גנים שזוהו לאחרונה עשויים להחזיק את המפתח להבנת תגובת המוח ל-PFAS

חומרים אלקיל פר ופוליפלואור (PFAS) מקבלים את הכינוי "כימי לנצח" שלהם על ידי התמדה במים, באדמה ואפילו במוח האנושי.

היכולת הייחודית הזו לחצות את מחסום הדם-מוח ולהצטבר ברקמת המוח גורמת ל-PFAS למדאיג במיוחד, אך יש ללמוד עוד יותר את המנגנון הבסיסי של נוירו-רעילות שלהם.

לשם כך, מחקר חדש שנערך על ידי חוקרי אוניברסיטת באפלו זיהה 11 גנים שעשויים להחזיק את המפתח להבנת תגובת המוח לכימיקלים הנפוצים הללו הנפוצים בפריטים יומיומיים.

גנים אלה, חלקם מעורבים בתהליכים חיוניים לבריאות עצבית, נמצאו מושפעים באופן עקבי מחשיפה ל-PFAS, בין אם מבטאים יותר או פחות, ללא קשר לסוג תרכובות ה-PFAS שנבדקו. לדוגמה, כל התרכובות גרמו למפתח גן להישרדות תאי עצב לבטא פחות, ולגן אחר שקשור למוות של תאי עצב לבטא יותר.

"הממצאים שלנו מצביעים על כך שגנים אלה עשויים להיות סמנים לאיתור וניטור נוירוטוקסיות הנגרמות על ידי PFAS בעתיד", אומר הסופר השותף הראשי G. Ekin Atilla-Gokcumen, PhD, ד"ר Marjorie E. Winkler פרופסור נכבד במחלקה לכימיה , בתוך מכללת UB לאמנויות ומדעים.

ובכל זאת, המחקר, שפורסם בגיליון 18 בדצמבר של ACS Chemical Neuroscience, מצא עוד מאות גנים שביטוים השתנה בכיוונים שונים בהתבסס על התרכובת שנבדקה. בנוסף, לא היה מתאם בין הרמה שבה PFAS מצטבר בתא לבין המידה שבה הוא גורם לביטוי גנים דיפרנציאלי.

ביחד, זה מצביע על כך שמבנים מולקולריים שונים בתוך כל סוג של PFAS מניעים שינויים בביטוי הגנים.

PFAS, למרות שיתוף מאפיינים כימיים מסוימים, מגיע בצורות ובגדלים שונים, מה שמוביל לשונות בהשפעות הביולוגיות שלהם. לפיכך, הידע על איך הביולוגיה שלנו מגיבה לסוגים השונים של PFAS הוא בעל רלוונטיות ביו-רפואית גדולה."

דיאנה אגה, דוקטורט, מחברת שותפה נוספת של המחקר, פרופסור נכבד של SUNY ויו"ר הנרי מ. וודבורן במחלקה לכימיה, ומנהל מכון UB RENEW

"בהתאם לאורך השרשרת או קבוצת הראש שלהם, ל-PFAS יכולות להיות השפעות שונות מאוד על תאים", מוסיף Atilla-Gokkumen. "אנחנו לא צריכים לראות אותם כקבוצה אחת גדולה של תרכובות, אלא באמת כתרכובות שעלינו לחקור בנפרד".

מחברים אחרים כוללים את עומר גוקקומן, דוקטורט, פרופסור במחלקה למדעי הביולוגיה. המחקר נתמך על ידי הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית (EPA).

עליות ומורדות של ביטוי גנים

PFAS אינם רעילים מיד. אנחנו נחשפים אליהם כמעט כל יום, כולל דרך מי שתייה ואריזות מזון, ולא שמים לב.

"לכן, החוקרים צריכים למצוא נקודות הערכה יותר במעלה הזרם בתהליך הסלולרי מאשר רק אם תא חי או מת", אומר Atilla-Gokcumen.

הצוות החליט להתמקד כיצד PFAS משפיע על ביטוי הגנים של תאים דמויי עצב, כמו גם כיצד PFAS משפיע על שומנים, שהם מולקולות המסייעות להרכיב את קרום התא, בין פונקציות חשובות אחרות. חשיפה ל-PFAS שונה במשך 24 שעות הביאה לשינויים צנועים אך ברורים בשומנים, ולמעלה מ-700 גנים לביטוי שונה.

מבין ששת סוגי ה-PFAS שנבדקו, חומצה פרפלואורו-אוקטנואית (PFOA) – פעם נפוץ במחבתות טפלון ונחשבה לאחרונה כמסוכנת על ידי ה-EPA – הייתה ללא ספק המשפיעה ביותר. למרות הספיגה הקטנה שלו, PFOA שינה את הביטוי של כמעט 600 גנים – אף תרכובת אחרת לא שינתה יותר מ-147. באופן ספציפי, PFOA הפחית את הביטוי של גנים המעורבים בצמיחה הסינפטית ובתפקוד העצבי.

בסך הכל, ששת התרכובות גרמו לשינויים במסלולים הביולוגיים המעורבים באיתות היפוקסיה, עקה חמצונית, סינתזת חלבונים ומטבוליזם של חומצות אמינו, שכולם חיוניים לתפקוד והתפתחות נוירונים.

אחד-עשר מהגנים התגלו כמבטאים באותו אופן, פחות או יותר, לכל שש התרכובות. אחד הגנים שהוחלפו באופן עקבי היה גורם נוירוטרופי שמקורו באסטרוציטים מזונספליים, שחשוב להישרדותם של תאים עצביים והוכח כמהפך תסמינים של מחלות ניווניות של עצבים בחולדות. אחד הגנים שהוסרו באופן עקבי היה חלבון בעל אינטראקציה עם thioredoxin, אשר נקשר למוות של תאי עצב.

"כל אחד מ-11 הגנים הללו הפגין ויסות עקבי בכל ה-PFAS שבדקנו. תגובה אחידה זו מעידה שהם עשויים לשמש סמנים מבטיחים להערכת חשיפה ל-PFAS, אך יש צורך במחקר נוסף כדי לדעת כיצד הגנים הללו מגיבים לסוגים אחרים של PFAS." אומר אטילה-גוקקומן.

זיהוי האפשרויות הפחות גרועות

עד כמה ש-PFAS יכול להיות מזיק, המציאות היא שטרם נמצאו תחליפים טובים.

אפשר אולי להחליף את התרכובות ביישומים כמו אריזות מזון, אבל היעילות שלהן בכיבוי אש ובייצור מוליכים למחצה, למשל, עשויה להימשך לטווח ארוך.

לכן מחקרים כמו זה הם חיוניים, אומר Atilla-Gokcumen. התגובה המגוונת של רוב הגנים לתרכובות שונות, כמו גם חוסר המתאם בין קליטת PFAS בתאים ומידת הביטוי של שינוי גנים שהם גורמים, מדגישה עד כמה כל אחת מהתרכובות הללו ייחודית.

"אם נבין מדוע חלק מה-PFAS מזיקים יותר מאחרים, נוכל לתעדף את הוצאת העבריינים הגרועים ביותר בהדרגה תוך חיפוש אחר תחליפים בטוחים יותר. לדוגמה, נבדקות חלופות כמו PFAS קצר-שרשרת, מכיוון שהם נוטים להתמיד פחות בסביבה ולהצטבר. עם זאת, התמדה המופחתת שלהם עשויה לבוא במחיר של יעילות ביישומים מסוימים, ויש חששות לגבי השפעות בריאותיות פוטנציאליות הדורשות בדיקה נוספת. יש צורך במחקר נוסף כדי להבטיח שהתחליפים הללו באמת בטוחים ויעילים יותר עבור יישומים ספציפיים", מסביר Atilla-Gokkumen. "המחקר הזה הוא צעד חשוב לקראת השגת מטרה זו."