Onderzoekers ontdekken dat verschillende soorten een vergelijkbaar mechanisme van moleculaire respons op nanodeeltjes delen

Onderzoekers van FHAIVE (Finnish Hub for Development and Validation of Integrated Approaches), Tampere University, hebben een nieuw reactiemechanisme ontdekt dat specifiek is voor blootstelling aan nanodeeltjes en dat veel soorten gemeen hebben.

Door een grote verzameling datasets met betrekking tot de moleculaire respons op nanomaterialen te analyseren, heeft doctoraal onderzoeker Giusy del Giudice een voorouderlijk epigenetisch verdedigingsmechanisme onthuld dat verklaart hoe verschillende soorten, van mensen tot eenvoudiger wezens, zich in de loop van de tijd aanpassen aan dit soort blootstelling.

De resultaten van het onderzoek, gecoördineerd door professor Dario Greco van de Faculteit Geneeskunde en Gezondheidstechnologieën, worden gepresenteerd in de paper “An Ancestral Molecular Response to Nanomaterial Particulates”, onlangs gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.

“We hebben voor het eerst aangetoond dat er een specifieke reactie is op nanodeeltjes, en deze is onderling verbonden met hun nano-eigenschappen. Deze studie werpt licht op hoe verschillende soorten op een vergelijkbare manier reageren op deeltjes. Het stelt een oplossing voor de probleem van één chemische stof, één handtekening, waardoor momenteel het gebruik van toxicogenom bij chemische veiligheidsbeoordeling wordt beperkt”, zegt Dario Greco, directeur van de FHAIVE, hoogleraar bio-informatica aan de universiteit van Tampere.

Het koppelen van nanodeeltjes en immuniteit

De implicaties van deze studie gaan verder dan het terrein van de toxicologie. De COVID-19-pandemie benadrukte het belang van immuunactivatie bij het voorspellen van de klinische uitkomst van een virale infectie. In meer vervuilde gebieden had COVID-19 een grotere impact op de menselijke bevolking.

“Onze resultaten leggen een belangrijk verband bloot tussen het begrijpen van de basisafweermechanismen in levende organismen en hun immuunfuncties”, benadrukt Greco.

“Als het gaat om medicijnen of virussen, hebben we begrepen dat elke blootstelling of infectie een spoor achterlaat op ons immuunsysteem, en dat dit spoor de manier waarop we reageren op toekomstige agentia zal beïnvloeden. Nu hebben we bewijs dat zelfs fijn stof onze immuniteit’, zegt Giusy del Giudice, de eerste auteur van de wetenschappelijke publicatie.

De schadelijke effecten van luchtverontreiniging op de ademhalingsfuncties zijn al lang bekend, maar pas onlangs hebben wetenschappers van het Francis Crick Institute bewezen dat het een van de belangrijkste oorzaken is van longkanker bij niet-rokers. In beide gevallen, COVID-19 en longkanker, droeg de impact van fijnstof op het immuunsysteem bij aan deze effecten.

“De associatie tussen fijn stof en immuunactivatie is van het grootste belang en kan leiden tot cruciale epidemiologische implicaties”, zegt del Giudice.

Een stap dichter bij planetaire gezondheid

Een andere belangrijke les die uit de COVID-19-pandemie is getrokken, betreft het concept van planetaire gezondheid: alle levende organismen op aarde zijn met elkaar verbonden en de effecten op de ene soort zullen zich uiteindelijk verspreiden naar andere. In dit opzicht openen de resultaten van deze studie ook nieuwe wegen om geïntegreerde modellen te formuleren die de effecten van blootstelling aan chemische stoffen op veel soorten tegelijk voorspellen.

“Onze resultaten gaan in deze richting door fundamentele afweermechanismen te beschrijven die veel soorten in de levensboom gemeen hebben”, zegt del Giudice.

Nanotechnologie speelt op veel terreinen een belangrijke rol, van biogeneeskunde tot energie en klimaat. Geconstrueerde nanomaterialen zijn chemische stoffen of materialen met een deeltjesgrootte van slechts 1 tot 100 nanometer, een derde van de breedte van een mensenhaar.

Momenteel bevatten duizenden consumentenproducten nanomaterialen, waarvoor de mogelijke gevolgen voor de gezondheid en het milieu moeten worden getest. Omdat de traditionele toxicologie afhankelijk is van dier- of in-vitrotesten om fenotypische veranderingen als reactie op blootstellingen te monitoren, kan ze deze technologische ontwikkeling niet bijhouden.

“We kunnen niet elk nieuw nanomateriaal op elke mogelijke soort op aarde testen. We hebben innovatieve manieren nodig om mogelijke gevaarlijke producten zo snel mogelijk betrouwbaar te beoordelen. Wetenschappelijk bewijs zoals dat in dit onderzoek is gegenereerd, kan helpen bij het ontwikkelen van nieuwe modellen waarvoor geen grote hoeveelheden dierproeven’, zegt Grego.