Unter Verwendung von Proben aus einer fast hundert Jahre alten, laufenden Untersuchung von Meeresplankton schlagen Forscher der University of California San Diego School of Medicine vor, dass steigende Konzentrationen von künstlichen Chemikalien, die in Teilen der Weltmeere gefunden werden, dazu verwendet werden könnten, die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf zu überwachen Ökosystemgesundheit und könnte eines Tages verwendet werden, um die Zusammenhänge zwischen Meeresverschmutzung und landgestützten Raten chronischer Krankheiten bei Kindern und Erwachsenen zu untersuchen.
Die Ergebnisse werden in der Ausgabe der Zeitschrift vom 6. Januar 2023 veröffentlicht Wissenschaft der gesamten Umwelt.
„Dies war eine Pilotstudie, um die Machbarkeit der Verwendung archivierter Planktonproben aus der Continuous Plankton Recorder (CPR) Survey zu testen, um historische Trends der Meeresverschmutzung über Raum und Zeit zu rekonstruieren“, sagte Seniorautor Robert K. Naviaux, MD, Ph. D., Professor in der Abteilung für Medizin, Pädiatrie und Pathologie an der UC San Diego School of Medicine. „Wir wurden durch die alarmierende Zunahme chronischer Erkrankungen im Kindes- und Erwachsenenalter, die seit den 1980er Jahren weltweit aufgetreten ist, motiviert, diese neuen Methoden zu erforschen.
„Jüngste Studien haben die enge Verbindung zwischen Meeresverschmutzung und menschlicher Gesundheit unterstrichen. In dieser Studie haben wir die Frage gestellt: Korrelieren Veränderungen im Plankton-Exposom (das Maß aller Expositionen im Leben) mit der Gesundheit von Ökosystem und Fischerei?
„Wir wollten auch den Grundstein für eine zweite Frage legen: Können künstliche Chemikalien im Plankton als Barometer verwendet werden, um Veränderungen in der globalen Chemosphäre zu messen, die zu Krankheiten bei Kindern und Erwachsenen beitragen könnten? Anders gesagt, wir wollten die Hypothese testen dass der schnelle Umsatz und die Empfindlichkeit gegenüber Kontamination von Plankton sie zu einer marinen Version des Kanarienvogels in der Kohlemine machen könnten.
Die CPR-Umfrage mit Sitz im Vereinigten Königreich ist die am längsten laufende und geografisch umfangreichste Meeresökologie-Umfrage der Welt. Seit 1931 haben fast 300 Schiffe mehr als 7,2 Millionen Meilen zurückgelegt, um Probenahmegeräte zu schleppen, die Plankton- und Umweltmessungen in allen Weltmeeren, im Mittelmeer, in der Ostsee und in der Nordsee sowie in Süßwasserseen erfassen.
Die Bemühungen sollen zusammen mit ergänzenden Programmen an anderer Stelle die allgemeine Gesundheit der Ozeane auf der Grundlage des Wohlbefindens des Meeresplanktons dokumentieren und überwachen – einer vielfältigen Sammlung normalerweise winziger Organismen, die vielen anderen Wasserlebewesen, von Weichtieren bis hin zu Nahrung, Nahrung bieten Fisch zu Walen.
„Meeresplankton kommt in allen Meeresökosystemen vor“, sagte die Co-Autorin der Studie Sonia Batten, Ph.D., ehemalige Koordinatorin der Pacific CPR und derzeit Exekutivsekretärin der North Pacific Marine Science Organization. „Sie bilden komplexe Gemeinschaften, die die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden, und sie spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesundheit und des Gleichgewichts der Ozeane. Plankton ist im Allgemeinen kurzlebig und reagiert sehr empfindlich auf Umweltveränderungen.“
Naviaux, Co-korrespondierender Autor Kefeng Li, Ph.D., ein Projektwissenschaftler im Labor von Naviaux, und Kollegen werteten Planktonproben aus, die zwischen 2002 und 2020 an drei verschiedenen Orten im Nordpazifik zu unterschiedlichen Zeiten entnommen wurden, und verwendeten dann eine Vielzahl von Technologien, um dies zu tun ihre Exposition gegenüber verschiedenen künstlichen Chemikalien, einschließlich Arzneimitteln, zu bewerten; persistente organische Schadstoffe (POPs) wie Industriechemikalien; Pestizid; Phthalate und Weichmacher (aus Kunststoffen gewonnene Chemikalien); und Körperpflegeprodukte.
Viele dieser Schadstoffe haben in den letzten zwei Jahrzehnten an Menge abgenommen, sagten die Forscher, aber nicht überall und oft auf komplexe Weise. Analysen deuten zum Beispiel darauf hin, dass die Konzentrationen von alten POPs und dem weit verbreiteten Antibiotikum Amoxicillin im Nordpazifik in den letzten 20 Jahren weitgehend zurückgegangen sind, vielleicht teilweise aufgrund verstärkter staatlicher Regulierung und eines Rückgangs des gesamten Antibiotikaeinsatzes in den Vereinigten Staaten und Kanada, aber Die Ergebnisse werden durch den gleichzeitigen Anstieg der Verwendung in Russland und China verfälscht.
Die am stärksten verschmutzten Proben wurden aus küstennahen Gebieten entnommen, die menschlichen Aktivitäten am nächsten sind und Phänomenen wie terrestrischem Abfluss und Aquakultur ausgesetzt sind. An diesen Orten wurden höhere Konzentrationen und eine größere Anzahl verschiedener Chemikalien in Planktontaxa gefunden, die in diesen küstennahen Umgebungen leben.
Die Autoren sagten, ihr Pilotprojekt zeige den Weg für Folgeforschungen, die darauf abzielen, Korrelationen zwischen dem Plankton-Exposom, Räuber-Beute-Beziehungen und betroffenen Fischereien zu untersuchen.
„Folgestudien von Epidemiologen und Meeresökologen sind erforderlich, um zu testen, ob und wie das Plankton-Exposom mit wichtigen medizinischen Trends in nahe gelegenen menschlichen Populationen wie Säuglingssterblichkeit, Autismus, Asthma, Diabetes und Demenz korreliert“, sagte Naviaux.
Naviaux stellte fest, dass die Ergebnisse neue Hinweise zur Erklärung der Natur vieler chronischer Krankheiten liefern, bei denen Phasen der Cell Danger Response (CDR) bestehen bleiben und zu chronischen Symptomen führen.
Seit mehr als einem Jahrzehnt haben Naviaux und Kollegen gesetzt dass sich ansammelnde Daten auf zahlreiche Krankheiten und chronische Erkrankungen hindeuten, von neurologischen Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störung und neurodegenerative Erkrankungen wie ALS zu Krebs u schwere Depression sind zumindest teilweise die Folge einer Stoffwechselstörung, die zu einer unvollständigen Heilung führt, die als CDR bezeichnet wird.
Naviaux hat ausführlich zu diesem Thema veröffentlicht, einschließlich der Frage, wie CDR beeinflusst werden kann Umweltfaktoren die zu Stoffwechselstörungen und chronischen Krankheiten führen.
„Der Zweck von CDR besteht darin, die Zelle zu schützen und den Heilungsprozess nach einer Verletzung in Gang zu bringen, indem die Zelle dazu gebracht wird, ihre Membranen zu verhärten, ihre Interaktion mit Nachbarn zu verringern und zu ändern und Energie und Ressourcen zur Verteidigung umzuleiten, bis die Gefahr vorüber ist “, sagte Naviaux.
„Aber manchmal bleibt die CDR stecken. Dies verhindert den Abschluss des natürlichen Heilungszyklus und verändert die Art und Weise, wie die Zelle auf die Umwelt reagiert die Verletzung oder Bedrohung vorüber ist. Wir haben gelernt, dass viele Arten von Umweltchemikalien, Traumata, Infektionen oder andere Arten von Stress den Abschluss des Heilungszyklus verzögern oder blockieren können. Wenn dies geschieht, führt dies zu den Symptomen einer chronischen Krankheit. „
„Die CDR ist ein Ganzkörperprozess, der mit den Mitochondrien und der Zelle beginnt. Mitochondrien sind Organellen in der Zelle, die als Bio-Wächter fungieren, die ständig die Chemie der Zelle und ihrer Umgebung überwachen. Mitochondrien regulieren die für Energie benötigte Stoffwechselaktivität und Bewegung, angeborene Immunität, zur Regulierung der Gesundheit des Mikrobioms und zur Herstellung der Bausteine, die für die Gewebereparatur nach Verletzungen benötigt werden.“
In der marinen Planktonstudie stellten Naviaux und Co-Autoren fest, dass Perfluoralkylsubstanzen (Chemikalien, die häufig zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit in verschiedenen Alltagsprodukten verwendet werden, von Verpackungen über Kleidung bis hin zu Kochgeschirr) im Plankton-Exposom auffällig waren.
Es ist bekannt, dass solche Substanzen einige mitochondriale Proteine hemmen, darunter ein wichtiges Enzym, das zur Regulierung des Cortisolstoffwechsels und der Reaktionen des Organismus auf Stress verwendet wird. Andere gefundene Chemikalien waren Phthalate aus Kunststoffen und Körperpflegeprodukten wie Lotionen und Shampoos. Phthalate sind Chemikalien mit endokriner Wirkung, die im Plankton-Exposom seit mehr als 20 Jahren zunehmen und sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen auf die Mitochondrien haben.
„Plankton reagiert auf die Chemikalien in seinem Exposom, teilweise durch Veränderungen in seinen eigenen Mitochondrien, die seine Biologie verändern“, sagte Naviaux, „und ich würde argumentieren, dass es auch Menschen sind. Ich hoffe, dass die Verwendung unserer Methoden von Forschungsgruppen auf der ganzen Welt wird die Verbindung zwischen Ökosystemgesundheit und menschlicher Gesundheit stärken und neue Instrumente bereitstellen, um zu überwachen, wie sich der chemische Fußabdruck des Menschen im letzten Jahrhundert verändert hat.
„Wenn sich herausstellt, dass die Verbindungen eng genug sind, könnten Plankton-Exposomen von Beobachtungsstandorten auf der ganzen Welt in Zukunft verwendet werden, um die Verschmutzung zu verfolgen und einzudämmen, die zu Krankheiten beim Menschen führt.“
Mehr Informationen:
Kefeng Li et al, Historisches Biomonitoring von Verschmutzungstrends im Nordpazifik unter Verwendung archivierter Proben aus der kontinuierlichen Plankton-Recorder-Untersuchung, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.161222