Nanoplasticele de polistiren remodelează microbiomul intestinal, slăbind apărarea intestinală

Un studiu publicat recent în Nature Communications investighează modul în care nanoplasticele (NP) din polistiren afectează microambientul intestinal la șoareci, interferând cu interacțiunile gazdă-microbiotă prin modificarea profilului microARN-urilor livrate de vezicule extracelulare (EV). Lucrarea oferă o perspectivă inovatoare asupra modului în care contaminanții plastici la scară nano pot influența sănătatea intestinală prin mecanisme moleculare indirecte.
Expunerea umană la fragmente de plastic prin alimentație este în creștere, odată cu acumularea microplasticelor (MP) și nanoplasticelor (NP) în ecosistem. Aceste particule, provenite din degradarea polistirenului, polietilenei sau PVC, au fost asociate anterior cu leziuni hepatice, alterări hematopoietice și disfuncții testiculare. Studiile anterioare au arătat că MP pot induce inflamație intestinală, alterarea microbiotei și disfuncția barierei intestinale. Totuși, efectele NP, având dimensiuni mult mai mici, pot fi și mai invazive, iar mecanismele prin care afectează sănătatea intestinală sunt insuficient caracterizate.

Despre studiu

Cercetarea s-a concentrat pe efectele NP din polistiren (100 nm, 2×10¹¹ particule/șoarece) administrate oral timp de 12 săptămâni. S-a evaluat distribuția în organism, efectele asupra barierei intestinale, profilul de expresie al microARN-urilor și compoziția microbiotei intestinale.

Distribuția nanoplasticelor și efecte sistemice

Nanoplasticele s-au acumulat în cec, intestinul subțire și colon până la 48 de ore după administrare. În ciuda creșterii în greutate a șoarecilor expuși la NP (5,17 g vs. 4,03 g, p > 0,01), nu s-au observat modificări semnificative ale greutății ficatului sau ale țesutului adipos, nici ale markerilor hepatici și renali (ALT, AST, CRE, BUN).

Disfuncție de barieră și alterarea expresiei genice

Nanoplasticele au fost internalizate de celule enterocitare (Caco-2), ducând la scăderea expresiei proteinelor de joncțiune strânsă ZO-1 și occludin, crescând permeabilitatea intestinală. Analiza transcriptomică a evidențiat modificări semnificative ale genelor implicate în funcțiile metabolice și de structură celulară.

Rolul microARN-urilor

Nanoplasticele au alterat profilul de microARN intestinal. În mod particular, miR-501-3p și miR-700-5p au fost semnificativ crescute, interferând cu expresia ZO-1 și contribuind la compromiterea barierei intestinale. De asemenea, miR-700-5p a fost implicat în reducerea expresiei MUC-13, o mucină esențială pentru protecția epiteliului intestinal.

Rezultate

Efecte asupra expresiei MUC-13

Deși nivelul total de mucine (prin colorație AB-PAS) nu a fost semnificativ redus, MUC-13 a fost profund afectat de NP. Acest efect a fost confirmat prin imunohistochimie, qPCR și Western blot, atât în celule enterocitare (Caco-2), cât și în celule de tip goblet (LS174T). Transfectarea cu miR-700-5p a reprodus scăderea expresiei MUC-13, confirmând implicarea acestuia în mecanismul patogen.

Modificări ale microbiotei intestinale

După 12 săptămâni de expunere, s-au identificat 112 specii bacteriene unice în grupul NP. Diversitatea beta a fost semnificativ modificată, iar analiza compoziției a arătat:

• Scăderea Lactobacillaceae (Lactobacillus)
• Creșterea Ruminococcaceae
• Creșterea Akkermansia (benefică în context metabolic, dar cu rol ambiguu în inflamație)

NP au fost observate în bacteriile fecale prin microscopie fluorescentă, iar secvențierea a arătat că NP au fost predominant internalizate de Lachnospiraceae (42%), Porphyromonadaceae (18,9%) și Ruminococcaceae (9,3%).

Interacțiuni prin vezicule extracelulare

Nanoplasticele nu au afectat direct creșterea bacteriilor testate (Lactobacillus, Lachnospiraceae, Ruminococcaceae), sugerând un mecanism indirect. EV provenite din celulele goblet tratate cu NP au stimulat creșterea Ruminococcaceae, în timp ce EV din celule enterocitare nu au avut același efect.

EV derivate din Lachnospiraceae tratate cu NP au suprimat expresia MUC-13 în celulele goblet, indicând o cale indirectă de alterare a mediului intestinal: NP → Lachnospiraceae → EV → scădere MUC-13.

Concluzii

Acest studiu evidențiază modul complex în care nanoplasticele de polistiren perturbă homeostazia intestinală prin:

• Interferență cu expresia microARN-urilor (în special miR-700-5p și miR-501-3p)
• Alterarea veziculelor extracelulare derivate din celulele intestinale și bacterii
• Reducerea expresiei proteinelor esențiale pentru bariera intestinală (ZO-1, MUC-13)
• Modificarea selectivă a compoziției microbiotei, cu creșterea disproporționată a unor specii precum Ruminococcaceae

Impactul nu este rezultat al unei toxicități directe asupra bacteriilor, ci al unei perturbări a comunicării gazdă-microbiotă prin EV și microARN.

Implicații

Aceste constatări sugerează un risc major al expunerii cronice la nanoplastice, chiar și în concentrații moderate. Disfuncțiile barierei intestinale și dezechilibrul microbiotei pot fi factori de risc pentru inflamație cronică, boli metabolice și afecțiuni neurologice.

Pe termen lung, acest tip de poluare microscopică ar putea avea implicații serioase pentru sănătatea umană și ecologică. Studiul oferă o bază solidă pentru dezvoltarea de politici de reducere a expunerii la plastic și de evaluare a riscurilor nanoecologice.