Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, описывает новый способ сосредоточиться на химических веществах, которые могут влиять на функции мозга.Марк Зилка, доктор философии, старший автор исследования и доцент кафедры клеточной биологии и физиологии в UNC, и его команда подвергли нейроны мыши воздействию примерно 300 различных химических веществ.
Затем исследователи секвенировали РНК этих нейронов, чтобы выяснить, какие гены регулировались неправильно по сравнению с необработанными нейронами. Эта работа создала сотни наборов данных об экспрессии генов.
Команда Зилки использовала компьютерные программы, чтобы определить, какие химические вещества вызывают сходные друг с другом изменения экспрессии генов.«Основываясь на секвенировании РНК, мы описываем шесть групп химических веществ», — сказал Зилка. «Мы обнаружили, что химические вещества внутри каждой группы изменяли экспрессию обычным образом. Одна из этих групп химикатов изменяла уровни многих из тех же генов, которые изменены в мозге людей с аутизмом или болезнью Альцгеймера».К химическим веществам этой группы относятся пестициды ротенон, пиридабен и фенпироксимат, а также новый класс фунгицидов, который включает пираклостробин, трифлоксистробин, фенамидон и фамоксадон.
Азоксистробин, флуоксастробин и крезоксим-метил также относятся к этому классу фунгицидов.«Мы не можем сказать, что эти химические вещества вызывают эти состояния у людей», — предупредила Зилка. «Потребуется множество дополнительных исследований, чтобы определить, представляют ли какие-либо из этих химических веществ реальную опасность для человеческого мозга».
Зилка, член Центра нейробиологии UNC, и его группа обнаружили, что эти химические вещества снижают экспрессию генов, участвующих в синаптической передаче — соединений, важных для связи между нейронами. Если эти гены не экспрессируются должным образом, наш мозг не может нормально функционировать. Кроме того, эти химические вещества вызывали повышенную экспрессию генов, связанных с воспалением в нервной системе. Это так называемое нейровоспаление обычно наблюдается при аутизме и нейродегенеративных состояниях.
Исследователи также обнаружили, что эти химические вещества стимулируют выработку свободных радикалов — частиц, которые могут повредить основные строительные блоки клеток и вызывают ряд заболеваний мозга. Химические вещества также повредили микротрубочки нейронов.«Нарушение микротрубочек влияет на функцию синапсов в зрелых нейронах и может нарушать движение клеток по мере развития мозга», — сказал Зилка. «Мы знаем, что нарушение миграции нейронов может привести к аномалиям развития нервной системы.
Мы еще не оценили, влияют ли эти химические вещества на развитие мозга на животных моделях или у людей».Джинни Т. Ли, доктор медицинских наук, профессор генетики в Гарвардской медицинской школе и Массачусетской больнице общего профиля, которая не принимала участия в этом исследовании, сказала: «Это очень важное исследование, которое должно послужить тревожным сигналом для регулирующих органов. и медицинское сообщество в целом. Работа своевременна и имеет широкие последствия не только для таких заболеваний, как аутизм, болезнь Паркинсона и рак, но и для здоровья будущих поколений. Я подозреваю, что некоторые из этих химических веществ окажутся полезными. влияние на наследование от поколения к поколению ".
Группа Зилки также проанализировала информацию Геологической службы США, которая отслеживает использование пестицидов в округе, а также Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и Министерства сельского хозяйства США, которые ежегодно проверяют продукты питания на наличие остатков пестицидов.Из химических веществ, изученных командой Zylka, с 2000 года снизилось использование только пиридабена.
Использование ротенона осталось неизменным с 2000 года. Однако использование всех фунгицидов в этой группе резко увеличилось за последнее десятилетие.
Действительно, исследование Агентства по охране окружающей среды показало, что пираклостробин содержится в продуктах питания на уровнях, которые потенциально могут повлиять на биологию человека, а другое исследование связывало использование пираклостробина с расстройством коллапса пчелиной семьи.
Пестицид ротенон ранее был вовлечен в болезнь Паркинсона в результате повторных экспериментов на животных и эпидемиологических исследований на людях. Отдельное исследование UNC 2015 года показало, что болезнь Паркинсона гораздо чаще встречается у пожилых людей с аутизмом, чем у пожилых людей без аутизма.Предыдущая работа также показала, что однократная доза фунгицида трифлоксистробина снижает двигательную активность на несколько часов у самок крыс и на несколько дней у самцов крыс.
Нарушение двигательной функции — частый симптом болезни Паркинсона и других неврологических расстройств. Родственный фунгицид пикоксистробин приводил к нарушению двигательной активности крыс в самой низкой испытанной дозе.
Зилка добавила: «Настоящий сложный вопрос: если вы едите фрукты, овощи или злаки, содержащие эти химические вещества, попадают ли они в ваш кровоток и в какой концентрации? Этой информации не существует». Кроме того, учитывая их присутствие в различных продуктах питания, может ли длительное воздействие этих химикатов — даже в низких дозах — иметь кумулятивный эффект на мозг?
Зилка отметила, что традиционно выращиваемые листовые зеленые овощи, такие как салат, шпинат и капуста, содержат самые высокие уровни этих фунгицидов. Но из-за эффективности каждого химического вещества в уменьшении грибкового ожога и ржавчины урожайность повысилась, и фермеры расширяют использование этих химикатов, чтобы включить в него многие дополнительные типы пищевых культур.Команда Зилки надеется, что их исследование побудит других ученых и регулирующие органы более внимательно изучить эти фунгициды и продолжить эпидемиологические исследования.
«Практически ничего не известно о том, как эти химические вещества влияют на развивающийся или взрослый мозг», — сказал Зилка. «Тем не менее, эти химические вещества используются во все больших количествах во многих продуктах, которые мы едим».