Wanneer ze in een laboratorium worden blootgesteld aan vervuilingsniveaus die vergelijkbaar zijn met die in de atmosfeer van het Amazonegebied tijdens het bos- en gewasverbrandingsseizoen, menselijke longcellen lijden ernstige DNA-schade en stoppen met delen. Na 72 uur blootstelling, meer dan 30 procent van de gekweekte cellen is dood. De hoofdschuldige lijkt retene te zijn, een chemische verbinding die behoort tot de klasse van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's). Deze resultaten zijn gerapporteerd door een groep Braziliaanse onderzoekers in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

"We hebben geen informatie gevonden over de toxiciteit van reteen in de wetenschappelijke literatuur. Ik hoop dat onze bevindingen dienen als een stimulans voor verder onderzoek en voor het reguleren van milieuconcentraties van reteen door gezondheidsorganisaties, " zei Nilmara de Oliveira Alves Brito, eerste auteur van het artikel.

"Toen ik mijn masteronderzoek deed bij UFRN, Ik merkte op dat blootstelling van longcellen aan dit fijnstof, uitgestoten door biomassaverbranding, leidde tot mutaties in het DNA van longcellen, " zei Alves Brito. "Deze meer recente studie was bedoeld om de mechanismen te onderzoeken waardoor dit gebeurt."

Methodologie

De eerste stap, ze legde uit, bestond uit het bepalen van de concentratie van verontreinigende stoffen die in de laboratoriumexperimenten moest worden gebruikt om de blootstelling na te bootsen die wordt geleden door mensen die leven in gebieden met een sterk veranderend landgebruik en plantenbedekking die bekend staat als de "ontbossingsboog"-500, 000 vierkante kilometer die zich westwaarts uitstrekt van oost en zuid Pará tot Mato Grosso, Rondônia en Akko.

Met behulp van wiskundige modellen, de onderzoekers berekenden het vermogen van de menselijke long om fijnstof in te ademen op het hoogtepunt van het verbrandingsseizoen en het percentage verontreinigende stoffen dat wordt afgezet in longcellen. "Op basis van deze theoretische massa, we bepaalden de te testen concentratieniveaus met behulp van gekweekte cellen, ' zei Alves Brito.

De in vitro gebruikte verontreinigende stoffen zijn verzameld in een natuurgebied in de buurt van Porto Velho, Rondônia tijdens het brandseizoen, die piekt in september en oktober.

"De monsters zijn verzameld met een apparaat dat lucht aanzuigt en fijne deeltjes met een diameter van minder dan 10 micrometer in een filter afzet. We waren geïnteresseerd in het bestuderen van deze zeer fijne deeltjes omdat ze klein genoeg zijn om de longblaasjes in de longen binnen te dringen. , ' zei Alves Brito.

Volgens professor Paulo Artaxo van de Universiteit van São Paulo, de filters zijn kort na het verzamelen van het fijnstof ingevroren omdat de organische verbindingen die in de vervuilingspluim worden aangetroffen zeer vluchtig zijn. "Dit materiaal werd verscheept naar São Paulo en verdund in een voedingsoplossing, die vervolgens werd toegepast op de celculturen, " zei hij. "Het aandeel van de gebruikte verontreinigende stoffen was hetzelfde als dat in de lucht die werd ingeademd door de inwoners van Porto Velho."

De met de oplossing behandelde gekweekte cellen werden vergeleken met een groep controlecellen, die alleen het oplosmiddel ontving dat werd gebruikt om verontreinigende stoffen uit de filters te halen. Het doel was om te bevestigen dat eventuele nadelige effecten werden veroorzaakt door de fijnstof en niet door het oplosmiddel.

Onmiddellijk effect

In de allereerste momenten van blootstelling, de longcellen begonnen grote hoeveelheden pro-inflammatoire moleculen te produceren. Ontsteking werd gevolgd door een toename van de afgifte van reactieve zuurstofspecies (ROS), stoffen die oxidatieve stress veroorzaken. Grote hoeveelheden ROS veroorzaken schade aan celstructuren.

"Om de paden te begrijpen die oxidatieve stress induceerden, we analyseerden de celcyclus en ontdekten dat deze werd aangetast door een toename van de expressie van eiwitten zoals P53 en P21. De cellen stopten met repliceren, wat suggereerde dat er DNA-schade optrad, ' zei Alves Brito.

De onderzoekers voerden specifieke tests uit om genetische schade te bevestigen. Op basis van hun observatie van verhoogde expressie van het eiwit LC3 en andere specifieke markers, ze ontdekten ook dat de cellen een proces van autofagie ingingen waarbij ze hun eigen interne structuren afbraken.

"Al deze schade werd waargenomen in slechts 24 uur blootstelling, "Alves Brito zei. "Naarmate de tijd verstreek, de genetische schade nam toe, en de cellen gingen een proces van apoptose en necrose in." Terwijl slechts 2 procent van de controlecellen na 72 uur aan necrose was gestorven, in de cultuur behandeld met verontreinigende stoffen, celsterfte bereikte 33 procent.

"Niet alle cellen sterven, maar de overlevenden lijden aan DNA-schade, die hen vatbaar kunnen maken voor de ontwikkeling van kanker in de toekomst, ' zei Alves Brito.

Voordat u begint met het experiment met gekweekte cellen, Alves Brito en medewerkers hebben een analyse gemaakt van de stoffen die aanwezig zijn in het fijnstof dat wordt verzameld in het Amazonegebied. Ze identificeerden de aanwezigheid van meerdere PAK's, waarvan velen bekend zijn dat ze kankerverwekkend zijn. De resultaten van deze analyse werden in 2015 gepubliceerd in het tijdschrift Atmosferische omgeving .

"We zagen dat de meest voorkomende PAK retene was, " zei Alves Brito. "Daarom hebben we besloten om het experiment te herhalen met de cellen die deze stof afzonderlijk gebruiken, maar in dezelfde concentratie als die in de fijnstof. We zagen dat alleen retene ook DNA-schade en celdood veroorzaakte."

Volgens Artaxo, het afsterven van grote aantallen longcellen in een levend organisme kan leiden tot ademhalingsproblemen en zelfs tot ernstige ziekten zoals longemfyseem.

"In een eerder onderzoek toonden we aan dat de afname van de ontbossing van 27, 000 km2 in 2004 tot 4, 000 km2 vermeden in 2012 de dood van minstens 1 700 mensen aan ziekten die verband houden met vervuiling, "zei hij. "Vreemd genoeg, de meeste van deze sterfgevallen zouden niet hebben plaatsgevonden in de Amazone, maar in het zuiden van Brazilië vanwege het langeafstandstransport van verontreinigende stoffen en ook vanwege de hogere bevolkingsdichtheid in de regio."

Wereldwijde relevantie

Hoewel retene niet wordt uitgestoten bij de verbranding van fossiele brandstoffen, de belangrijkste bron van vervuiling in de stedelijke gebieden van Brazilië, de onderzoekers zeggen dat deze verbinding kan worden gevonden in de atmosfeer in São Paulo en andere steden, waarschijnlijk door de verbranding van suikerriet en andere soorten biomassa op nabijgelegen boerderijen.

In het artikel, de onderzoekers merken op dat hoewel het meeste onderzoek naar blootstelling aan luchtvervuiling zich richt op de rol van fossiele brandstoffen bij luchtvervuiling, wereldwijd worden ongeveer 3 miljard mensen blootgesteld aan luchtverontreiniging door de verbranding van biomassa, met inbegrip van het gebruik van hout of steenkool als brandstof in kookfornuizen of huisverwarming, evenals van ontbossing en landbouwpraktijken. Bovendien, voegen de auteurs toe, wereldwijd ongeveer 7 miljoen doden, of één op de acht doden, als gevolg van blootstelling aan luchtverontreiniging, Dat blijkt uit een rapport van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) in 2012.

"De combinatie van bosbranden en menselijke bewoning heeft de verbranding van biomassa tot een ernstige bedreiging voor de volksgezondheid gemaakt. De meeste bosbranden vinden plaats in de ontbossingsboog, rechtstreekse gevolgen voor meer dan 10 miljoen mensen in het gebied. Veel studies hebben ernstige effecten op de menselijke gezondheid vastgesteld, zoals een verhoogde incidentie van astma, morbiditeit en mortaliteit, vooral bij de meest kwetsbare bevolkingsgroepen zoals kinderen en ouderen, ’ merken de auteurs op.