Nové přístupy studia toxicity ovzduší odhalují překvapivé výsledky

Lidský organismus je schopen reagovat na velmi vysoké koncentrace škodlivých látek v prostředí adaptivní odpovědí, která je však z dlouhodobého hlediska pro organismus škodlivá. Její negativní důsledky se projevují zejména zkrácením průměrné délky života u zatížené populace.

Projekt  „Nové přístupy ke studiu toxicity ovzduší a jejich příspěvek ke stanovení limitních hodnot vybraných polutantů" byl řešen v Ústavu experimentální medicíny AV ČR, v. v. i., a ALS Czech Republic, s.r.o., v letech 2008 až 2011. Vzhledem ke znečištění ovzduší jemnými prachovými částicemi (PM 2,5) a karcinogenními polycyklickými aromatickými uhlovodíky (k-PAU, představitelem je prokázaný lidský karcinogen benzo[a]pyren - B[a]P); za znečištěnou oblast bylo zvoleno Ostravsko (Moravskoslezský kraj - MSK: Ostrava, Karviná, Havířov), za kontrolní Praha a Třeboň.

Při studiu byly využity nejnovější metody molekulární epidemiologie (biomarkery: stanovení DNA aduktů, chromozomových aberací, mikrojadérek, oxidačního poškození DNA, lipidů a proteinů, exprese genů). Při stanovení exprese genů byla použita čipová technologie, která umožnila analyzovat změny genů na úrovni celého lidského genomu. Z hlediska spektra použitých metod se jedná o prioritní přístup hodnocení genetického poškození znečištěným ovzduším. Patrně vlivem vysokých koncentrací B[a]P na Ostravsku, které jsou nejvyšší v EU, jsou získané výsledky celosvětově unikátní.

Genotoxicita jemných prachových částic byla hodnocena v pokusech in vitro. Byl prokázán vztah mezi koncentrací k-PAU a B[a]P vázaných na povrchu PM 2,5 a genetickým poškozením. Vysoké koncentrace k-PAU ve srovnání s jinými lokalitami v ČR (Praha, Třeboň, Teplice) jsou výsledkem znečištění ovzduší těžkým průmyslem (jediný rozdíl, kterým se liší MSK od ostatních částí ČR). Analýzou celogenomové exprese byly identifikovány geny a biologické dráhy deregulované ve všech lokalitách a specifické pro dané lokality (např. zvýšení exprese genů ovlivňujících metabolismus chemických látek).

Molekulárně-epidemiologická studie proběhla v zimě a v létě 2009 a v zimě 2010 na dobrovolnících v Ostravě, Karviné, Havířově, Ostravě-Bartovicích a Praze. Studovalo se ovlivnění biomarkerů vlivem k-PAU a volatilních organických látek (VOC, benzen).

Vzhledem k inverzi v lednu 2010 byly koncentrace B[a]P na Ostravsku, stanovené osobními dozimetry, 14,6 ng/m3, benzenu 8,5-17,9 μg/m3 (koncentrace PM 2,5, stanovené stacionárními monitory, dosahovaly v Ostravě-Bartovicích 400 μg/m3, B[a]P 90 ng/m3).

Získané výsledky byly překvapující: vysoká environmentální expozice B[a]P neindukuje u chronicky zatížené populace poškození DNA dle předpokládaného vztahu dávky a účinku. Vliv vysoké expozice B[a]P byl pozorován pouze u jedinců z nezatížené lokality, kteří pobývali ve znečištěné oblasti (Ostravsko) tři týdny (frekvence chromozomových aberací byla zvýšena o vice než 50 %, což je považováno za významné poškození genomu). Tento výsledek naznačuje možnou adaptivní odpověď na ovzduší znečištěné k-PAU u chronicky zatížené populace. Proto byly následně studovány geny ovlivňující reparaci genetického poškození. U osob v Ostravě byla pozorována zvýšená exprese genu XRCC5, který vyhledává a podílí se na opravě zlomů DNA. Analýzou celogenomové genové exprese bylo zjištěno 1184 transkriptů jedinečných pro Ostravu a 2133 transkriptů jedinečných pro Prahu. Rozdílná exprese genů u dobrovolníků v Ostravě a v Praze naznačuje rozdílné spektrum znečišťujících látek s biologickým účinkem.

Při řešení projektu byly získány nové poznatky, které jsou využitelné pro hodnocení zdravotních rizik expozice k-PAU a benzenu:

1. Stanovení DNA aduktů v pokusech in vitro umožňuje určit genotoxicitu organických látek vázaných na respirabilní prachové částice.

2. Bylo prokázáno, že koncentrace B[a]P vyšší než 1 ng/m3 zvyšuje peroxidaci lipidů (což je indikátor urychlení procesu stárnutí a zvýšeného rizika kardiovaskulární nemocnosti).

3. Byla prokázána indukce reparačního genu XRCC5 a vliv vitaminů C a E na možnou adaptivní odpověď na ovzduší znečištěné k-PAU u chronicky zatížené populace.

4. Jako reakce na ovzduší dlouhodobě znečištěné k-PAU jsou u obyvatel Ostravy deregulovány specifické geny, které přispívají ke snížení negativního dopadu znečištění na genetický materiál (adaptivní odpověď).

Výsledky projektu byly zveřejněny v 16 článcích v mezinárodních časopisech s IF, v 17 článcích v ČR, 22 přednáškách a posterech na mezinárodních konferencích a 20 přednáškách na konferencích ČR.

Prioritním výsledkem výzkumu je poznatek, že lidský organismus je schopen reagovat na velmi vysoké koncentrace k-PAU a dalších škodlivých látek v prostředí adaptivní odpovědi, která je však z dlouhodobého hlediska pro organismus škodlivá. Její negativní důsledky se projevují zejména zkrácením průměrné délky života u zatížené populace.

Proto je opodstatněný požadavek analyzovat vliv znečištěného ovzduší na indukci deregulace genů u novorozenců a studovat, jak ovlivňují nemocnost dětí.

Zjištěné výsledky současně prokazují, jak nové metody molekulární biologie umožňují získat zcela nové a nepředpokládané výsledky, které jsou využitelné pro zpřesnění hodnocení zdravotních rizik populace.

Autor: MUDr. Radim Šrám, DrSc.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.