环境毒素会破坏生物“时钟”吗

鞍山视线 刘 欣2019-05-18 11:36:24
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环境毒素会破坏昼夜节律 - 生物“时钟”,其干扰与慢性炎症和一系列人类疾病有关吗?研究显示昼夜节律中断与适应道路盐污染的浮游生物之间存在联系,这使得问题完全摆在桌面上。

环境毒素会破坏生物“时钟”吗

“这项研究表明,暴露于环境毒素可能会压低我们的生物钟功能的时钟,它的破坏是与增加癌症,糖尿病,肥胖,心脏疾病和抑郁症的比例,”珍妮赫尔利,助理教授说,生物科学,伦斯勒理工学院生物技术与跨学科研究中心(CBIS)的成员,以及该研究的资深作者。“这是有史以来第一次有人在核心时钟的水平上发现这种情况,我们认为这是针对这些类型的环境影响进行大量缓冲的。”

这项研究建立在乔治湖杰斐逊项目的最新研究成果的基础上,表明浮游动物的常见种类水蚤(Daphnia pulex)可以在短短两个半月内对中等水平的公路盐进行耐受。该研究产生了五种水蚤种群,其适应盐浓度范围从目前浓度为每升氯化物15毫克的乔治湖,到北美高度污染的湖泊中的浓度为1000毫克/升。

“浮游生物是藻类的主要消费者,也是许多鱼类的食物来源,可能正在进行巨大的权衡,以容忍增加的道路盐,”杰克逊项目主任,CBIS成员,该研究的共同作者Rick Relyea说。“昼夜节律通过每日迁徙引导这些动物,在白天向深水区域躲避捕食者和浅水区的夜间捕食。扰乱这种节奏可能会影响整个湖泊生态系统。”

Hurley说,适应盐可能会影响水蚤的表观遗传水平,这是基因水平而非遗传密码的可遗传变化。该研究在人类健康以外的多个领域具有广泛的适用性,并证明了CBIS与杰斐逊项目之间的交叉合作所产生的前沿,跨学科研究。

为了探究盐是否影响水蚤的昼夜节律,研究人员首先确定浮游生物由一组预测昼/夜循环的核心时钟控制基因控制。时钟控制基因促进和抑制基因转录,在酶和激素水平上产生每日振荡,以影响细胞功能,分裂和生长,以及体温和免疫反应等生理参数。水蚤基因组包括PERIOD(PER)基因,这组基因几乎与果蝇(Drosophila melanogaster)的核心时钟相同。

Rensselaer博士生和该研究的第一作者Kayla Coldsnow追踪了水蚤的PER mRNA在天然低盐水平和恒定黑暗条件下的表达。尽管存在这些恒定的环境条件,但Daphnia PER mRNA水平以24小时的节律振荡,这清楚地表明了功能性生物钟。她的结果与现有研究相结合,表明PER“时钟基因”在水蚤中是活跃的。

为了测试对高盐环境的适应是否影响这个功能性生物钟,Coldsnow随后对她早期研究中产生的五种水蚤种群进行了类似的实验。她的数据显示PER mRNA节律随着盐浓度的增加而恶化。

“我们看到的是这种生物体中的分级测量响应;水蚤适应的盐水平越高,它就越能抑制其生物钟的表达,”赫尔利说。“适应天然低盐水平的种群在PER mRNA表达中表现出美丽,健康的振荡,但适应高盐水平的种群完全失去了振荡这种mRNA表达的能力。”

赫利说,这些发现为昼夜节律研究打开了一扇新的大门。

“影响是巨大的,”赫尔利说。“你已经将水蚤暴露于环境毒素中,它的时钟被抑制,可能是通过表观遗传机制。水蚤的时钟和生物学与我们的大脑和大多数生物体的时钟和生物学非常相似。我们是否有可能因为接触环境毒素,可以看到人脑中的表观遗传变化吗?