekawe, nadpobudliwość występowała tylko wtedy, gdy substancja chemiczna była w pobliżu. Gdy naukowcy usunęli PFOS lub PFHxS, nadpobudliwość ustąpiła. W drugim punkcie końcowym mierzono reakcję zaskoczenia po bodźcu ciemności. „U danio pręgowanego narażonego na działanie PFOS przez cztery dni obserwowaliśmy nadpobudliwe zachowanie pływania w odpowiedzi na bodziec” — mówi Gutsfeld. Natomiast danio pręgowany narażony na działanie PFOS lub PFHxS tylko piątego dnia nie miał nadpobudliwej reakcji zaskoczenia.
Na podstawie tych odpowiedzi naukowcy doszli do wniosku, że narażenie na PFOS wiąże się z nieprawidłowymi konsekwencjami – szczególnie w trakcie wrażliwych faz rozwojowych mózgu. Korzystając z knockdown danio pręgowanego, naukowcy zidentyfikowali dwa geny z grupy ppar, które pośredniczą w zachowaniu wywołanym przez PFOS.
„Ponieważ te geny występują również u ludzi, możliwe jest, że PFAS mają również odpowiadające im skutki u ludzi” – podsumowuje Tal. Naukowcy współpracujący z Talem chcą zbadać neuroaktywne skutki innych PFAS w przyszłych projektach badawczych i rozszerzyć metodę, aby ostatecznie można było jej użyć do oceny ryzyka związanego z chemikaliami w środowisku, w tym PFAS.
