ژن‌هایی که پرده از تاثیر مواد شیمیایی جاودان بر مغز برمی‌دارند

مواد شیمیایی پر و پلی‌فلورینه (PFAS) و تأثیرات آن‌ها بر مغز

مواد شیمیایی پر و پلی‌فلورینه (PFAS) به دلیل ماندگاری در آب، خاک و حتی مغز انسان، لقب “مواد شیمیایی جاودانه” را به خود اختصاص داده‌اند. این توانایی منحصر به فرد در عبور از مانع خون و مغز و تجمع در بافت مغز، PFAS را به یک موضوع نگران‌کننده تبدیل کرده است. با این حال، مکانیزم‌های سمی بودن آن‌ها برای مغز نیاز به بررسی بیشتری دارد.

شناسایی ژن‌های کلیدی

به همین منظور، یک مطالعه جدید که توسط محققان دانشگاه بافالو انجام شده، ۱۱ ژن را شناسایی کرده است که ممکن است کلید درک واکنش مغز به این مواد شیمیایی فراگیر باشد که به طور معمول در اقلام روزمره یافت می‌شوند. این ژن‌ها، که برخی از آن‌ها در فرآیندهای حیاتی برای سلامت نورون‌ها نقش دارند، به طور مداوم تحت تأثیر قرار گرفتند و یا بیش‌تر یا کمتر بیان شدند، بدون توجه به نوع ترکیبات PFAS آزمایش شده. به عنوان مثال، تمام ترکیبات باعث کاهش بیان یک ژن کلیدی برای بقای سلول‌های نورونی شدند و یک ژن دیگر مرتبط با مرگ سلول‌های نورونی را بیش‌تر بیان کردند.

گ. اکی‌ن آتیلا-گوکچمن، نویسنده اصلی این مطالعه و استاد ممتاز در دپارتمان شیمی دانشگاه بافالو، می‌گوید: “یافته‌های ما نشان می‌دهد که این ژن‌ها ممکن است به عنوان نشانگرهایی برای شناسایی و نظارت بر سمی بودن ناشی از PFAS در آینده عمل کنند.”

تغییرات بیان ژن

این مطالعه که در شماره ۱۸ دسامبر نشریه ACS Chemical Neuroscience منتشر شده، همچنین صدها ژن دیگر را شناسایی کرده است که بیان آن‌ها بسته به ترکیب آزمایش شده در جهات مختلف تغییر کرده است. علاوه بر این، هیچ همبستگی بین سطح تجمع PFAS در یک سلول و میزان تأثیر آن بر بیان ژن‌ها مشاهده نشد. این موضوع نشان می‌دهد که ساختارهای مولکولی متمایز در هر نوع PFAS تغییرات در بیان ژن را ایجاد می‌کند.

دیانا آگا، نویسنده دیگر این مطالعه و استاد ممتاز در دپارتمان شیمی، می‌گوید: “PFAS، علیرغم اشتراک در برخی ویژگی‌های شیمیایی، در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارند که منجر به تنوع در آثار بیولوژیکی آن‌ها می‌شود. بنابراین، دانستن اینکه بیولوژی ما چگونه به انواع مختلف PFAS واکنش نشان می‌دهد، از اهمیت بالایی در زمینه پزشکی برخوردار است.”

آتیلا-گوکچمن اضافه می‌کند: “بسته به طول زنجیره یا گروه سر، PFAS می‌توانند تأثیرات بسیار متفاوتی بر روی سلول‌ها داشته باشند. ما نباید آن‌ها را به عنوان یک کلاس بزرگ از ترکیبات در نظر بگیریم، بلکه باید به عنوان ترکیباتی که نیاز به بررسی فردی دارند، نگاه کنیم.”

تأثیرات بیان ژن

PFAS به طور فوری سمی نیستند و ما تقریباً هر روز با آن‌ها در تماس هستیم، از جمله از طریق آب آشامیدنی و بسته‌بندی مواد غذایی، بدون اینکه متوجه شویم. آتیلا-گوکچمن می‌گوید: “بنابراین، محققان باید نقاط ارزیابی را در فرآیند سلولی بالاتر از فقط اینکه آیا یک سلول زنده می‌ماند یا می‌میرد، پیدا کنند.”

این مطالعه با حمایت آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) انجام شده است.

تأثیر PFAS بر بیان ژن‌ها و عملکرد سلول‌های عصبی

تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت بر روی تأثیر PFAS بر بیان ژن‌های سلول‌های شبیه عصبی و همچنین تأثیر آن بر لیپیدها، که مولکول‌هایی هستند که به تشکیل غشای سلولی کمک می‌کنند و وظایف مهم دیگری نیز دارند، تمرکز کند. قرار گرفتن در معرض انواع مختلف PFAS به مدت ۲۴ ساعت منجر به تغییرات قابل توجه اما متمایزی در لیپیدها و بیش از ۷۰۰ ژن با بیان متفاوت شد. از میان شش نوع PFAS آزمایش شده، اسید پرفلورواکتانوییک (PFOA) که زمانی به طور گسترده‌ای در تابه‌های نچسب استفاده می‌شد و اخیراً توسط EPA خطرناک شناخته شده است، تأثیر بیشتری داشت. با وجود جذب کم آن، PFOA بیان تقریباً ۶۰۰ ژن را تغییر داد، در حالی که هیچ ترکیب دیگری بیش از ۱۴۷ ژن را تغییر نداد. به طور خاص، PFOA بیان ژن‌های مرتبط با رشد سیناپسی و عملکرد عصبی را کاهش داد.

به طور کلی، این شش ترکیب تغییراتی در مسیرهای بیولوژیکی مرتبط با سیگنال‌دهی هیپوکسی، استرس اکسیداتیو، سنتز پروتئین و متابولیسم آمینو اسیدها ایجاد کردند که همگی برای عملکرد و توسعه عصبی حیاتی هستند. یازده ژن شناسایی شدند که به یکی از اشکال، چه بیشتر و چه کمتر، به تمام شش ترکیب واکنش نشان دادند. یکی از ژن‌هایی که به طور مداوم کاهش بیان داشت، فاکتور نوروتروفیک مشتق از آستروسیت‌های میانسنجی بود که برای بقا سلول‌های عصبی اهمیت دارد و نشان داده شده است که علائم بیماری‌های نورودژنراتیو را در موش‌ها معکوس می‌کند. یکی از ژن‌هایی که به طور مداوم افزایش بیان داشت، پروتئین تعامل‌کننده تیورودوکسین بود که به مرگ سلول‌های عصبی مرتبط است.

آتلا-گوکچمن می‌گوید: “هر یک از این ۱۱ ژن در تمام PFASهایی که آزمایش کردیم، تنظیم یکسانی را نشان دادند. این واکنش یکنواخت نشان می‌دهد که این ژن‌ها ممکن است به عنوان نشانگرهای امیدوارکننده برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض PFAS عمل کنند، اما تحقیقات بیشتری لازم است تا بدانیم این ژن‌ها چگونه به انواع دیگر PFAS واکنش نشان می‌دهند.”

شناسایی گزینه‌های کم‌ضررتر

هرچند PFAS می‌تواند مضر باشد، واقعیت این است که هنوز جایگزین‌های مناسبی پیدا نشده است. این ترکیبات ممکن است در کاربردهایی مانند بسته‌بندی مواد غذایی جایگزین شوند، اما ممکن است در کاربردهایی مانند اطفای حریق و تولید نیمه‌هادی‌ها نیاز به ادامه استفاده در درازمدت داشته باشند. به همین دلیل، مطالعاتی مانند این بسیار حیاتی هستند، به گفته آتلا-گوکچمن.

واکنش‌های متفاوتی که اکثر ژن‌ها به ترکیبات مختلف نشان دادند و همچنین عدم همبستگی بین جذب PFAS به داخل سلول‌ها و میزان تغییر بیان ژن‌ها نشان‌دهنده این است که هر یک از این ترکیبات چقدر منحصر به فرد هستند. آتلا-گوکچمن توضیح می‌دهد: “اگر بفهمیم چرا برخی از PFASها بیشتر از دیگران مضر هستند، می‌توانیم اولویت را به حذف بدترین‌ها بدهیم و در عین حال به دنبال جایگزین‌های ایمن‌تر باشیم. به عنوان مثال، جایگزین‌هایی مانند PFASهای زنجیره کوتاه در حال بررسی هستند، زیرا معمولاً کمتر در محیط باقی می‌مانند و کمتر در سیستم‌های بیولوژیکی تجمع می‌یابند. با این حال، کاهش پایداری آن‌ها ممکن است به هزینه کارایی در برخی کاربردها باشد و نگرانی‌هایی درباره اثرات بهداشتی ناشناخته وجود دارد که نیاز به بررسی بیشتری دارد. تحقیقات بیشتری لازم است تا اطمینان حاصل شود که این جایگزین‌ها واقعاً ایمن‌تر و مؤثر برای کاربردهای خاص هستند.”

آتلا-گوکچمن می‌افزاید: “این تحقیق گام بزرگی به سوی دستیابی به این هدف است.”