02.12.2021 - Linköping University

Methode zur Aufdeckung unerwünschter biologischer Wirkungen von Chemikalien

Wie wirken sich Schadstoffe und andere Chemikalien, denen wir ausgesetzt sind, auf unsere Gesundheit aus?

Forscher der Universität Linköping in Schweden haben eine Methode angewandt, um die Proteine im Körper zu identifizieren, die von Chemikalien beeinflusst werden. Mit dieser Methode lässt sich frühzeitig feststellen, ob eine Substanz biologische Auswirkungen auf einen Organismus hat.

Sie sind im Wasser, das wir trinken, in der Nahrung, die wir essen, und in der Umwelt um uns herum enthalten - Schadstoffe. Mehr als 100.000 Chemikalien werden in der Produktion, der Landwirtschaft, der Industrie und in Konsumartikeln verwendet. Jeden Tag unseres Lebens kommen wir mit Chemikalien in Kontakt, die in unseren Körper aufgenommen werden können. Einige von ihnen können negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben. Darüber hinaus sind einige Stoffe in Kombination mit anderen schädlicher als einzeln, ein Phänomen, das als "Cocktaileffekt" bekannt ist.

Eine der Herausforderungen in der Toxikologie bestand in den letzten Jahrzehnten darin, die Auswirkungen der Exposition gegenüber Gemischen aus vielen verschiedenen Chemikalien vorherzusagen.

"Die Schadstoffkonzentrationen nehmen ständig zu, und es ist äußerst schwierig, die Auswirkungen aller Chemikalien zu testen. Besonders schwierig ist es, Mischungen von Stoffen zu testen. Ich glaube, dass unser Ansatz zu einer effizienteren Nutzung von Zeit und Geld führen kann als herkömmliche Methoden, bei denen die Auswirkungen auf jeweils einen biologischen Mechanismus getestet werden", sagt Veronica Lizano-Fallas, Doktorandin in der Abteilung für Biomedizinische und Klinische Wissenschaften (BKV) der Universität Linköping.

Die Forscher betonen, dass die Methode, die sie in einem Artikel im Journal of Proteomics beschreiben, dazu verwendet werden kann, unerwünschte biologische Wirkungen von Substanzen in einem frühen Stadium zu erkennen. Diese Wirkungen können dann mit anderen Methoden genauer untersucht werden.

"Chemikalien interagieren mit Proteinen auf ziemlich vielfältige Weise, und wir stellen oft fest, dass mehrere Proteine von den Substanzen, die wir testen, beeinflusst werden. Wir sehen, dass die Funktionen von Proteinen durch ihre Wechselwirkungen mit Chemikalien beeinflusst werden, was mit den Auswirkungen von Schadstoffen und schädlichen Substanzen in der Zelle übereinstimmt", sagt Susana Cristobal, Professorin im BKV, die die Studie geleitet hat.

Der neue Ansatz der LiU-Forscher basiert auf einer Technik, die für die Untersuchung von Arzneimitteln entwickelt wurde: die integrale Löslichkeitsveränderung des Proteoms, abgekürzt "PISA". Die Forscher haben untersucht, wie die Methode eingesetzt werden kann, um die Proteine aus einem Organismus zu identifizieren, die mit Schadstoffen und anderen Chemikalien interagieren. Mit dem Ziel, Proteine aus allen Zelltypen eines Organismus, seinem Proteom, zu erhalten, extrahierten die Forscher Proteine aus Zebrafisch-Embryonen. Sie mischten das Proteom mit einer oder mehreren Substanzen.

Die Forscher haben die Methode auf vier Szenarien angewandt: einen einzelnen Schadstoff, ein Gemisch von Chemikalien, eine neue bioaktive Substanz und unerwünschte Wirkungen eines neuen Medikaments. Sie testeten zum Beispiel die Auswirkungen eines gut untersuchten Umweltgifts, TCDD, und identifizierten mehrere Proteine, die von TCDD beeinflusst werden, die aus früheren Studien nicht bekannt waren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Untersuchung des gesamten Proteoms eines Organismus mit dieser Methode den Wissenschaftlern ermöglichen wird, mehr mögliche molekulare Wechselwirkungen zwischen Chemikalien und Proteinen zu finden.

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