Χρήση Μεταβολομικών Υψηλής Ανάλυσης για Μελέτη των Επιπτώσεων της Ρύπανσης της Εναέριας Κυκλοφορίας
Λόγω της ταχείας ανάπτυξης της αστικοποίησης και του αυξανόμενου αριθμού οχημάτων στους δρόμους, οι εκπομπές από την κυκλοφορία έχουν γίνει μια από τις κύριες πηγές ρύπανσης του περιβάλλοντος παντού σε όλο τον κόσμο. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου οι εκπομπές από την κυκλοφορία ευθύνονται για περίπου το ένα τέταρτο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, περισσότεροι από 45 εκατομμύρια κάτοικοι ζουν σε απόσταση 100 μέτρων από έναν αυτοκινητόδρομο τεσσάρων λωρίδων.
Η ακριβής αξιολόγηση των εκθέσεων στη ρύπανση που σχετίζεται με την κυκλοφορία είναι ιδιαίτερα κρίσιμη, δεδομένης της πληθώρας παρατηρητικών και ελεγχόμενων μελετών που αναφέρουν συσχετίσεις μεταξύ πηγών κυκλοφορίας και πολυάριθμων δυσμενών επιπτώσεων στην υγεία. Ωστόσο, η μέτρηση των εσωτερικών, βιολογικά σχετικών εκθέσεων και των αντίστοιχων επιπτώσεων στην υγεία που σχετίζονται με τις εκπομπές κυκλοφορίας παραμένει πολύ δύσκολη, λόγω της ατομικής ευαισθησίας, του αντίκτυπου της προϋπάρχουσας κατάστασης και της πολυπλοκότητας πολυάριθμων ενδογενών οδών που μπορεί να μεσολαβούν στις αποκρίσεις. Ειδικότερα, οι συγκεκριμένοι βιολογικοί παράγοντες και οι οδοί, καθώς και ο τρόπος με τον οποίο αντιδρούν κατά την έκθεση σε μείγματα οδικής ρύπανσης είναι ελάχιστα κατανοητοί.
Με την πρόοδο στις τεχνολογίες που βασίζονται στα omics, η φασματομετρία μάζας υψηλής ανάλυσης σε συνδυασμό με υγρή χρωματογραφία, μια αναλυτική πλατφόρμα ικανή να ποσοτικοποιήσει χιλιάδες εξωγενείς τοξικές ουσίες και ενδογενείς μεταβολίτες, έχει αναδειχθεί ως ένα ισχυρό εργαλείο για τη βελτίωση της εκτίμησης εσωτερικής έκθεσης σε πολύπλοκα περιβαλλοντικά μείγματα. Για να ελέγξει εάν η μεταβολομική υψηλής ανάλυσης μπορεί να προσδιορίσει συγκεκριμένους μεταβολικούς δείκτες της πρωτογενούς οδικής ρύπανσης με επαρκή ευαισθησία και ισχυρά σήματα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Emory διεξήγαγε τη μελέτη Dorm Room Inhalation to Vehicle Emission (DRIVE), μια εντατική μελέτη 12 εβδομάδων. κατατέθηκε μελέτη που επικεντρώθηκε στην αξιολόγηση μιας πλήρους διαδρομής εκπομπής προς έκθεση της πρωτογενούς οδικής ρύπανσης.
Κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης DRIVE, μια σειρά από ρύπους που σχετίζονται με την κυκλοφορία μετρήθηκαν σε πολλαπλούς χώρους περιβάλλοντος και εσωτερικού χώρου σε διάφορες αποστάσεις από μια κύρια αρτηρία αυτοκινητόδρομου. Παράλληλα, 54 φοιτητές κολεγίου που ζούσαν σε κοιτώνες κοντά (20 m) ή μακριά (1,4 km) από τον αυτοκινητόδρομο συνεισέφεραν εβδομαδιαία δείγματα πλάσματος και σάλιου. Η ροή εργασιών της Μη στοχευμένης Μελέτης Συσχέτισης Ευρείας Μεταβολισμού (MWAS), όπου τα μεταβολικά προφίλ αναλύθηκαν χωρίς προηγούμενη γνώση της χημικής τους ταυτότητας, εφαρμόστηκε για την αξιολόγηση συσχετίσεων μεταξύ της έντασης μεταβολικών χαρακτηριστικών (δηλαδή, της σχετικής συγκέντρωσης) και των επιπέδων ρύπων που σχετίζονται με την κυκλοφορία. Τέλος, διεξήχθη περιεκτική ανάλυση μονοπατιών και χημική επικύρωση για τον εντοπισμό συγκεκριμένων μεταβολικών μοτίβων και για την περαιτέρω διερεύνηση δυνητικά βιολογικά σχετικών δεικτών για την πρωτογενή έκθεση στην κυκλοφορία.
Η μελέτη ανέφερε ότι 1.291 μοναδικά μεταβολικά χαρακτηριστικά συσχετίστηκαν σημαντικά με τουλάχιστον έναν ή περισσότερους δείκτες κυκλοφορίας, συμπεριλαμβανομένου του μαύρου άνθρακα, του μονοξειδίου του άνθρακα, των οξειδίων του αζώτου και των λεπτών σωματιδίων, μετά τον έλεγχο για σύγχυση και ψευδή ανακάλυψη. Η ανάλυση οδού των μεταβολικών χαρακτηριστικών που σχετίζονται με την έκθεση στην κυκλοφορία έδειξε την πρόκληση φλεγμονωδών και οξειδωτικών οδών που σχετίζονται με το στρες, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού του λευκοτριενίου και της βιταμίνης Ε. Επιπλέον, επιβεβαιώθηκαν οι χημικές ταυτότητες 10 μεταβολιτών που σχετίζονται με ρύπους της κυκλοφορίας, συμπεριλαμβανομένης της αργινίνης, της ιστιδίνης, του γ-λινολενικού οξέος και της υποξανθίνης.
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης υποστηρίζουν περαιτέρω τη μεταβολομική υψηλής ανάλυσης ως μια ισχυρή πλατφόρμα για την αποσαφήνιση βιολογικά σχετικών οδών που σχετίζονται με την έκθεση σε βασικούς περιβαλλοντικούς ρύπους και πηγές. Η παρατηρούμενη απόκριση ήταν σύμφωνη με την ενδογενή μεταβολική σηματοδότηση που σχετίζεται με το οξειδωτικό στρες, τη φλεγμονή και τη βλάβη και την επισκευή του νουκλεϊκού οξέος. Συλλογικά, τα τρέχοντα ευρήματα σε αυτή τη μελέτη παρέχουν υποστήριξη για τη χρήση μη στοχευμένης μεταβολομικής υψηλής ανάλυσης στην ανάπτυξη μεταβολικών βιοδεικτών έκθεσης και απόκρισης στην οδική ρύπανση. Αν και είναι εξαιρετικά ενδιαφέροντα, αυτά τα ευρήματα δικαιολογούν την επανάληψη για να στερεοποιηθεί η χρήση τους ως νέοι, συγκεκριμένοι δείκτες έκθεσης και ανταπόκρισης σε αυτήν την κρίσιμη πηγή αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
