Kebanyakan gen dalam tubuh manusia dapat terganggu oleh bahan kimia buatan manusia. Göran Andersson / Getty Images

Saat ini manusia terpapar ribuan bahan kimia buatan manusia. Namun pengaruhnya terhadap kesehatan masyarakat masih belum sepenuhnya dipahami.

Pada tahun 2020 jumlah bahan kimia yang terdaftar mencapai 167 juta. Setiap hari orang terpapar melalui makanan, air, udara yang terkontaminasi, obat-obatan, kosmetik, dan bahan buatan manusia lainnya. Kurang dari 1% dari bahan kimia ini telah diuji toksisitasnya, dan yang diuji menunjukkan kemampuan untuk mengganggu hampir setiap proses biologis di tubuh kita. Bisakah kita menyimpulkan bagaimana eksposur kumulatif membentuk kesehatan kita?

Saya seorang ahli toksikologi lingkungan mempelajari efek bahan kimia buatan manusia pada kesehatan kita. Saya memutuskan untuk berkembang pendekatan komputasi untuk membandingkan sensitivitas semua gen secara objektif terhadap semua bahan kimia dan mengidentifikasi proses biologis yang paling rentan.

Pendekatan yang tidak memihak

Untuk studi kita, rekan penelitian saya dan saya menggunakan data dari Database Toksikogenomik Komparatif. Basis Data Toksikogenomik Komparatif mengumpulkan informasi dari ribuan penelitian yang diterbitkan tentang bagaimana bahan kimia mengubah aktivitas gen. Gen adalah bagian DNA yang menyandikan protein yang menjalankan berbagai fungsi dalam sel, mulai dari membangun jaringan hingga memetabolisme nutrisi. Ketika bahan kimia mempengaruhi gen, itu menghasilkan peningkatan atau penurunan produksi protein.

Metode modern biologi molekuler dapat mendeteksi perubahan aktivitas semua gen dalam genom sebagai respons terhadap penghinaan kimiawi. Saya mengembangkan pendekatan yang menghamparkan daftar gen yang diubah dari berbagai penelitian untuk menghitung berapa kali setiap gen terpengaruh. Angka-angka yang dihasilkan mencerminkan sensitivitas gen terhadap bahan kimia secara umum.

Menggunakan 2,169 penelitian tentang tikus, tikus, manusia, dan selnya, kelompok penelitian saya memeringkat sensitivitas 17,338 gen terhadap paparan bahan kimia. Studi ini menguji dampak dari 1,239 bahan kimia yang beragam mulai dari obat resep hingga polutan lingkungan.

Pada langkah berikutnya kami menjalankan tes untuk memastikan bahwa sampel yang terdiri lebih dari 1,000 bahan kimia ini cukup besar untuk secara andal mewakili semua kelas bahan kimia buatan manusia yang terpapar pada orang. Untuk melakukannya, kami mengukur sensitivitas gen untuk satu setengah dari daftar ini dan kemudian untuk yang lain untuk menguji apakah bahkan sejumlah kecil bahan kimia dapat diandalkan untuk mengidentifikasi gen sensitif. Hasilnya menggembirakan - nilai sensitivitas gen hampir identik dalam dua uji coba.

Sistem pertahanan seluler merespons bahan kimia

Sel-sel kita tidak sepenuhnya tidak berdaya saat terkena penghinaan kimiawi. Faktanya, mereka memiliki strategi untuk mengatasi stres dan kerusakan yang disebabkan oleh bahan kimia. Data kami mengonfirmasi bahwa pengamanan ini menjadi aktif dalam menanggapi eksposur.

Garis pertahanan ini mencakup enzim yang menghilangkan bahan kimia beracun, mengurangi stres oksidatif (akumulasi radikal reaktif dalam sel), memperbaiki DNA dan protein yang rusak, dan mengidentifikasi sel yang sangat rusak untuk memicu kematiannya dan mencegahnya berubah menjadi kanker.

Bisakah paparan bahan kimia buatan manusia meningkatkan tingkat obesitas di seluruh dunia? Gambar Chutima Sonma / EyeEm / Getty

Metabolisme lemak dan karbohidrat sangat rentan

Anehnya, kami menemukan bahwa jaringan molekuler yang terlibat dalam pengaturan metabolisme sel paling sensitif terhadap paparan bahan kimia. Salah satunya adalah Pensinyalan PPAR. PPAR adalah sekelompok protein yang mengatur keseimbangan energi dan metabolisme lipid dan glukosa.

Naik atau turunnya aktivitas PPAR berkontribusi obesitas, sindrom metabolik, diabetes dan penyakit hati berlemak. Kemampuan beberapa lingkungan kimia untuk mempengaruhi PPAR telah ditunjukkan sebelumnya. Namun, kami tidak berharap untuk melihat sensitivitas PPAR terhadap senyawa yang sangat luas.

Kami juga menemukan bahwa gen yang terlibat dalam pengembangan sel beta pankreas, yang mengeluarkan insulin dan memainkan peran kunci dalam metabolisme glukosa, ditekan oleh sebagian besar bahan kimia dalam daftar kami. Disfungsi sel beta menyebabkan diabetes. Dengan demikian, paparan bahan kimia kumulatif dapat menjadi faktor risiko yang signifikan untuk diabetes.

Saat ini epidemi penyakit metabolik adalah masalah kesehatan masyarakat yang utama. Prevalensi obesitas hampir tiga kali lipat antara tahun 1975 dan 2016. Sekitar 40% orang Amerika akan mengembangkan diabetes tipe 2 selama hidup mereka, dan 33% -88% memiliki hati berlemak. Hubungan antara paparan dan penyakit metabolik telah ditunjukkan sebelumnya untuk beberapa bahan kimia dengan sifat mengganggu endokrin. Namun, peran berbagai bahan kimia buatan manusia dalam epidemi ini tidak dikenali sebelumnya, tetapi dapat menjadi signifikan.

Pertumbuhan, penuaan dan sistem kekebalan

Dua hormon yang terlibat dalam pertumbuhan - hormon pertumbuhan (GH) dan faktor pertumbuhan mirip insulin (IGF1) - juga dipengaruhi oleh paparan bahan kimia.

IGF1 adalah hormon sebagian besar disekresikan oleh hati. Itu diakui sebagai pengatur utama pertumbuhan tubuh. Selain itu, beberapa percobaan tikus menunjukkan penurunan pensinyalan GH-IGF1 menghasilkan umur yang lebih lama. Jalur ini juga menentukan apakah sel akan melakukannya menggunakan energi untuk membangun molekul baru yang dibutuhkan tubuh, atau jika mereka akan memecah molekul yang ada untuk melepaskan energi untuk digunakan organisme. Kemampuan bahan kimia untuk mempengaruhi pengatur pusat pertumbuhan dan penuaan adalah penemuan baru. Masalah kesehatan apa yang mungkin disebabkan oleh sensitivitas GH-IGF1 masih belum ditemukan.

Analisis kami menunjukkan bahwa gen yang mengontrol respons imun juga sangat sensitif terhadap bahan kimia.

Dua hasil utama dari sistem kekebalan yang disfungsional adalah alergi dan autoimunitas. Prevalensi untuk kedua kondisi tersebut mengikuti tren kenaikan. Alergi makanan meningkat dari 3.4% menjadi 5.1% antara 1997 dan 2011 di antara anak-anak di AS Alergi kulit meningkat dari 7.4% hingga 12.5% selama periode yang sama. Studi lain menunjukkan a 5% peningkatan penanda darah penyakit autoimun di Amerika selama periode 1988-2012.

Semua jalur molekuler sensitif terhadap bahan kimia

Secara keseluruhan, kami menemukan bahwa hampir setiap jalur yang diketahui dapat dipengaruhi oleh bahan kimia. Temuan itu memiliki implikasi signifikan untuk toksikologi regulasi.

Dengan jumlah bahan kimia buatan manusia yang terus meningkat, masyarakat perlu berkembang metode cepat dan hemat biaya pengujian toksisitas.

Satu pertanyaan penting yang masih belum terjawab adalah jalur apa yang harus dicakup oleh pengujian untuk memastikan bahwa regulator tidak menyetujui bahan kimia yang merusak atau mengganggu sirkuit molekul kritis. Data kami menunjukkan bahwa kami perlu mengembangkan tes yang mencakup setiap jalur molekuler yang diketahui tanpa kecuali.

Studi kami menguraikan prioritas baru untuk penelitian toksikologi, termasuk peran paparan bahan kimia untuk kesehatan metabolisme, sistem kekebalan, perkembangan, dan penuaan.

tentang Penulis

Alexander Suvorov, Asisten Profesor, University of Massachusetts Amherst

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

books_environmental