Micro- en nanoplastics ingenomen door Drosophila veroorzaken veranderingen in hartgrootte en functie

23 augustus 2024 functie

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• gecontroleerd op feiten
• betrouwbare bron
• nagekeken

door Stephanie Baum , Phys.org

Plastic is alomtegenwoordig in producten die we dagelijks gebruiken, en recente studies hebben de effecten van micro- en nanoplastics (MP's en NP's) op de gezondheid van mensen en dieren begonnen te onthullen.

Veel onderzoek naar de gezondheidseffecten van MP's en NP's heeft tot nu toe gericht op zeeleven, vooral vissen. Een paar vroege studies hebben mogelijke toxische effecten van plastic op terrestrische soorten zoals vogels, regenwormen, insecten, mensen en andere zoogdieren onderzocht, maar tal van details blijven onbekend.

Een team van onderzoekers van de Iowa State University heeft nu, met behulp van fruitvliegjes (Drosophila melanogaster), voor het eerst onderzoek gedaan naar de effecten van MP- en NP-toxiciteit op het hart. Het werk van het team is gepubliceerd in een Kort Onderzoeksrapport in Frontiers in Toxicologie.

In 2017 schatte een studie van Geyer et al dat er sinds 1950 ongeveer 8.300 miljoen metrische ton plastic was geproduceerd; dat meer dan 4.900 miljoen metrische ton van dat plastic in stortplaatsen of elders in het milieu terecht was gekomen; en dat zonder verandering in productie- of afvalbeheerniveaus dat aantal tegen 2050 zou kunnen toenemen tot 12.000 metrische ton.

Volgens recentere onderzoeken, 'Worden er jaarlijks ongeveer 36 miljoen ton afvalplastics gegenereerd in de Verenigde Staten, waarvan de meeste in het milieu worden geloosd en in stortplaatsen belanden.'

Tegen deze achtergrond en met hartziekte als de belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd, wordt het dringend om de effecten van MP- en NP-blootstelling op het hart te begrijpen.

Drosophila-harten en gewervelde harten vertonen gelijkenissen wat betreft functionele en genetische veranderingen tijdens de ontwikkeling en veroudering. Voor dit nieuwe onderzoek verkregen de onderzoekers wilde Drosophila-vlieglarven en verdeelden ze in een controlegroep en twee testgroepen.

Ze voedden alle vliegen met een dieet van maïsmeel vanaf het begin van hun ontwikkeling totdat ze volwassenheid bereikten (verpopping). Vliegen in de twee testgroepen kregen maïsmeel waar de onderzoekers polystyreen MP's (groter dan 100 nm en kleiner dan 5 mm) of NP's (kleiner dan 100 nm) aan toevoegden.

Vijf dagen nadat de vliegen uitkwamen, verzamelden de onderzoekers ongeveer 15 vliegen van elk geslacht uit elke van de twee testgroepen en de controle groep. Het team verdoofde de vliegen, ontleedde hun kloppende harten en nam high-speed video's op met meer dan 200 frames per seconde voor analyse.

Onder de opmerkelijke resultaten wijst de analyse uit dat blootstelling aan plastic verschillende resultaten oplevert bij mannetjes en vrouwtjes. De hartslag van vrouwelijke vliegen die aan zowel MP's als NP's werden blootgesteld, daalde met 13%, terwijl hun hartperioden (tijd tussen het begin van een hartslag en het begin van de volgende hartslag) dienovereenkomstig toenamen. Mannelijke vliegen vertoonden deze verandering niet, maar mannetjes die MP's kregen, vertoonden meer variabiliteit dan degenen die NPs kregen en die in de controle groep zaten.

Bij vrouwelijke vliegen die NPs kregen, nam de hartgrootte (diastolische diameter) toe, en diastolische intervallen namen toe bij zowel vrouwtjes die MP's als NPs kregen. Ondertussen vertoonden de hartgroottes van mannelijke vliegen die beide maten plastic kregen significante veranderingen in diastolische en systolische diameters.

Bovendien schrijven de onderzoekers, 'In tegenstelling tot vrouwtjes krijgen mannetjesvliegen ook veranderingen in Systolisch Interval (SI) Tijd en fractionele verkorting te zien. De totale SI-tijd is met 40% verminderd bij vliegen die aan MPs zijn blootgesteld, terwijl vrouwtjes geen verandering zien. Tenslotte ervaren mannelijke vliegen die aan NPs zijn blootgesteld een 11% reductie in fractionele verkorting. Dit fenomeen is uniek voor mannetjes, omdat vrouwtjes geen verandering in fractionele verkorting zien na blootstelling aan plastic van elke grootte.'

De onderzoekers merken op dat ze aanvankelijk vermoedden dat de veranderingen die ze hadden geregistreerd het gevolg zouden kunnen zijn van MPs en NPs die daadwerkelijk een fysieke barrière creëerden voor normale hartontwikkeling. Ze geloven ook dat 'moleculaire interacties tussen de plastics en het hart zelf' verantwoordelijk zijn voor de seksueel dimorfe veranderingen die ze hebben waargenomen, vooral de verschillen in grootte van mannelijke en vrouwelijke harten.

Ze erkennen echter, 'Het ware mechanisme achter deze waargenomen veranderingen is onbekend, en daarom is verder onderzoek nodig om te identificeren of blootstelling aan MPs en NPs interageert met eventueel geconserveerde genen bij zoogdieren die kunnen leiden tot hartfalen.'

Ze suggereren ook dat verder onderzoek een verscheidenheid aan eetbare plastic vormen zou kunnen omvatten, en dat verder onderzoek zich ook moet richten op het identificeren van de specifieke moleculaire veranderingen die de waargenomen functionele stoornissen veroorzaken.

'De gegevens uit dit onderzoek kunnen het vakgebied informeren over mogelijke veranderingen bij andere terrestrische organismen en opent de deur naar toekomstige studies die het moleculaire mechanisme achter deze veranderingen onderzoeken en benadrukt het belang van onderzoek naar plastic bij beide geslachten,' concludeert het team.

Meer informatie: Alyssa M. Hohman et al, The heart of plastic: het gebruik van het Drosophila-model om de effecten van micro/nanoplastics op de hartfunctie te onderzoeken, Frontiers in Toxicology (2024). DOI: 10.3389/ftox.2024.1438061

© 2024 Science X Network