Projekti / Programi
Citotoksično in genotoksično delovanje cianobakterijskih toksinov; in vitro raziskave učinkov za onesnaženo okolje značilnih koncentrac
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B220 |
Biomedicinske vede |
Genetika, citogenetika |
onesnaženje, cianobakterijski toksin, mikrocistin, nodularin, genotoksičnost, oksidativen stres, apoptoza, genomika, izražanje genov
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
20767 |
dr. Bojana Žegura |
Biologija |
Vodja |
2008 - 2009 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Pojavljanje toksičnih cianobakterij in njihovih toksinov v površinskih vodah, ki se uporabljajo kot vir pitne vode in v rekreacijske namene, dobiva vse večjo pozornost širom po svetu, saj predstavlja potencialno nevarnost za zdravje. Najpogostejši cianobakterijski toksini, ki se pojavljajo v cvetu sladkih in brakičnih vod, so ciklični peptidi iz družin mikrocistinov (MC) in nodularinov (NOD). Primarni mehanizem delovanja hepatotoksičnih MC in NOD je inhibicija forfoprotein fosfataz 1 in 2A, rezultat česar je hiperfosforilacija proteinov. MC so znani promotorji tumorjev, medtem ko imajo NOD tako iniciatorsko kot tudi promotorsko aktivnost. Pred kratkim so v študijah opisali, da je poleg inhibicije fosfataz tudi oksidativen stres vpleten v hepatotoksično delovanje MC in NOD. Vendar pa točen mehanizem njunega delovanja ni popolnoma poznan.
V številnih državah kot tudi v Sloveniji se pripravljajo smernice, katerih namen je zaščita ljudi pred škodljivimi vplivi cianobakterijskih toksinov. Svetovna znanstvena organizacija je leta 1998 priporočila dopustno koncentracijo v pitni vodi le za cianobakterijski toksin mikrocistin-LR (MCLR), ki znaša 1 μg/L. To vrednost so določili na osnovi podatkov o akutnem toksičnem delovanju MC, medtem ko niso upoštevali možnih zakasnjenih učinkov, ki se lahko pojavijo zaradi dolgodobne izpostavitve nizkim dozam.
V predlaganem projektu bomo z uporabo sodobnih molekularno bioloških metodologij ter in vitro testnih sistemov raziskali molekularne mehanizme toksičnega delovanja cainobakterijskih toksinov. Podrobneje bomo določili genotoksičen potencial MCLR in NOD. V naših dosedanjih raziskavah smo pokazali, da MCLR povzroča verižne prelome DNA, sedaj pa bomo raziskali, ali lahko MCLR in NOD poleg verižnih prelomov DNA, povzročata tudi strukturne kromosomske aberacije, nepravilno segregacijo kromosomov pri celični delitvi in mutacije. Pred kratkim so v številnih študijah pokazali, da MC lahko povzročijo programirano celično smrt, vendar pa točen mehanizem, kako MCLR sproži apoptozo, ni popolnoma raziskan. Podatkov, ali NOD povzroča apoptozo, pa sploh ni. Osnovne mehanizme genotoksičnega delovanja in apoptoze bomo ugotavljali s študijem izražanja genov, ki so vpleteni v oksidativen in metabolni stres, apoptozo, odgovor celice na poškodbe DNA in celično delitev. Tako nameravamo v predlaganem projektu raziskati številne vidike vpliva toksinov na intrinzično in ekstrinznično pot apoptoze kot tudi vpliv na celični cikel. Čeprav veljajo MC za specifične jetrne toksine, pa številne študije nakazujejo, da vplivajo tudi na druge organe. Zaradi tega bomo raziskali citotoksičen in genotoksičen vpliv toksinov na različne tipe celic.
Rezultati predlaganih raziskav bodo prispevali nove podatke o citotoksičnem in genotoksičnem delovanju MC in NOD. Pridobljena nova spoznanja bodo pomembna pri bodočem oblikovanju strategij za zaščito ljudi in živali pred škodljivimi učinki cianobakterijskih toksinov in za boljše napovedovanje posledic dolgodobnih izpostavitev nizkim dozam toksinov.
Pomen za razvoj znanosti
Poznavanje celičnih in molekularnih mehanizmov delovanja cianobakterijskih toksinov omogoča boljše razumevanje njihove vloge pri nastanku in razvoju raka.
V študijah, kjer smo raziskovali mehanizme genotoksične aktivnosti kompleksnih mešanic izvlečkov cianobakterijksih toksinov in čistih cianotoksinov (mikrocistin-LR in nodularin), smo pokazali, da so izvlečki kot tudi čisti toksini povzročili poškodbe DNA pri HepG2 celicah. Bili smo eni izmed prvih, ki so pokazali, da je povišanje verižnih prelomov posledica nastanka znotrajceličnih kisikovih zvrsti zaradi izpostavitve celic toksinom. Nadalje smo pokazali, da MCLR povzroča nastanek mikrojeder in vpliva na delitev celic. V okviru naših študij smo pokazali, da cianobakterijska toksina MCLR in NOD vplivata na izražanje številnih genov, ki so vpleteni v celičen odgovor na poškodbe DNA in apoptozo. Pokazali smo, da se vzorci izražanja genov razlikujejo za oba preiskovana toksina. Poleg tega smo pokazali, da so se profili izražanja genov razlikovali s časom izpostavitve, kar je predvsem pomembno pri toksikogenomskh študijah, kjer se ponavadi izražanja genov določajo le pri eni ali dveh časovnih izpostavitvah.
Rezultati raziskave so pokazali različno občutljivost različnih tipov sesalčjih celic na učinke ne-citotoksičnih doz cianobakterijskega peptida, mikrocistina-LR. Zelo pomembno spoznanje je relativno visoka občutljivost črevesnih celic CaCo2 na genotoksično delovanje MCLR, kar nakazuje, da je potrebno poleg jeter tudi črevo obravnavati kot tarča toksičnega delovanja mikrocistinov, še posebej pri dolgodobnih subletalnih izpostavitvah.
Rezultati raziskave so doprinesli novo znanje za boljše razumevanje delovanja mikrocistina-LR in nodularina na celične procese na molekularnem nivoju, kar lahko vodi do sprememb v celosti genoma in posledično mutacij. Poleg tega so naši rezultati pomembno doprinesli k dokazom, da mikrocistini ne delujejo le kot tumorski promoterji, ampak tudi kot iniciatorji. Pomembnost teh naših izsledkov ja razvidna iz rednega citiranja naših raziskav v člankih, ki se nanašajo na raziskave mehanizmov karcinogenega delovanja mikrocistinov. Pomembnost naših izsledkov je razvidna iz rednega citiranja naših raziskav v člankih, ki se nanašajo na raziskave mehanizmov karcinogenega delovanja mikrocistinov.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji je mnogo površinskih vod močno eutroficiranih in v večini teh vodnih telesih lahko najdemo cianobakterijske vrste, ki povzročajo cvetenje. Masovna cianobalkterijska cvetenja se v Sloveniji pojavljajo predvsem v SV regijah, kjer je razvito poljedelstvo. Cvetenja se pojavljajo skoraj vsako leto v poletno-jesenskih mesecih. Poleg te regije sta pomembni še dve lokaciji, ki sta povezani s pogostim pojavljanjem cianobakterij, jezero Bled in Koseški bajer, kjer so razvite rekreacijske aktivnosti.
Cianobakterije tvorijo številne cianotoksine, ki po propadu celic preidejo v okoliško vodo. Takšne evtroficirane vode predstavljajo stalno grožnjo za zdravje ljudi in živali, saj akumulirajo visoko toksične snovi. Tako je lahko populacija ljudi, ki živi v predelih, kjer je voda onesnažena s cianobakterijksimi toksini, kronično izpostavljena tem toksinom in pričakujemo lahko, da so ti ljudje podvrženi večjemu tveganju za pojav raka. Poleg tega je tudi možna onesnaženost pitne vode, kar lahko predstavlja resen problem, zato je pomembno, da poznamo, kakšne so nevarnosti za zdravje ljudi ter da na osnovi tega uvedemo ustrezne preventivne ukrepe. To kaže, da bi bila potrebna redna kontrola prisotnosti the toksinov v pitni podi.
Prepoznavanje nevarnosti za zdravje je pomembno dejstvo za razvoj strategij upravljanja o tveganju, da bi zmanjšali probleme, ki nastanejo zaradi cianobakterijskih toksinov in celic v pitni vodi in vodi za rekreacijo. Smatra se, da trenutno ni dovolj informacij, da bi določili smernice za uporabo vode onesnažene s cianobakterijami in njihovimi toksini v pitne namene, rekreacijo, kmetijsko proizvodnjo, ribištvo in varovanje ekosistema.
Rezultati naše študije doprinašajo k boljšemu razu,evanju mehanizmov in celičih poti, ki so vključene pri toksinih/genotoksičnih aktivnostih mikrocistinov in nodularinov. Novi podatki so potencialno uporabni za slovensko regulativo za postavitev varnih koncentracijskih vrednosti za cianobakterijske toksinev pitni vodi kot tudi vodah, ki se uporabljajo za rekreacijo. Naši rezultati o genotoksični aktivnosti mikrocistina/nodularina so bili objavljeni v mednarodnih znanstvenih revijah in predstavljeni na številih znanstvenih srećanjih v Sloveniji in v tujini, kar vodi do boljšega zavedanja o toksičnem potencialu cianobakterijskih toksinov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
