Aangezien het aantal nieuwe chemicaliën dat in de industrie wordt gebruikt, voedsel en consumentenproducten neemt voortdurend toe, zo is de chemische afgifte aan het milieu, en de noodzaak om de schadelijke effecten van chemische mengsels te begrijpen, wordt steeds urgenter. In aanvulling, chemicaliën kunnen werken in combinatie met niet-chemische stressoren (bijv. straling, temperatuur, pH enz.) om onverwachte meervoudige stressoreffecten te veroorzaken. Hoewel de concentratie of dosis van elke afzonderlijke stressor in de omgeving laag kan zijn, het potentieel voor schadelijke effecten van het mengsel van stressoren baart onderzoekers al jaren zorgen. Niemand is tot nu toe volledig in staat geweest om de effecten van meerdere stressoren te voorspellen; maar een nieuw concept en nieuwe aanpak ontwikkeld door onderzoekers van het Noorse Instituut voor Wateronderzoek (NIVA) is waarschijnlijk een stap in de goede richting.

"Begrijpen hoe stressoren bij lage concentraties of doses op elkaar inwerken, en hoe de interactie een organisme beïnvloedt, is een enorme uitdaging geweest. Als eerste stap om hier antwoord op te geven, we hebben een aanpak ontwikkeld om de stressor-interacties op moleculair niveau te ontrafelen, ’ zegt onderzoeker You Song van het NIVA.

De aanpak is ontwikkeld door Song en collega's van het NIVA, de Noorse Universiteit voor Levenswetenschappen en de Universiteit Gent. Naast deze nieuwe aanpak, het onderzoeksteam stelde ook een nieuwe workflow voor om maximaal gebruik te maken van hoogwaardige (HC) genomische gegevens voor het begrijpen van de cocktaileffecten van omgevingsstressoren:

"De nieuwe aanpak zal het gemakkelijker maken om mogelijke interacties tussen de stressoren aan het licht te brengen. Dergelijke informatie is cruciaal voor de cumulatieve gevarenbeoordeling van chemische en niet-chemische stressoren, die de basis vormt voor cumulatieve risicobeoordeling en besluitvorming door regelgeving, ' legt Lied uit.

Blootstelling koppelen aan genen en biologische functies

Voor hun studie Song en collega's stelden Atlantische zalm bloot aan gammastraling en verarmd uranium, en ze onderzochten de effecten op genexpressie in de vissenlever. Ze ontdekten dat meer dan 3000 genen differentieel tot expressie werden gebracht in de blootgestelde vissen en waren in staat om enkele van de anders tot expressie gebrachte genen te koppelen aan bepaalde biologische functies zoals oxidatieve stressrespons, DNA-schade, carcinogenese en andere toxiciteitsroutes.

- We hebben enkele interessante bevindingen gedaan toen we de genexpressie onderzochten. Bijvoorbeeld, voor sommige genen, de combinatie van gammastraling en blootstelling aan uranium leidt tot synergetische veranderingen in genexpressie, hoewel de twee blootstellingen afzonderlijk niet leidden tot een significante verandering van hetzelfde gen, Lied legt uit.

"Bevindingen zoals deze - en alle andere gegevens die zijn verkregen uit genexpressie-analyse - zijn puzzelstukjes die we kunnen gebruiken om een ​​beter begrip te krijgen van het mechanisme achter hoe stressoren, en de interactie tussen stressoren, mogelijk leiden tot bepaalde nadelige effecten, " zegt Knut Erik Tollefsen, senior onderzoeker bij NIVA.

Van moleculen tot populatie

Ondanks veelbelovende resultaten, de door Song en collega's ontwikkelde methode kan nog steeds alleen worden gebruikt om toxische effecten op moleculair niveau te interpreteren. Maar Song gelooft dat er in de nabije toekomst betere benaderingen voor extrapolatie tussen de genomische en organismale effecten zullen worden ontwikkeld, zodat het kan worden gebruikt om de meervoudige stressoreffecten ook op organismaal of populatieniveau te voorspellen.

"Er is behoefte aan minder dierproeven in de toekomst. Gebruik van alternatieve benaderingen zoals toxicogenomics, in vitro high-throughput screening (HTS) en computationele voorspellingsmodellen tonen beloften om aan deze eis te voldoen, "You Song besluit.