Используя образцы из почти столетнего непрерывного исследования морского планктона, исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего предполагают, что повышение уровня искусственных химических веществ, обнаруженных в некоторых частях Мирового океана, может быть использовано для мониторинга влияния человеческой деятельности на здоровье экосистем и в будущем может быть использовано для изучения связи между загрязнением океана и уровнем детских и взрослых хронических заболеваний на суше.

Результаты исследования опубликованы в выпуске журнала Science of the Total Environment от 6 января 2023 года.

"Это было пилотное исследование для проверки возможности использования архивных образцов планктона, полученных в ходе непрерывной регистрации планктона (CPR), для реконструкции исторических тенденций загрязнения морской среды в пространстве и времени", - сказал старший автор Роберт К. Навье, доктор медицины, доктор философии, профессор кафедры медицины, педиатрии и патологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. На изучение этих новых методов нас побудило тревожное увеличение числа хронических заболеваний у детей и взрослых, которое наблюдается во всем мире с 1980-х годов".

"Недавние исследования подчеркнули тесную связь между загрязнением океана и здоровьем человека. В этом исследовании мы задались вопросом: Коррелируют ли изменения в экспосоме планктона (мера всех воздействий в течение жизни) со здоровьем экосистем и рыболовства?

"Мы также хотели заложить основу для того, чтобы задать второй вопрос: Можно ли использовать искусственные химические вещества в планктоне в качестве барометра для измерения изменений в глобальной химической атмосфере, которые могут способствовать возникновению детских и взрослых заболеваний? Говоря иначе, мы хотели проверить гипотезу о том, что быстрый оборот и чувствительность к загрязнению планктона может сделать его морским вариантом канарейки в угольной шахте".

Базирующаяся в Великобритании программа CPR Survey является самым продолжительным и географически обширным исследованием морской экологии в мире. С 1931 года почти 300 судов прошли более 7,2 миллионов миль, буксируя устройства для отбора проб, которые фиксируют планктон и экологические измерения во всех мировых океанах, Средиземном, Балтийском и Северном морях, а также в пресноводных озерах.

Эти усилия, наряду с дополнительными программами в других странах, направлены на документирование и мониторинг общего состояния океанов на основе благополучия морского планктона - разнообразной коллекции обычно крошечных организмов, которые обеспечивают пропитание для многих других водных существ, от моллюсков до рыб и китов.

"Морской планктон существует во всех океанических экосистемах", - говорит соавтор исследования Соня Баттен, доктор философии, бывший координатор Тихоокеанской программы CPR, а ныне исполнительный секретарь Северо-Тихоокеанской организации по морским наукам. Они создают сложные сообщества, которые составляют основу пищевой сети, и играют важную роль в поддержании здоровья и баланса океанов". Планктон, как правило, недолговечен и очень чувствителен к изменениям окружающей среды".

Навье, соавтор исследования Кефенг Ли, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Навье, и его коллеги оценили образцы планктона, взятые из трех разных мест северной части Тихого океана в разное время между 2002 и 2020 годами, а затем использовали различные технологии для оценки воздействия на них различных искусственных химических веществ, включая фармацевтические препараты, стойкие органические загрязнители (СОЗ), такие как промышленные химикаты, пестициды, фталаты и пластификаторы (химические вещества, получаемые из пластмасс), а также средства личной гигиены.

По словам исследователей, за последние два десятилетия количество многих из этих загрязнителей уменьшилось, но не повсеместно, а зачастую сложным образом. Например, анализ показал, что уровни старых СОЗ и распространенного антибиотика амоксициллина в целом снизились в северной части Тихого океана за последние 20 лет, возможно, отчасти из-за усиления федерального регулирования и снижения общего использования антибиотиков в США и Канаде, но выводы сбиваются совпадающим увеличением использования в России и Китае.

Наиболее загрязненные образцы были взяты из прибрежных зон, расположенных ближе всего к человеческой деятельности и подверженных таким явлениям, как наземный сток и аквакультура. В этих местах наблюдались более высокие уровни и большее количество различных химических веществ, обнаруженных в таксонах планктона, обитающих в этих прибрежных средах.

По словам авторов, их пилотный проект указывает путь к последующим исследованиям, направленным на изучение корреляции между экспозицией планктона, отношениями хищник-жертва и влиянием на рыболовство.

"Последующие исследования эпидемиологов и морских экологов необходимы для того, чтобы проверить, коррелирует ли планктонная экспозиция с такими важными медицинскими тенденциями в близлежащих человеческих популяциях, как детская смертность, аутизм, астма, диабет и деменция", - сказал Навье.

Навье отметил, что полученные результаты дают новые ключи к объяснению природы многих хронических заболеваний, при которых фазы реакции клеточной опасности (CDR) сохраняются, что приводит к хроническим симптомам.

Навье и его коллеги уже более десяти лет утверждают, что накопленные данные свидетельствуют о том, что многочисленные заболевания и хронические болезни, от нарушений нейроразвития, таких как расстройство аутистического спектра, и нейродегенеративных заболеваний, таких как ALS, до рака и глубокой депрессии, по крайней мере, частично являются следствием метаболической дисфункции, которая приводит к неполному заживлению, характеризуемому как CDR.

Навье много писал на эту тему, в том числе о том, как на CDR могут влиять факторы окружающей среды, которые приводят к метаболической дисфункции и хроническим заболеваниям.

"Цель CDR - помочь защитить клетку и запустить процесс заживления после травмы, заставляя клетку укреплять свои мембраны, уменьшать и изменять взаимодействие с соседями и перенаправлять энергию и ресурсы на защиту, пока опасность не минует", - говорит Навье.

"Но иногда CDR застревает. Это препятствует завершению естественного цикла исцеления, изменяя способ реагирования клетки на окружающий мир. Когда это происходит, клетки ведут себя так, как будто они все еще ранены или находятся в непосредственной опасности, даже если первоначальная причина травмы или угрозы миновала. Мы узнали, что многие виды химических веществ окружающей среды, травмы, инфекции и другие виды стресса могут задерживать или блокировать завершение цикла заживления. Когда это происходит, возникают симптомы хронических заболеваний".

"CDR - это процесс, охватывающий все тело, который начинается с митохондрий и клетки. Митохондрии - это органеллы в клетке, которые действуют как биолокаторы, постоянно следящие за химическим составом клетки и ее окружения. Митохондрии регулируют метаболическую активность, необходимую для энергии и движения, врожденного иммунитета, регулирования здоровья микробиома и производства строительных блоков, необходимых для восстановления тканей после травм".

В ходе исследования морского планктона Навье с соавторами обнаружили, что перфторалкильные вещества (химические вещества, обычно используемые для повышения водостойкости различных товаров повседневного спроса, от упаковки до одежды и посуды) занимают важное место в экспозиции планктона.

Известно, что такие вещества ингибируют некоторые митохондриальные белки, включая важный фермент, регулирующий метаболизм кортизола и реакцию организма на стресс. Среди других обнаруженных химических веществ - фталаты из пластмасс и средств личной гигиены, таких как лосьоны и шампуни. Фталаты - это химические вещества, разрушающие эндокринную систему, количество которых в планктоне увеличивается уже более 20 лет и которые оказывают прямое и косвенное воздействие на митохондрии.

"Планктон реагирует на химические вещества в своей экспозиции, отчасти изменениями в собственных митохондриях, которые меняют его биологию, - говорит Навье, - и люди, я бы сказал, тоже. Я надеюсь, что использование наших методов исследовательскими группами по всему миру укрепит связь между здоровьем экосистемы и здоровьем человека, а также предоставит новые инструменты для мониторинга того, как изменился химический след человека за последнее столетие".

"Если связь окажется достаточно тесной, то в будущем экспозоомика планктона из обсерваторий по всему миру может быть использована для отслеживания и ограничения загрязнения окружающей среды, приводящего к заболеваниям человека."