Kan miljøgifte forstyrre det biologiske ur?

Kan miljøgifte forstyrre døgnrytmer - det biologiske "ur", hvis forstyrrelse er forbundet med kronisk betændelse og et væld af menneskelige lidelser? Forskning, der viser en sammenhæng mellem døgnrytmforstyrrelser og plankton, der har tilpasset vejsaltforurening, stiller spørgsmålet helt på bordet.

"Denne forskning viser, at udsættelse for miljøgifte kan forringe funktionen af ​​vores døgnrytm, hvis afbrydelse er forbundet med øgede kræftfrekvenser, diabetes, fedme, hjerte sygdom, og depression, "sagde Jennifer Hurley, en adjunkt i biologiske videnskaber, medlem af Center for Bioteknologi og Tværfaglige Studier (CBIS) ved Rensselaer Polytechnic Institute, og seniorforfatter på denne forskning. "Det er første gang, nogen har vist, at dette sker på niveau med kerneklokken, som vi havde anset for at være stærkt bufferet mod disse former for miljøeffekter. "

Forskningen bygger på nylige fund fra Jefferson Project ved Lake George, viser, at en almindelig dyreplanktonart, Daphnia pulex, kan udvikle tolerance til moderate niveauer af vejsalt på så lidt som to og en halv måned. Denne forskning producerede fem populationer af Daphnia tilpasset saltkoncentrationer, der spænder fra den nuværende koncentration på 15 milligram pr. Liter chlorid i Lake George, til koncentrationer på 1, 000 milligram per liter som fundet i stærkt forurenede søer i Nordamerika.

"Plankton, som er nøgleforbrugere af alger og en fødekilde for mange fisk, kan gøre en monumental afvejning for at tolerere øget vejsalt, "sagde Rick Relyea, Jefferson projektdirektør, CBIS -medlem, og medforfatter af undersøgelsen. "Døgnrytmen leder disse dyr gennem en daglig migration, til dybt vand i løbet af dagen for at skjule sig for rovdyr og lavt vand om natten for at fodre. At forstyrre denne rytme kan påvirke hele søøkosystemet. "

Hurley sagde, at tilpasning til salt sandsynligvis påvirker Daphnia på det epigenetiske niveau, en arvelig ændring i genniveauer frem for genetisk kode. Forskningen har bred anvendelse på flere områder ud over menneskers sundhed og er en demonstration af banebrydende, tværfaglig forskning som følge af tværgående samarbejde mellem CBIS og Jefferson Project.

For at undersøge, om salt påvirker Daphnias døgnrytme, forskere fastslog først, at plankton styres af et kernesæt af urkontrolgener, der foregriber dag/nat-cyklussen. Urkontrolgener fremmer og undertrykker gentranskription, skabe daglige svingninger i niveauerne af enzymer og hormoner for at påvirke cellefunktionen, division, og vækst, samt fysiologiske parametre såsom kropstemperatur og immunrespons. Daphnia -genomet omfatter PERIOD (PER) -genet, et sæt gener, der næsten er identisk med det veletablerede kerneklokke i frugtfluen ( Drosophila melanogaster ).

Kayla Coldsnow, en Rensselaer doktorand og den første forfatter på undersøgelsen, sporet ekspressionen af ​​mRNA for PER i Daphnia udsat for naturligt lave saltniveauer og konstante mørke forhold. På trods af disse konstante miljøforhold, Daphnia PER mRNA-niveauer oscillerede med en 24-timers rytme, en klar indikation af et funktionelt døgnrytter. Hendes resultater, i kombination med eksisterende forskning, viser, at PER "urgener" er aktive i Daphnia.

For at teste, om tilpasning til højt saltindhold påvirker dette funktionelle døgn-ur, Coldsnow udførte derefter et lignende eksperiment med de fem populationer af Daphnia produceret under hendes tidligere forskning. Hendes data viste, at PER mRNA -rytmer forværredes med tilpasningen til stigende saltkoncentrationer.

"Det, vi ser, er en gradueret, målt respons i denne organisme; jo højere saltniveau, som Dafnierne er tilpasset, jo mere det undertrykker udtrykket for sit døgnrytme, "sagde Hurley." Befolkningen tilpasset naturligt lave saltniveauer udviser en smuk, sund svingning i PER mRNA -ekspression, men befolkningen tilpasset høje saltniveauer har fuldstændig mistet deres evne til at oscillere dette mRNA -udtryk. "

Hurley sagde, at resultaterne åbner en ny dør inden for cirkadisk forskning.

”Konsekvenserne er betydelige, "Hurley sagde." Du har udsat Daphnia for et miljøgift, og dens ur blev undertrykt, sandsynligvis gennem epigenetiske mekanismer. Uret og biologien i Daphnia ligner meget uret og biologien både i vores hjerner og de fleste organismer. Er det muligt, at vi kan se epigenetiske ændringer i den menneskelige hjerne på grund af udsættelse for miljøgifte?