Vědci zjistili, že toxické sloučeniny v každodenních produktech poškozují životně důležité lidské proteiny

Studie Texaské univerzity v El Pasu odhaluje, že jak nanoplasty, tak permanentní chemikálie upravují životně důležité proteiny v mateřském mléce a kojenecké výživě.

Vědci z Texaské univerzity v El Pasu dosáhli významného pokroku ve studiu nanoplastů a perfluoralkylových a polyfluoralkylových látek (PFAS), označovaných také jako odolné chemikálie. Jejich výzkum ukazuje, jak tyto sloučeniny mohou modifikovat strukturu a funkci biomolekul. Konkrétně tým zjistil, že tyto látky mohou změnit proteiny nacházející se v lidském mateřském mléce a kojenecké výživě, což by mohlo později vést k vývojovým problémům.

Nanoplasty a permanentní chemikálie jsou člověkem vyrobené sloučeniny vyskytující se v celém životním prostředí; Řada nedávných studií ji spojuje s několika negativními zdravotními důsledky. Zatímco nanoplasty vznikají primárně rozkladem větších plastů, jako jsou lahve na vodu a obaly na potraviny, permanentní chemikálie se nacházejí v tak rozmanitých produktech, jako je nádobí a oblečení.

Výzkumný tým z Texaské univerzity v El Pasu se zaměřil na účinek sloučenin na tři proteiny důležité pro lidský růst a funkci: beta-laktoglobulin, alfa-laktalbumin a myoglobin. Jejich zjištění, která na atomové úrovni poskytují pohled na škodlivé účinky nanoplastů a PFAS na lidské zdraví, jsou popsány ve dvou nedávných článcích v časopise Journal of the American Chemical Society A Použité materiály a fasády ACS.

Dr. Mahesh Narayan je profesorem a vedoucím katedry biochemie na katedře chemie a biochemie na Texaské univerzitě v El Pasu. Obrazový kredit: Texaská univerzita v El Pasu

„Pochopením molekulárních mechanismů toho, jak nanoplasty a permanentní chemikálie narušují buněčné funkce, mohou vědci vyvinout další alternativy,“ řekl Mahesh Narayan, profesor a člen Královské společnosti pro chemii a vedoucí katedry biochemie na katedře chemie a chemie. Biochemie na University of Texas v El Pasu, který dohlížel na bezpečnost těchto dvou materiálů. „Pohledy získané z tohoto výzkumu mají dalekosáhlé důsledky.“

Ještě důležitější je, že jejich výzkum odhalil, že nanoplast a PFAS zcela „rozpustily“ oblast proteinů známou jako alfa helix a přeměnily je na struktury zvané beta listy, řekl Narayan.

„Nečekali jsme, že všechny tyto látky budou mít stejný účinek na alfa šroubovici. Byla to úplná náhoda,“ řekl Narayan. Tým poznamenal, že k této změně dochází také u amyloidních proteinů, které mohou způsobit neurodegeneraci a neurotoxické výsledky, pokud se syntetické chemikálie dostanou do mozku.

Další klíčová zjištění studií jsou popsána níže.

Mléčný protein: beta-laktoglobulin (BLG)

BLG je protein nacházející se v ovčím a kravském mléce a běžně se používá jako složka kojenecké výživy. Protein se váže na retinol (vitamín A) a mastné kyseliny a je nezbytný pro zrak a vývoj mozku u dětí.

Výzkumný tým zjistil, že vazebná účinnost BLG na retinol a mastné kyseliny klesá po expozici nanoplastům a PFAS. Tento pokles, modelovaný Dr. Lelou Vukovic, odbornou asistentkou na katedře chemie a biochemie, by mohl vést k významným problémům s růstem u novorozenců, uvedl tým.

Kromě toho tým vůbec poprvé pozoroval, že se PFAS váže na mléčnou bílkovinu a přeměňuje ji na nosič těchto sloučenin.

Výzkumný tým zahrnuje (horní řada, zleva doprava): Mahesh Narayan, Ph.D., profesor a vedoucí oddělení biochemie na katedře chemie a biochemie na Texaské univerzitě v El Pasu; Randall Ramirez Orozco, doktorand v oboru výpočetní vědy; Sofia Borrego, druhák se specializací na biomedicínské vědy; Samantha Arce, druhák se specializací na biomedicínské vědy; Daisy Wilson, doktorandka v oboru environmentální vědy a inženýrství; (Spodní řada, zleva doprava) Umi Habiba Sweety, doktorandka v oboru environmentální vědy a inženýrství; a Jyotesh Kumar, doktorand na katedře chemie a biochemie. Na výzkumu se podílela také Dr. Lela Vuković, docentka z Ústavu chemie a biochemie. Copyright: University of Texas at El Paso

Lidské mateřské mléko: alfa-laktalbumin

Alfa-laktalbumin se nachází v mateřském mléce, podílí se na syntéze laktózy a kojenci jej přijímají, aby pomohly uspokojit nutriční potřeby. Výzkumníci z Texaské univerzity v El Pasu zjistili, že nanoplasty a PFAS denaturují strukturu alfa-laktalbuminového proteinu, čímž narušují tvorbu laktózy. Tým uvedl, že tato porucha by mohla vést k pozdějším vývojovým vadám u novorozenců, jako je slabá imunita a snížené vstřebávání minerálů.

Zásobník kyslíku: myoglobin

Myoglobin, který se nachází v krvi a svalové tkáni většiny savců, je nezbytný pro ukládání kyslíku. Výzkumný tým z Texaské univerzity v El Pasu zjistil, že nanoplasty a PFAS poškozují funkci proteinu myoglobinu a narušují jeho schopnost ukládat kyslík. Tato porucha může vést ke zdravotním problémům, jako je dušnost a anémie.

Další experimenty provedené týmem ukázaly, že vystavení nanoplastickým částicím zhoršuje pohyb červů s účinky podobnými těm, které způsobuje paraquat – herbicid spojený s patogenezí Parkinsonovy choroby.

„Tato práce má potenciál významně ovlivnit veřejné zdraví a politiku životního prostředí, přičemž zdůrazňuje zásadní roli vědeckého výzkumu při řešení globálních výzev,“ řekl Dr. Robert Kirkin, děkan College of Science. „Jsem hrdý na průlomový výzkum, který provedli Dr. Narayan, Dr. Vukovic a jejich týmy. Jejich inovativní přístup k pochopení toho, jak tyto uměle vyrobené materiály narušují životně důležité molekulární funkce, je ukázkovým příkladem transformační práce, kterou provádějí výzkumníci z UT El Paso.“ v pravidelných intervalech.“

Narayan a jeho výzkumný tým plánují pokračovat ve svých studiích a zkoumat účinky jiných plastů a sloučenin PFAS.

Reference: „Atomový a molekulární pohled na to, jak PFOA snižuje α-helicitu, zhoršuje vazbu substrátu a vytváří vazebné kapsy v typickém globulárním proteinu“ od Anju Yadav, Leela Vukovic a Mahesh Narayan, 24. dubna 2024, Journal of the American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.4c02934

„Interakce mezi nanoplasty a biologickými systémy: Směrem k atomovému a molekulárnímu porozumění biologické nerovnováze vyvolané plastem“ od Afroz Karim, Anju Yadav, Umi Habiba Sweety, Jyotish Kumar a Sophia A. Delgado a José A. Hernandez a Jason C. White, Lela Vukovic a Mahesh Narayan, 9. května 2024, Použité materiály a fasády ACS.
DOI: 10.1021/acsami.4c03008