Пластмассы были открыты в 1950 году и с тех пор остаются одними из самых широко используемых материалов в мире. Повышенный спрос на пластик привел к накоплению этих материалов на свалках и в океанах, в результате чего пластиковое загрязнение стало серьезной экологической угрозой, затрагивающей все экосистемы.

Исследование:  Микропластик: что происходит в пищеварительном тракте человека? Первые данные у взрослых с использованием моделей кишечника in vitro . Изображение предоставлено: Лучио Пепе / Shutterstock.com

Фон

Пластмассы подвергаются естественному выветриванию в окружающей среде, в ходе которого они превращаются в мелкие частицы.

Микропластики (МП) представляют собой небольшие полимерные матрицы размером от одного микрометра (мкм) до пяти миллиметров (мм) в диаметре. MP представляют собой нерастворимые вещества правильной или неправильной формы, которые иногда производятся добровольно или высвобождаются из-за выветривания и фрагментации пластика.

MP попадают в пищевую цепочку благодаря своему присутствию во многих продуктах питания и питьевой воде. Несколько исследований подтвердили наличие МЧ в крови, кале и тканях толстой кишки человека. Однако, несмотря на эти наблюдения, очень мало исследований оценивали судьбу MP в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека.

После приема внутрь МП сталкиваются с желудочно-кишечным барьером, состоящим из кишечного эпителия и слизи. Кроме того, MP взаимодействуют с микробиотой кишечника, составляя сложное и разнообразное сообщество микробов, включая бактерии, грибы, археи, простейшие и вирусы. Вязкоупругий гель слизистого слоя является первой линией химической, физической и биологической защиты, защищающей кишечный эпителий. 

Микробиота кишечника также играет важную роль в регуляции иммунитета хозяина и метаболизме токсинов, лекарств и ксенобиотиков. Кроме того, эти микроорганизмы также связаны с расщеплением непереваренной пищи и производством вторичных метаболитов, таких как короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), лиганды арилуглеводородного рецептора (AhR), летучие органические соединения (VOC) и газ.

Лиганды AhR и SCFAs ответственны за поддержание целостности межклеточных плотных контактов в кишечном эпителии. Установлена ​​прочная связь между микробной активностью кишечника и эффективным сохранением барьерной функции кишечника.

Несколько моделей in vivo выявили различные эффекты МЧ, которые зависят от их размера, формы, типа полимерной матрицы, продолжительности воздействия, поверхностного заряда и способа введения. Некоторые из этих эффектов включают изменения характера секреции слизи и микробный дисбактериоз. 

Об исследовании

В недавнем  исследовании Journal of Hazardous Materials  исследователи выдвинули гипотезу о том, что воздействие полиэтиленовых (PE) MP может повлиять на желудочно-кишечный тракт взрослого человека  in vitro  в реальных условиях. Исследователей особенно интересовало определение взаимодействий, возникающих между кишечным микробиомом и PE MP.

Kyolic, Kyo-Dophilus, ежедневный пробиотик, 180 капсул

Влияние воздействия PE MP на метаболическую активность человека и состав микробиоты кишечника было проанализировано после того, как участники ежедневно в течение двух недель подвергались воздействию дозы 21 мг / день.

Всего в текущем исследовании приняли участие четыре здоровых взрослых добровольца. Также использовалась модель искусственной толстой кишки слизистой оболочки in vitro (M-ARCOL).

Модель M-ARCOL представляет собой одноступенчатую систему ферментации, которая имитирует средние микробные и физико-химические параметры толстой кишки человека. Эта модель включает как просветную, так и слизистую микробиоту через внешний компартмент муцин-альгинатных шариков.

Как человеческий Caco-2, так и клетки кишечника HT29-MTX, секретирующие слизь, инкубировали с люминальными супернатантами M-ARCOL, полученными после двухнедельного воздействия.

В совокупности текущий анализ обеспечил более глубокое понимание эффектов MP, таких как проницаемость, цитотоксичность и воспаление, на кишечный эпителий и слизь.

Результаты исследования

Исходная фекальная микробиота, использованная для инокуляции M-ARCOL, демонстрировала значительные межиндивидуальные вариабельности. Кроме того, эти вариации сохранялись на протяжении всего эксперимента in vitro  .

Все участники, подвергшиеся воздействию PE MP, наблюдали значительное изменение микробного разнообразия. Обнаружена тенденция к увеличению, связанная с α-разнообразием люминальной микробиоты. В дополнение к индивидуальной вариабельности сообщалось об аналогичных эффектах, связанных с просветом и микробиотой, связанной со слизью. 

После воздействия PE MP наблюдались повышенные уровни Desulfovibrionaceae , Dethiosulfovibrionaceae и Enterobacteriaceae , наряду со снижением Christensenellaceae и Akkermansiaceae . Последние две группы связаны со здоровым состоянием человека.

Некоторые изменения в микробных структурах были аналогичны микробному разнообразию у людей, страдающих синдромом раздраженного кишечника (СРК) или воспалительными заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Воздействие MP полиэтилентерефталата (ПЭТ) также уменьшило количество Bacteroidota в отделах толстой кишки у трех доноров. У одного участника наблюдалось увеличение Desulfobacterota . 

Влияние PE MP на выработку газа, SCFAs и VOC не выявило существенной разницы между контрольной и обработанной группами. Однако увеличение уровней индола, 3-метил- и скатола после воздействия PE MP предполагает возможность опосредованной микробиотой дисрегуляции желудочно-кишечного тракта, что требует дальнейшего изучения.

Наблюдалось снижение активности AhR, связанное с микробиотой кишечника, подвергшейся воздействию PE-MP. Аналогичные результаты были также получены у лиц с ВЗК и глютеновой болезнью. В настоящем исследовании подчеркивается, что кишечные клетки, подвергшиеся воздействию полиэтилена двух размеров, существенно не снижали жизнеспособность клеток; однако они индуцировали окислительный стресс.

Выводы

В текущем исследовании изучалось влияние ежедневного воздействия PE MP на желудочно-кишечный тракт взрослого человека. С этой целью было обнаружено, что влияние PE MP на микробиоту слизистой оболочки кишечника и слизистую оболочку кишечника зависит от индивидуальных характеристик.

В будущем необходимы дополнительные исследования, чтобы охарактеризовать специфическую «кишечную пластисферу» с точки зрения состава и метаболизма.