Mikroplastmasa ar sūkalu olbaltumvielu "vainagi" traucē neironu un mikrogliju darbību

Dienvidkorejas DGIST zinātnieki ir pierādījuši, ka, mikroplastmasai nonākot bioloģiskā vidē (piemēram, asinīs), tā ātri “aizaug” ar olbaltumvielām, veidojot tā saukto olbaltumvielu koronu. Eksperimentā šādas “vainagotas” daļiņas izraisīja ievērojamu proteoma reorganizāciju neironos un mikroglijās: cieta olbaltumvielu sintēze, RNS apstrāde, lipīdu metabolisms un transports starp kodolu un citoplazmu; vienlaikus tika aktivizēti iekaisuma signāli. Secinājums: ar olbaltumvielām saistītā mikroplastmasa var būt bioloģiski bīstamāka nekā “kailas” daļiņas. Raksts tika publicēts žurnālā “ Environmental Science & Technology”.

Pētījuma pamatojums

• Mikro- un nanoplastmasa (MNP) jau ir atrodama cilvēka audos, tostarp smadzenēs. 2024.–2025. gadā neatkarīgas grupas apstiprināja MNP klātbūtni mirušu cilvēku aknās, nierēs un smadzenēs, un laika gaitā to koncentrācija palielinājās. Atsevišķā pētījumā mikroplastmasa tika atrasta ožas sīpolā, kas norāda uz deguna "apvedceļu" uz CNS.
• Kā daļiņas nokļūst smadzenēs. Papildus ožas traktam daudzi pētījumi un pārskati ar dzīvniekiem liecina par iespēju, ka mikronanoplastmasa šķērso hematoencefālisko barjeru (ASB), izraisot neiroiekaisumu un nervu audu disfunkciju.
• "Olbaltumvielu korona" nosaka daļiņu bioloģisko identitāti. Bioloģiskajā vidē nanodaļiņu virsmas ātri pārklājas ar adsorbētām olbaltumvielām (olbaltumvielu korona), un tieši korona nosaka, kuri receptori "atpazīst" daļiņu, kā tā ir sadalīta starp orgāniem un cik toksiska tā ir. Tas ir labi aprakstīts nanotoksikoloģijā un arvien vairāk tiek pārnests uz mikro-/nanoplastmasu.
• Kas līdz šim bija zināms par neirotoksicitāti. In vivo eksperimenti un pārskati ir saistījuši MNP iedarbību ar palielinātu BBB caurlaidību, mikrogliju aktivāciju, oksidatīvo stresu un kognitīviem traucējumiem; tomēr mehānistiski dati proteomu līmenī, īpaši cilvēka neironos un mikroglijās, ir ierobežoti.
• Kādu "robu" aizpilda jauns pētījums žurnālā "Environmental Science & Technology"? Autori pirmo reizi sistemātiski salīdzināja mikroplastmasas, kas "vainagota" ar seruma proteīniem, un "kailu" daļiņu ietekmi uz neironu un mikrogliju proteomu, parādot, ka tieši korona pastiprina nelabvēlīgas izmaiņas fundamentālos šūnu procesos. Tas tuvina mikroplastmasas (MNP) vides problēmu specifiskiem molekulāriem mehānismiem, kas rada risku smadzenēm.
• Kāpēc tas ir svarīgi riska novērtējumam? Plastmasas toksicitātes laboratorijas testi, neņemot vērā koronu, var nepietiekami novērtēt bīstamību; pareizāk ir modelēt daļiņu ietekmi olbaltumvielu (asins, cerebrospinālā šķidruma) klātbūtnē, kas jau ir ieteikts pārskata rakstos.

Ko tieši viņi izdarīja?

• Laboratorijā mikroplastmasa tika inkubēta peles serumā, lai uz daļiņu virsmas izveidotu olbaltumvielu “kroni”, pēc tam daļiņas tika pakļautas smadzeņu šūnām: kultivētiem neironiem (peles) un mikroglijām (cilvēka līnija). Pēc iedarbības šūnu proteoms tika pārbaudīts, izmantojot masas spektrometriju.
• Salīdzinājumam tika novērtēta arī "kaila" mikroplastmasas (bez vainaga) ietekme. Tas ļāva noteikt, cik lielu daļu no toksiskā signāla rada daļiņas proteīna apvalks.

Galvenie rezultāti

• Olbaltumvielu korona maina plastmasas “personību”. Kā paredzēts nanotoksikoloģijas likumos, mikrodaļiņas adsorbē heterogēnu olbaltumvielu slāni serumā. Šādi kompleksi izraisīja daudz izteiktākas olbaltumvielu ekspresijas izmaiņas smadzeņu šūnās nekā “kailas” daļiņas.
• Šūnas pamatprocesu ietekmēšana. Ar "kronētām" mikroplastmasām tika samazinātas RNS translācijas un apstrādes mehānismu komponentes, tika nobīdīti lipīdu metabolisma ceļi un tika traucēts nukleocitoplazmatiskais transports, proti, cieta nervu šūnas izdzīvošanas un plastiskuma "fundamentālās" funkcijas.
• Iekaisuma un atpazīšanas ieslēgšana. Autori aprakstīja iekaisuma programmu un šūnu daļiņu atpazīšanas ceļu aktivizēšanos, kas var veicināt mikroplastmasas uzkrāšanos smadzenēs un hronisku smadzeņu imūnšūnu kairinājumu.

Kāpēc tas ir svarīgi?

• Reālajā dzīvē mikro- un nanoplastmasa gandrīz nekad nav “kaila”: tā nekavējoties tiek pārklāta ar olbaltumvielām, lipīdiem un citām vides molekulām — koronu, kas nosaka, kā daļiņa mijiedarbojas ar šūnām, vai tā šķērso hematoencefālisko barjeru un kuri receptori to “redz”. Jaunais darbs tieši parāda, ka tieši korona var pastiprināt neirotoksisko potenciālu.
• Konteksts pastiprina trauksmi: neatkarīgi pētījumi ir atklājuši mikroplastmasu cilvēka ožas sīpoliņā un pat paaugstinātu līmeni mirušu cilvēku smadzenēs; pārskatos tiek apspriesti BBB iekļūšanas ceļi, oksidatīvais stress un neiroiekaisums.

Kā tas salīdzināms ar iepriekšējiem datiem?

• Jau sen ir aprakstīts, ka nanodaļiņu koronas sastāvs nosaka "bioloģisko identitāti" un makrofāgu/mikrogliju spēju tās uztvert; līdzīgs datu klāsts tiek apkopots par mikroplastmasu, tostarp darbi par koronas ietekmi no kuņģa-zarnu trakta/seruma uz šūnu uztveršanu. Jaunais raksts ir viena no pirmajām detalizētajām proteomikas analīzēm, kas īpaši veiktas smadzeņu šūnās.

Ierobežojumi

• Šis ir in vitro šūnu modelis: tas parāda mehānismus, bet tieši neatbild uz jautājumiem par devu, ilgumu un iedarbības atgriezeniskumu organismā.
• Tika izmantoti specifiski daļiņu veidi un olbaltumvielu korona; reālā vidē mainās koronas sastāvs (asinis, cerebrospinālais šķidrums, elpceļu gļotas utt.) un līdz ar to mainās bioloģiskā iedarbība. Ir nepieciešami dzīvnieku modeļi un biomonitorings cilvēkiem.

Ko tas varētu nozīmēt riska novērtējumam un politikai

• Plastmasas toksicitātes testa sistēmās attiecīgajos biošķidrumos (asinīs, cerebrospinālajā šķidrumā) jāiekļauj “koronas” stadija, pretējā gadījumā mēs nenovērtējam risku.
• Regulatoriem un nozarei tas ir arguments, lai samazinātu mikroplastmasas emisijas, paātrinātu materiālu ar zemāku afinitāti pret olbaltumvielu koronām izstrādi un ieguldītu plastmasas uzraudzībā pārtikā, gaisā un ūdenī. Pārskatos uzsvērts, ka mērījumu standartizācija un koronu uzskaite ir tūlītējas prioritātes.

Kas lasītājam šodien būtu jādara

• Samaziniet saskari ar mikroplastmasas avotiem: izvēlieties filtrētu krāna ūdeni, nevis pudelēs pildītu ūdeni, ja iespējams, izvairieties no pārtikas karsēšanas plastmasā, mazgājiet sintētiku ar zemu mazgāšanas ciklu/ar mikrošķiedras filtriem. (Šie padomi nav ņemti no raksta, bet atbilst pašreizējām riska pārbaudēm.)

Avots: Ašims Dž. u. c. Olbaltumvielu mikroplastmasas koronācijas kompleksi izraisa proteomu izmaiņas smadzeņu neironu un gliju šūnās. Vides zinātne un tehnoloģijas.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146