Dėl ypatingų savybių – atsparumo karščiui, atsparumo vandeniui ir riebalams bei didelio patvarumo – PFAS naudojami daugelyje kasdienių gaminių (pvz., kosmetikos gaminiuose, lauko drabužiuose ir dengtuose virtuvės reikmenyse). Tačiau būtent dėl šių savybių jie tokie problemiški.
„Kadangi kai kurios PFAS yra chemiškai stabilios, jos kaupiasi aplinkoje ir patenka į mūsų organizmą per orą, geriamąjį vandenį ir maistą“, – sako UFZ toksikologė prof. dr. Tamara Tal. Net ir atsargiai vartojant, beveik neįmanoma išvengti šios medžiagų grupės, kuri buvo gaminama nuo šeštojo dešimtmečio ir dabar apima tūkstančius skirtingų junginių.
„Yra didelis mokslinių tyrimų poreikis, ypač kai reikia sukurti greitas, patikimas ir ekonomiškas bandymų sistemas, skirtas PFAS poveikio rizikai įvertinti”, – sako Tal. Iki šiol buvo sunku įvertinti pasekmes aplinkai ir sveikatai.
Dabartiniame tyrime mokslininkai ištyrė, kaip PFAS poveikis veikia smegenų vystymąsi. Norėdami tai padaryti, jie naudojo zebrafish modelį, kuris dažnai naudojamas toksikologijos tyrimuose. Tyrimas publikuojamas žurnale Aplinkos sveikatos perspektyvos.
Vienas iš šio modelio pranašumų yra tai, kad apie 70 % zebrafish (Danio rerio) aptinkamų genų taip pat yra ir žmonėse. Todėl zebrafish modelio išvados gali būti perduotos žmonėms. Savo eksperimentuose tyrėjai paveikė zebrafą su dviem PFAS grupės medžiagomis (PFOS ir PFHxS), kurios turi panašią struktūrą.
Tada mokslininkai panaudojo molekulinius biologinius ir bioinformatinius metodus, kad ištirtų, kurie genai žuvų lervų, paveiktų PFAS, smegenyse buvo sutrikę, palyginti su kontrolinėmis žuvimis, kurios nebuvo veikiamos.
„Zebrafijoje, paveiktoje PFAS, ypač aktyvi buvo peroksisomų proliferatorių aktyvuotų receptorių (ppar) genų grupė, kuri žmonėms taip pat yra šiek tiek pakeista“, – sako mokslų daktaras Sebastianas Gutsfeldas. UFZ studentas ir pirmasis tyrimo autorius. „Toksiškumo tyrimai parodė, kad taip yra dėl PFAS poveikio, nors ir kepenyse. Dabar mes taip pat galėjome tai įrodyti smegenims.”
Bet kokias pasekmes zebrafish lervų smegenų vystymuisi ir elgesiui turi pakitęs ppar genų aktyvumas, kurį sukelia PFAS poveikis? Tyrėjai tai ištyrė tolesniuose tyrimuose, naudodami zebrafish modelį. Jie naudojo CRISPR/Cas9 metodą, dar vadinamą genų žirklėmis.
„Naudodami genetines žirkles galėjome selektyviai iškirpti atskirus ar kelis ppar genus ir neleisti jiems normaliai funkcionuoti“, – aiškina Gutsfeldas. „Mes norėjome išsiaiškinti, kurie ppar genai yra tiesiogiai susiję su lervų elgesio pokyčiais, kuriuos sukelia PFAS poveikis.”
Pagrindinio mechanizmo įrodymas buvo pateiktas tiesiogiai. Skirtingai nuo genetiškai nepakitusių zebrafish, žuvų, kurioms buvo panaudotos genų žirklės, elgesys po PFAS poveikio neturėtų pasikeisti.
Du elgesio galutiniai taškai
Vienoje eksperimentų serijoje mokslininkai nuolat veikė zebražuvį PFOS arba PFHxS ankstyvoje vystymosi fazėje nuo pirmos iki ketvirtos dienos, o kitoje eksperimentų serijoje tik penktą dieną. Penktą dieną mokslininkai stebėjo plaukimo elgesį. Šiuo tikslu jie naudojo du skirtingus elgesio galutinius taškus.
Viename galutiniame taške plaukimo aktyvumas buvo matuojamas ilgos tamsos fazės metu. PFAS veikiamos žuvys plaukė daugiau nei žuvys, kurios nebuvo paveiktos PFAS, nesvarbu, ar jos buvo nuolat veikiamos PFAS smegenų vystymosi metu ar prieš pat elgesio testą. Įdomu tai, kad hiperaktyvumas buvo tik tada, kai cheminė medžiaga buvo šalia. Kai mokslininkai pašalino PFOS arba PFHxS, hiperaktyvumas sumažėjo. Antrame galutiniame taške buvo išmatuotas išgąsčio atsakas po tamsaus dirgiklio.
„Keturias dienas PFOS veikiamuose zebražuviuose stebėjome hiperaktyvų plaukimo elgesį, reaguodami į stimulą“, – sako Gutsfeldas. Priešingai, zebrafiniai žuvys, paveikti PFOS arba PFHxS tik penktą dieną, neturėjo hiperaktyvaus išgąsčio.
Remdamiesi šiais atsakymais, mokslininkai daro išvadą, kad PFOS poveikis yra susijęs su nenormaliomis pasekmėmis, ypač jautriomis smegenų vystymosi fazėmis. Naudodami numuštą zebrafą, mokslininkai nustatė du genus iš ppar grupės, kurie tarpininkauja PFOS sukeltam elgesiui.
„Kadangi šie genai taip pat yra žmonėms, gali būti, kad PFAS taip pat turi atitinkamą poveikį žmonėms”, – daro išvadą Tal. Su Talu dirbantys mokslininkai nori ištirti kitų PFAS neuroaktyvų poveikį būsimuose tyrimų projektuose ir išplėsti metodą, kad galiausiai būtų galima įvertinti cheminių medžiagų, įskaitant PFAS, riziką.