Ozonverschmutzung stört Gene, die den Tagesrhythmus steuern

Wenn die Sonne auf- und untergeht, entfaltet sich in unserem Körper eine Symphonie biologischer Prozesse, die von internen Zeitmessern, den sogenannten zirkadianen Uhren, choreografiert werden. Diese zirkadianen Rhythmen sind wichtig für die Aufrechterhaltung verschiedener interner biologischer Zyklen, die verschiedene physiologische Prozesse wie Stoffwechsel, Immunität und Entzündungen regulieren. Wenn der zirkadiane Rhythmus gestört ist, kann dies zu gesundheitsschädlichen Auswirkungen, einschließlich einer erhöhten Anfälligkeit für Krankheiten, führen.

In einem aktuelle wissenschaftliche Studie veröffentlicht in Fortgeschrittene BiologieWissenschaftler haben neue Erkenntnisse über die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Gene gewonnen, die den zirkadianen Rhythmus steuern (gemeinhin als „Uhr-Gene“ bezeichnet), und die nachgeschalteten physiologischen Effekte, die auf einen Zusammenhang mit Entzündungen schließen lassen, die nach der Exposition in der Lunge auftreten.

Die Studie befasste sich mit Ozon, einem häufigen Umweltschadstoff, der hauptsächlich durch Fahrzeugabgase und industrielle Aktivitäten entsteht und für seine Wirkung bekannt ist schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Atemwegeinsbesondere bei Personen mit Asthma.

„Das Verständnis, wie sich die Gene und Proteine ​​verhalten, die die zirkadiane Uhr in der Lunge regulieren, könnte Aufschluss über den unbekannten Mechanismus geben, der durch Umwelteinflüsse verursachte Lungenschäden kontrollieren kann“, sagte Isaac Sundar, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Innere Medizin der Universität Kansas Medical Center und Erstautor der Studie.

Die Ergebnisse sind besonders faszinierend, da die Studie einen unterschiedlichen Grad der Anfälligkeit zwischen den Geschlechtern feststellte. „Unsere Studie zeigt zum ersten Mal, dass es bei der Einwirkung von Luftschadstoffen wie Ozon zu Veränderungen in der Lunge kommt, die bei weiblichen und männlichen Mäusen ganz unterschiedlich sind“, sagte Sundar. „Konkret hängen die von uns beobachteten Veränderungen mit den Genen der zirkadianen Uhr zusammen [suggesting] dass die Lunge je nach Tageszeit unterschiedlich auf Umwelteinflüsse reagieren kann.“

Ozon und zirkadianer Rhythmus

Viele frühere Studien haben gezeigt, dass Ozoneinwirkung Entzündungen in der Lunge auslöst, aber diese jüngsten Erkenntnisse liefern einen entscheidenden Zusammenhang, der darauf schließen lässt, dass der zirkadiane Rhythmus an diesem Mechanismus beteiligt sein könnte. „Obwohl wir nicht wissen, wie sich diese beiden Faktoren gegenseitig beeinflussen, wissen wir aus der vorhandenen Literatur, dass zirkadiane Rhythmen zelluläre Prozesse wie Entzündungen regulieren können [and it] hat uns motiviert, diese Forschung zur Ozonbelastung bei Mäusen fortzusetzen“, erklärte er.

Die Forscher überwachten die Wirkung der Ozonexposition auf die Uhrgene, die in Lungenzellen von Mäusen aktiviert oder gehemmt wurden.

Sowohl nach Langzeit- als auch nach Kurzzeitexposition beobachteten sie Veränderungen im Zusammenhang mit einer Fehlregulation der Clock-Genexpression, indem sie die mRNA-Spiegel in Zellen überwachten, die mit der Proteinproduktion und Zellfunktion zusammenhängen. In fast allen Teilen der Lunge, vom Strukturgewebe bis zu den Immunzellen, beobachteten sie diese Veränderungen, die überraschenderweise bei den weiblichen Mäusen stärker ausfielen.

„Arbeiten an experimentellen Modellen (Nagetieren) haben gezeigt, dass weibliche Hormone die Lunge als Reaktion auf Ozonexposition dazu bringen, mehr Entzündungsmediatoren zu erzeugen, eine evolutionäre Anpassung, um Frauen vor Infektionen zu schützen“, sagte Patricia Silveyra, Fakultätsmitglied des Flaggschiff-Campus der Indiana University -Bloomington von der School of Public Health und Hauptautor der Studie. „Allerdings löst die Umweltverschmutzung tendenziell Reaktionen aus, die dem ähneln, was bei einer Infektion passiert, sodass sie letztendlich die Lunge schädigt, anstatt sie zu schützen.“

Während die Ergebnisse den komplizierten möglichen Zusammenhang zwischen Ozonexposition, Lungenentzündung und Störungen der Clock-Genexpression verdeutlichen, wurden die Experimente an Mäusen bei hohen Expositionsniveaus durchgeführt, denen man möglicherweise nicht täglich begegnet, und es könnte schwierig sein, ähnliche Experimente zu wiederholen Menschen.

„Bei der Environmental Protection Agency wurden einige Studien durchgeführt, bei denen Menschen in eine Kammer gebracht und aufgefordert werden, auf einem Laufband oder einem Heimtrainer zu trainieren, wobei kontrollierte Mengen Ozon in die Luft freigesetzt werden [and] Diese Studien werden verwendet, um die Grundlage für Ozon-Umweltstandards zu schaffen“, erklärte Silveyra.

„Normalerweise untersuchen diese Studien Lungenfunktionsveränderungen bei Probanden, die freiwillig teilnehmen, und es werden auch Proben aus ihren Lungen entnommen“, fuhr sie fort. „Mit Genehmigung ist es möglich, auf diese Proben zuzugreifen, sodass wir diese Studien durchführen können [the same conducted in mice]aber wir müssen sicherstellen, dass die Probanden zu unterschiedlichen Tageszeiten Ozon ausgesetzt waren, was normalerweise nicht der Fall ist.“

„[Moreover] Zukünftige Studien mit präklinischen Modellen werden sich mit dem Grund für den beobachteten Unterschied im Grad der Anfälligkeit zwischen Frauen und Männern befassen. Männer werden Ozon ausgesetzt“, fügte sie hinzu.

Bekämpfung der erhöhten Schadstoffbelastung

Analyse von Luftqualitätsdaten Untersuchungen aus über 8.600 menschlichen Siedlungen in mehr als 120 Ländern ergaben, dass nahezu die gesamte Weltbevölkerung einer Luftverschmutzung ausgesetzt ist, die die von der Weltgesundheitsorganisation festgelegten Luftqualitätsgrenzwerte überschreitet und eine erhebliche Gefahr für die langfristige Gesundheit darstellt.

Studien wie diese verdeutlichen, wie wichtig es ist, auf strengere Vorschriften zu drängen und dass Regierungen Maßnahmen ergreifen. Zum Beispiel durch die Ausweitung der Fußgänger- und Fahrradzonen in Städten und das Verbot von Dieselmotoren, Investitionen in öffentliche Verkehrsmittel und Infrastrukturen sowie die Förderung schadstoffarmer Fortbewegungsmittel wie Fahrräder oder Elektrofahrzeuge.

Aber was können wir kurzfristig tun, um unsere Gefährdung zu minimieren?

„Längere Sonneneinstrahlung und mehr Fahrzeuge auf der Straße können zu einer übermäßigen Ozonbildung führen. Die Auswirkungen sind normalerweise tagsüber schlimmer, und unserer Studie zufolge könnte die Lunge auch morgens anders reagieren als am Abend. Abende“, erklärte Sundar.

„Eine Möglichkeit, die schädlichen Auswirkungen von Ozon zu verhindern, besteht darin, die Aktivitäten im Freien während des Tages einzuschränken“, fügte er hinzu und empfahl, dass beispielsweise Läufer mit Asthma oder anderen chronischen Atemwegserkrankungen, die anfälliger für Ozonbelastung sind, über ein Training im Freien nachdenken sollten Morgens vor 10 Uhr oder nach 19 Uhr und vorzugsweise in Gegenden ohne viel Verkehr.“

In einer Welt, in der Luftverschmutzung eine erhebliche Bedrohung für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden darstellt, ist es von entscheidender Bedeutung, den Zellstoffwechsel zu verstehen, der nach Exposition zu Lungenentzündungen führt. Da weitere Forschungen die Komplexität dieser Mechanismen offenbaren, ist es unerlässlich, dass Regierungen, politische Entscheidungsträger und Einzelpersonen ihre Kräfte bündeln, um die Umweltverschmutzung zu bekämpfen, unsere Atemwegsgesundheit zu schützen und eine sauberere und gesündere Zukunft für alle anzustreben.

Referenz: Isaac Sundar et. al., Akute und wiederholte Ozonexpositionen wirken sich unterschiedlich auf die Genexpression der zirkadianen Uhr bei Mäusen aus, Fortgeschrittene Biologie (2023). DOI: 10.1002/adbi.202300045

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