8 Minutės
Stranded dolphins and a troubling neurotoxin link
Toxic cyanobacterial blooms may be driving dolphins to strand themselves by causing Alzheimer’s-like brain damage.
Masinės delfinų išmetimo į krantą ir atskiri paplūdimiuose randami asmenys ilgą laiką kelia iššūkius jūrų mokslininkams ir gelbėtojams. Nauji tyrimai dabar sieja daugumą šių paslaptingų įvykių su neurodegeneraciniais pokyčiais delfinų smegenyse, kurie labai primena žmonių Alzheimerio ligą. Tyrimas rodo, kad ilgai išliekantys cianobakterijų neurotoksinai – junginiai, kurių koncentracijos jūrų maisto grandinėse didėja šiltesniems vandenims ir maistinių medžiagų teršimui esant – gali būti pagrindinė prarastos orientacijos, pažinimo blogėjimo ir paplūdimio įvykių priežastis vėžliams būdingų (bottlenose) delfinų populiacijose.
Tyrėjai surinko smegenis iš 20 vėžlių delfinų (Tursiops truncatus), rastų pakrantėje prie Florida Indian River Lagoon, ir jas išanalizavo dėl cianobakterijų toksinų bei patologinių neurodegeneracijos žymenų. Rezultatai parodė padidėjusias BMAA (β-N-metilamino-L-alanino), 2,4-diaminobutyro rūgšties (2,4-DAB) ir kitų aminorūgščių analogų koncentracijas. Delfinai, surinkti per intensyvius cianobakterijų žydėjimo periodus, turėjo žymiai didesnį toksinų krūvį – vienoje grupėje nustatyta iki 2 900 kartų daugiau 2,4-DAB palyginti su delfinais, rastais ne žydėjimo metu – kartu su Alzheimerio panašios patologijos žymenimis, tokiais kaip β-amyloido plokštelės, hiperfosforilintas tau baltymas ir TDP-43 inkliuzijos.
Scientific background: cyanobacteria, BMAA and neurodegeneration
Cianobakterijos (dažnai vadinamos mėlynai žaliomis dumbliais) klesti šiltesniuose, maistinėmis medžiagomis praturtintuose vandenyse, kuriuos veikia žemės ūkio nuotėkiai, nuotekos ir klimato kaita. Daugelis cianobakterijų rūšių gamina neurotoksinius junginius, tokius kaip BMAA, 2,4-DAB ir kiti cheminiai analogai. Šie toksinai gali išlikti akvatorijoje ilgą laiką, sąveikauti su baltymais ir bioakumuliuotis organizmuose, kylant maisto grandinėmis į aukštesnius trofinius lygius, įskaitant žuvis, moliuskus ir jūrų žinduolius.
Biocheminiame ir molekuliniame lygmenyje BMAA ir kiti analogai gali būti neteisingai įterpti į baltymus arba sulaužyti baltymų sintezės kokybę, skatindami baltymų nesklandumų kaupimąsi, oksidacinį stresą ir mitochondrijų funkcijos sutrikimus. Tokie procesai laboratorinėse sąlygose priskiriami neuronų mirtims ir sinapsinių tinklų degradacijai, o epidemiologiniai duomenys iš žemių, kur žmonės turi aukštą ekspoziciją cianobakterijų toksinams, rodo susijusią neurologinę patologiją.
Key cyanobacterial toxins and mechanisms
- BMAA (β-N-methylamino-L-alanine): associated with protein misfolding and neuronal damage in laboratory studies. BMAA gali kauptis audiniuose, sąveikauti su gliukoze priklausoma metabolizmo eiga ir skatinti tau bei amyloidinių baltymų neteisingą agregaciją.
- 2,4-DAB (2,4-diaminobutyric acid): a chemically related neurotoxin detected in high concentrations in affected dolphin brains. 2,4-DAB cheminis profilis reiškia, kad jis gali imituoti įprastas aminorūgštis, įterptis į baltymus ir sutrikdyti nervinių ląstelių homeostazę.
- AEG (N-2-aminoethylglycine): another analogue found in marine samples. AEG ir kiti analogai kartais identifikuojami kartu su BMAA/2,4-DAB ir gali turėti synergistinį ar papildomą poveikį neuronuose.
Eksperimentiniai modeliai ir epidemiologiniai tyrimai tarp populiacijų, turinčių didelę cianobakterijų ekspoziciją (pvz., kai kurios bendruomenės Guame), sieja šiuos junginius su didesne neurodegeneracinių ligų rizika, įskaitant neteisingai susiformavusių tau ir amyloidinių baltymų kaupimąsi. Jūrų žinduoliuose – delfinuose, ruonėse ir kituose gyvūnuose – panašios molekulinės ir ląstelinės reakcijos gali nulemti pažinimo funkcijų praradimą, orientacijos sutrikimus ir padidintą tikimybę išsiskirti ar įstrigti prie krantų. Be to, išsamesnė bioakumuliacija maisto grandinėje reiškia, kad ilgalaikės ir nuolatinės žemos dozės ekspozicijos gali būti ypač pavojingos.
Study findings, methods and implications
Daugiainstitucinis tyrimas, kuriam vadovavo Hubbs-SeaWorld Research Institute, The Blue World Research Institute, University of Miami Miller School of Medicine, Brain Chemistry Labs ir Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science, naudojo chemines analizės metodikas, neuropatologiją ir transkriptomikos tyrimus įvertinti delfinų smegenų būklei. Tyrėjai taikė pažangias masinės spektrometrijos technikas, chromatografiją ir imuninio žymėjimo metodus, kad identifikuotų toksinus bei Alzheimerio tipo patologinius žymenis, taip pat sekė genų raiškos modelius, kurie gali atspindėti degeneracinius procesus.
Be didelių toksinų koncentracijų, mokslininkai nustatė 536 genus, kurių ekspresijos modeliai atitiko neurodegeneracinių ligų profilius. Tokie genomikos duomenys sustiprina nuogąstavimus, kad patologija yra plataus masto ir sisteminė, o ne vienkartinės traumos ar infekcijos rezultatas. Dėl tokio genų pasikeitimo matomi sutrikimai apima uždegiminių signalų aktyvaciją, mitofagijos ir sinapsinės funkcijos sutrikimus, o tai atitinka hipotezę apie progresuojančius pažinimo ir motorikos deficitus delfinų populiacijose.
Dr. David Davis iš University of Miami Miller School of Medicine pažymėjo: "Kadangi delfinai laikomi aplinkos sentinelių rūšimi dėl jų jautrumo toksiškų poveikių jūroje, kyla susirūpinimas dėl galimo poveikio žmonių sveikatai, susijusios su cianobakterijų žydėjimais." Tyrime taip pat citatuojamas Dr. Paul Alan Cox iš Brain Chemistry Labs: "Guamo kaimelių gyventojų atvejais ekspozicija cianobakterijų toksinams, regis, prisidėjo prie neurologinės ligos išsivystymo." Šie teiginiai pabrėžia paralelines rizikas žmonių bendruomenėms, kurios priklauso nuo užterštų vandenų arba jūrų produktų vartojimo.
Ekologiškai, delfinai yra viršiniai plėšrūnai ir veiksmingi bioindikatoriai: didelis toksinų kiekis jų audiniuose signalizuoja platesnį kontaminacijos problemų tinklą, kuris gali paveikti žvejybą, turizmą ir visuomenės sveikatą. Esant šiltesniam klimatui ir didesniam maistinių medžiagų nuotėkiui, cianobakterijų žydėjimo dažnis ir trukmė didėja – tai ypač matoma Pietų Floridos vandens kelius paveikiančiuose procesuose, kur Okeechobee ežero išleidimai sustiprina žydėjimus St. Lucie upėje ir Indian River Lagoon.
Mitigation, monitoring and future research
Sprendžiant šią kylančią grėsmę būtinas integruotas požiūris, apimantis aplinkos valdymą, mokslinius tyrimus ir visuomenės sveikatos stebėseną. Tolimesnė veikla turėtų sutelkti dėmesį į prevenciją, ankstyvą aptikimą ir veiksmingas intervencijas, kad būtų sumažintas cianobakterijų žydėjimų poveikis jūrų ekosistemoms ir žmogaus bendruomenėms.
- Strengthening nutrient-management policies to reduce agricultural and sewage inputs. Politiniai sprendimai ir vietinės praktikos, skirtos sumažinti azoto ir fosforo nuotėkius, yra kertiniai prevencijos aspektai, ypač kaimynystėse, kur intensyvus žemės ūkis ir netvarkingos nuotekos prisideda prie eutrofikacijos.
- Expanding marine toxin monitoring programs, especially in estuaries and coastal fisheries. Plėtra stebėjimo tinkluose, įskaitant reguliarius mėginių ėmimus iš vandens, dumblų, žuvų ir jūrų žinduolių audinių, padės anksti nustatyti toksinų pokyčius ir informuoti žvejybos bei visuomenės sveikatos priežiūros sprendimus.
- Longitudinal health surveillance of sentinel species (dolphins, seabirds) and affected human communities. Ilgalaikė veterinarinė ir medicininė priežiūra, įskaitant neurologinius tyrimus ir biomarkerių analizę, gali atskleisti lėtinius poveikius ir padėti sukurti prognozavimo modelius.
- Laboratory studies to clarify dose–response relationships between chronic low-level exposure to BMAA/2,4-DAB and progressive neurodegeneration. Laboratoriniai tyrimai su gyvūnų modeliais ir ląstelių kultūromis yra būtini tam, kad būtų nustatyti saugios ribos ir suprasti, kaip pasikartojanti žema ekspozicija gali lemti ilgalaikį smegenų pažeidimą.
Technologijos, tokios kaip palydovinė nuotolinė stebėsena žydėjimo aptikimui, pažangi masinė spektrometrija toksinų kiekiui nustatyti ir genominis profilavimas ankstyviems ligos žymenims, bus itin svarbios ryšio tarp aplinkos sąlygų ir biologinių pasekmių nustatymui bei taikytų apsaugos priemonių vertinimui. Be to, tarptautinis duomenų dalijimasis ir standartizuoti tyrimo protokolai pagerintų palyginamus rizikos vertinimus įvairiose geografinėse vietovėse.
Expert Insight
"Marine mammals provide an early warning system for ecosystem health," says Dr. Elena Martín, a marine toxicologist and science communicator. "When we see converging evidence—chemical, pathological, and genetic—that points to neurodegeneration driven by cyanobacterial toxins, it elevates the concern for coastal communities, fisheries, and biodiversity. Rapid monitoring and policy actions to reduce nutrient pollution are practical steps with immediate benefits for both ocean and human health."
Ekspertų nuomonės pabrėžia, kad delfinai ir kiti jūrų gyvūnai yra ne tik klinikiniai atvejai, bet ir gyvosios aplinkos indikatoriai, leidžiantys anksčiau identifikuoti rizikas. Tai svarbu ne tik mokslininkams, bet ir vietos valdžios institucijoms, žvejams, turizmo sektoriams ir sveikatos priežiūros paslaugų teikėjams, kurie turi bendradarbiauti rengiant veiksmingas prevencines strategijas.
Conclusion
Tyrimas, publikuotas žurnale Communication Biology, atkreipia dėmesį į nerimą keliančią grandinę, per kurią klimato kaita ir maistinių medžiagų tarša gali tiesiogiai sukelti neurologinę žalą jūrų žinduoliams ir galimai žmonėms. Pripažinti cianobakterijų neurotoksinus kaip reikšmingą aplinkos rizikos veiksnį Alzheimerio tipo patologijai pabrėžia koordinuoto stebėjimo, taršos mažinimo politikos ir tolesnių tyrimų apie lėtinę toksinų ekspoziciją bei neurodegeneraciją svarbą. Apsaugodami pakrančių vandenis ir ribodami maistinėms medžiagoms pagrįstą eutrofikaciją, mes mažiname bioakumuliacinių neurotoksinų grėsmę, saugome laukinę gamtą ir visuomenės sveikatą bei išsaugome jūrų biologinę įvairovę ateities kartoms.
Šaltinis: sciencedaily
Palikite komentarą