En fallstudie om bedömning av kombinerade effekter av gammastrålning och utarmat uran på atlantlax genomfördes för att föreslå ett konceptuellt tillvägagångssätt för kombinerad effektbedömning med hjälp av globala genuttrycksdata. Papperet valdes ut som det bästa toxikologipapperet 2018 av Norwegian Society of Pharmacology and Toxicology (NSFT). Kredit:Norska institutet för vattenforskning (NIVA)
Eftersom antalet nya kemikalier används i industrin, livsmedel och konsumentprodukter ökar ständigt, så är den kemiska utsläppet till miljön, och behovet av att förstå de negativa effekterna av kemiska blandningar blir allt mer angeläget. Dessutom, kemikalier kan verka i kombination med icke-kemiska stressorer (t.ex. strålning, temperatur, pH etc.) för att ge oväntade multipla stressoreffekter. Även om koncentrationen eller dosen för varje enskild stressor kan vara låg i miljön, potentialen för skadliga effekter från blandningen av stressorer har oroat forskare i åratal. Ingen har ännu fullt ut kunnat förutsäga effekterna av flera stressfaktorer; men ett nytt koncept och tillvägagångssätt utvecklat av forskare vid Norska institutet för vattenforskning (NIVA) är förmodligen ett steg i rätt riktning.
"Förstå hur stressorer vid låga koncentrationer eller doser interagerar med varandra, och hur interaktionen påverkar en organism, har varit en stor utmaning. Som ett första steg för att svara på detta, vi utvecklade ett tillvägagångssätt för att avveckla stressorinteraktionerna på molekylär nivå, säger forskaren You Song på NIVA.
Tillvägagångssättet utvecklades av Song och kollegor från NIVA, norska universitetet för biovetenskap och universitetet i Gent. Förutom detta nya tillvägagångssätt, forskargruppen föreslog också ett nytt arbetsflöde för att maximalt utnyttja genomiska data med högt innehåll (HC) för att förstå cocktaileffekterna av miljöstressorer:
"Det nya tillvägagångssättet kommer att göra det lättare att avslöja potentiella interaktioner mellan stressorerna. Sådan information är avgörande för kumulativ riskbedömning av kemikalier och icke-kemiska stressorer, som ligger till grund för kumulativ riskbedömning och beslutsfattande från lagstiftning, "Låt förklarar.
Koppla exponering mot gener och biologiska funktioner
För deras studier, Sång och kollegor utsatte atlantisk lax för gammastrålning och utarmat uran, och de undersökte effekterna på genuttryck i fisklever. De fann att mer än 3000 gener uttrycktes differentiellt i den exponerade fisken och kunde koppla några av de olika uttryckta generna till vissa biologiska funktioner som oxidativ stressrespons, DNA -skada, cancerframkallande och andra toxicitetsvägar.
Biologiska effekter av gammastrålning och uran. Upphovsman:You Song, NIVA
- Vi fick några intressanta fynd när vi undersökte genuttrycket. Till exempel, för vissa gener, kombinationen av gammastrålning och uranexponering leder till synergiserade genuttrycksförändringar, även om de två exponeringarna individuellt inte ledde till signifikant förändring av samma gen, Song förklarar.
"Fynd som detta - och alla andra data som erhållits från genuttrycksanalys - är pusselbitar som vi kan använda för att få en bättre förståelse av mekanismen bakom hur stressorer, och samspelet mellan stressfaktorer, kan leda till vissa negativa effekter, säger Knut Erik Tollefsen, senior forskare vid NIVA.
Från molekyler till befolkning
Trots lovande resultat, metoden som utvecklats av Song och kollegor kan fortfarande bara användas för att tolka toxiska effekter på molekylär nivå. Men Song tror att bättre tillvägagångssätt för extrapolering mellan de genomiska och organismala effekterna kommer att utvecklas ytterligare inom en snar framtid, så att den kan användas för att förutsäga multipla stressoreffekter även på organismenivå eller populationsnivå.
"Det finns ett krav på mindre djurförsök i framtiden. Användning av alternativa metoder som toxicogenomics, in vitro high-throughput screening (HTS) och beräkningsmässiga förutsägelsemodeller visar löften om att uppfylla detta krav, "You Song avslutas.
