Mikroplastika s "krunom" od proteina sirutke remeti rad neurona i mikroglije

Znanstvenici s DGIST-a (Južna Koreja) pokazali su da kada mikroplastika uđe u biološka okruženja (na primjer, krv), brzo se „obraste“ proteinima, tvoreći takozvanu proteinsku koronu. U eksperimentu su takve „okrunjene“ čestice uzrokovale značajnu reorganizaciju proteoma u neuronima i mikrogliji: patili su sinteza proteina, obrada RNA, metabolizam lipida i transport između jezgre i citoplazme; istovremeno su se aktivirali upalni signali. Zaključak: mikroplastika povezana s proteinima može biti biološki opasnija od „golih“ čestica. Članak je objavljen u časopisu Environmental Science & Technology.

Pozadina studije

• Mikro- i nanoplastika (MNP) već se nalazi u ljudskim tkivima, uključujući mozak. U razdoblju 2024.-2025. neovisne skupine potvrdile su prisutnost MNP-a u jetri, bubrezima i mozgu preminulih osoba te su pokazale sve veće koncentracije tijekom vremena. Zasebna studija pronašla je mikroplastiku u olfaktornom bulbusu, što ukazuje na nazalni "zaobilaženje" središnjeg živčanog sustava.
• Kako čestice ulaze u mozak. Osim olfaktornog trakta, brojne studije i pregledi na životinjama ukazuju na mogućnost prelaska mikro-nanoplastike kroz krvno-moždanu barijeru (KMB) s posljedičnom neuroinflamacijom i disfunkcijom živčanog tkiva.
• "Proteinska korona" određuje biološki identitet čestica. U biološkim okruženjima, površine nanočestica brzo se prekrivaju adsorbiranim proteinima (proteinska korona), a korona određuje koji receptori "prepoznaju" česticu, kako se ona raspoređuje među organima i koliko je toksična. To je dobro opisano u nanotoksikologiji i sve se više prenosi na mikro-/nanoplastiku.
• Što se do sada znalo o neurotoksičnosti. In vivo eksperimenti i pregledi povezali su izloženost MNP-a s povećanom propusnošću KMB-a, aktivacijom mikroglije, oksidativnim stresom i kognitivnim oštećenjem; međutim, mehanistički podaci na razini proteoma, posebno u ljudskim neuronima i mikrogliji, bili su ograničeni.
• Kakvu „rupu“ popunjava novi rad iz časopisa Environmental Science & Technology? Autori su prvi put sustavno usporedili učinke mikroplastike „okrunjene“ serumskim proteinima naspram „golih“ čestica na proteom neurona i mikroglije, pokazujući da korona pojačava nepovoljne promjene u temeljnim staničnim procesima. To približava ekološki problem MNP-a specifičnim molekularnim mehanizmima rizika za mozak.
• Zašto je ovo važno za procjenu rizika? Laboratorijski testovi toksičnosti plastike bez uzimanja u obzir korone mogu podcijeniti opasnost; ispravnije je modelirati utjecaj čestica u prisutnosti proteina (krv, cerebrospinalna tekućina), što je već preporučeno u preglednim radovima.

Što su točno učinili?

• U laboratoriju je mikroplastika inkubirana u mišjem serumu kako bi se na površini čestica formirala proteinska „kruna“, a zatim su čestice izložene moždanim stanicama: kultiviranim neuronima (miš) i mikrogliji (ljudska linija). Nakon izlaganja, proteom stanica ispitan je masenom spektrometrijom.
• Za usporedbu, procijenjen je i učinak "gole" mikroplastike (bez krune). To je omogućilo određivanje koliki udio toksičnog signala donosi proteinska ovojnica na česticu.

Ključni rezultati

• Proteinska korona mijenja „osobnost“ plastike. Kao što se očekuje prema zakonima nanotoksikologije, mikročestice adsorbiraju heterogeni sloj proteina u serumu. Takvi kompleksi uzrokovali su mnogo izraženije promjene u ekspresiji proteina u moždanim stanicama nego „gole“ čestice.
• Pogađanje osnovnih procesa stanice. S "okrunjenom" mikroplastikom, komponente mehanizma za prevođenje i obradu RNA su smanjene, putovi metabolizma lipida su pomaknute, a nukleocitoplazmatski transport je poremećen - to jest, "temeljne" funkcije preživljavanja i plastičnosti živčane stanice su patile.
• Uključivanje upale i prepoznavanja. Autori su opisali aktivaciju upalnih programa i putova prepoznavanja staničnih čestica, što može doprinijeti nakupljanja mikroplastike u mozgu i kroničnoj iritaciji imunoloških stanica mozga.

Zašto je ovo važno?

• U stvarnom životu, mikro- i nanoplastika gotovo nikada nije „gola“: odmah je prekrivena proteinima, lipidima i drugim molekulama iz okoliša - koronom koja određuje kako čestica interagira sa stanicama, prolazi li krvno-moždanu barijeru i koji je receptori „vide“. Novi rad izravno pokazuje da korona može pojačati neurotoksični potencijal.
• Kontekst dodatno pojačava uzbunu: neovisne studije pronašle su mikroplastiku u ljudskom olfaktornom žaruljici, pa čak i povećane razine u mozgu preminulih osoba; pregledi raspravljaju o putovima prodiranja u KMB, oksidativnom stresu i neuroupali.

Kako se ovo uspoređuje s prethodnim podacima?

• Odavno je opisano da sastav korone diktira "biološki identitet" i hvatanje makrofagima/mikroglijom za nanočestice; sličan niz podataka prikuplja se za mikroplastiku, uključujući radove o učinku korone iz gastrointestinalnog trakta/seruma na stanično hvatanje. Novi članak jedna je od prvih detaljnih proteomskih analiza posebno u moždanim stanicama.

Ograničenja

• Ovo je in vitro stanični model: pokazuje mehanizme, ali ne daje izravne odgovore na pitanja o dozi, trajanju i reverzibilnosti učinaka u tijelu.
• Korištene su specifične vrste čestica i proteinske korone; u stvarnom okruženju mijenja se sastav korone (krv, cerebrospinalna tekućina, respiratorna sluz itd.), a s time i biološki učinci. Potrebni su životinjski modeli i biomonitoring kod ljudi.

Što bi to moglo značiti za procjenu rizika i politiku

• Sustavi za ispitivanje toksičnosti plastike moraju uključivati „korona“ fazu u relevantnim biološkim tekućinama (krv, cerebrospinalna tekućina), inače podcjenjujemo rizik.
• Za regulatore i industriju, ovo je argument za smanjenje emisija mikroplastike, ubrzanje razvoja materijala s nižim afinitetom za proteinske korone i ulaganje u praćenje plastike u hrani, zraku i vodi. Pregledi naglašavaju da su standardizacija mjerenja i obračun korone neposredni prioriteti.

Što bi čitatelj trebao učiniti danas

• Smanjite kontakt s izvorima mikroplastike: birajte filtriranu vodu iz slavine umjesto flaširane vode, izbjegavajte zagrijavanje hrane u plastici ako je moguće, perite sintetiku na niskim ciklusima/s filterima od mikrovlakana. (Ovi savjeti nisu preuzeti iz članka, već su u skladu s trenutnim pregledima rizika.)

Izvor: Ashim J. i dr. Proteinski mikroplastični krunidbeni kompleksi pokreću promjene proteoma u neuronskim i glijalnim stanicama izvedenim iz mozga. Znanost i tehnologija okoliša.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146