Verstoring van biologische klok door
milieutoxines?
Planktonorganismes die zich aanpassen aan hoge
zoutgehaltes blijken verstoord circadiaans ritme te
hebben.
Troy, New York – Kunnen gifstoffen uit de omgeving de
biologische klok verstoren? Deze ‘klok’ waarvan is
gebleken dat hij verband houdt met chronische
inflammatie en een hele reeks andere aandoeningen bij
mensen? Deze vraag wordt open en bloot op tafel gelegd
naar aanleiding van een onderzoek dat een link heeft
aangetoond tussen een verstoord circadiaans ritme bij
plankton dat zich heeft aangepast aan zoutvervuiling van
strooizout.
“Uit dit onderzoek blijkt dat blootstelling aan
omgevingstoxines de functie van onze circadiaanse klok
kan verstoren en die verstoring staat weer in verband
met een toename van het aantal gevallen van kanker,
diabetes, obesitas, hartziektes en depressie,” zegt
Jennifer Hurley, universitair docent biologische
wetenschappen, senior auteur van het onderzoek en lid
van het Center for Biotechnology and Interdisciplinary
Studies (CBIS) aan het Rensselaer Polytechnic Institute.
“Voor het eerst is aangetoond dat dit gebeurt op het
niveau van de interne klok, waarvan we vermoedden dat
hij goed beschermd zou zijn tegen dit soort
milieueffecten.”
Het onderzoek bouwt voort op recente bevindingen van
het Jefferson Project te Lake George, waaruit blijkt dat
een veelvoorkomende soort zoöplankton, Daphnia pulex,
een tolerantie kan ontwikkelen voor een matig
zoutgehalte in slechts twee en een halve maand tijd. Bij
het onderzoek werden vijf populaties van Daphnia
geproduceerd die zich hadden aangepast aan
zoutconcentraties variërend van de huidige concentratie
van 15 mg per liter chloride in Lake George, tot
concentraties van 1.000 mg per liter, die voorkomen in
zeer vervuilde meren in Noord-Amerika.
“Plankton, de diertjes die de belangrijkste eters
zijn van algen en een voedingsbron vormen voor vele
soorten vis, zijn bezig met een enorme uitruil om te
kunnen overleven in een zoutere omgeving door
strooizout,” aldus Rick Relyea, directeur van het
Jeffeson Project, lid van CBIS en medeauteur van de
studie. “Het circadiaanse ritme zorgt ervoor dat deze
diertjes dagelijks naar diepe wateren migreren overdag,
om zich te verschuilen voor roofdieren, en dat ze ’s
nachts naar ondiep water gaan om te eten. Het hele
ecosysteem in het meer kan worden aangetast als dit
ritme wordt verstoord.”
Hurley meldt dat aanpassing aan zout waarschijnlijk
op epigenetisch niveau (overerfbare veranderingen in
genexpressie en niet zozeer in de genetische code zelf)
invloed heeft op Daphnia. Het onderzoek is breed
toepasbaar op vele gebieden naast de menselijke
gezondheid en het is een voorbeeld van vernieuwend
interdisciplinair onderzoek, voortkomend uit
samenwerkingsverbanden tussen CBIS en het Jefferson
Project.
Om te achterhalen of zout het circadiaanse ritme van
Daphnia beïnvloedt stelden de onderzoekers eerst vast
dat plankton wordt bestuurd door een aantal kerngenen
die de biologische klok aansturen en die anticiperen op
de cyclus van dag en nacht. Deze klok-controle-genen
bevorderen en onderdrukken bepaalde gentranscripties,
waardoor dagelijkse schommelingen in het niveau van
enzymen en hormonen optreden zodat de celfunctie,
-deling en -groei wordt beïnvloed, naast fysiologische
parameters zoals lichaamstemperatuur en immuunreacties.
Het genoom van Daphnia bevat onder andere het PERIOD-
ofwel PER-gen, een set genen die bijna identiek is aan
de goed onderzochte interne klok van het fruitvliegje
(Drosophila melanogaster).
Kayla Coldsnow, promovendus aan Rensselaer en
hoofdauteur van de studie, onderzocht de expressie van
het mRNA van PER in Daphnia wanneer die in natuurlijke
omstandigheden van weinig zout en constante duisternis
leefde. Ondanks deze constante omgevingsfactoren
schommelden de PER-mRNA-gehaltes in een 24-uursritme,
wat een duidelijke aanwijzing is van een functionerende
biologische klok. Haar resultaten, gecombineerd met
bestaand onderzoek, bevestigen dat er PER “klokgenen” in
Daphnia actief zijn.
Om te toetsen of aanpassing aan een zoutrijke
omgeving deze functionerende circadiaanse klok zou
beïnvloeden, voerde Coldsnow een soortgelijke proef uit
met de vijf populaties Daphnia die tijdens haar eerdere
onderzoek waren geproduceerd. Haar gegevens toonden aan
dat de PER-mRNA-ritmes ontaardden bij aanpassing aan
verhoogde zoutgehaltes.
“We zien hier een graduele, afgepaste reactie in dit
organisme; hoe hoger het zoutgehalte waaraan Daphnia
zich heeft aangepast, hoe meer het de expressie van zijn
circadiaanse klok onderdrukt,” zegt Hurley. “De
populatie die zich heeft aangepast aan een natuurlijk
laag zoutgehalte laat een mooie en gezonde schommeling
zien in PER-mRNA-expressie, maar de populaties die zich
aan hoge zoutniveaus hebben aangepast zijn hun vermogen
om deze mRNA-expressie te laten schommelen volledig
kwijtgeraakt.”
Volgens Hurley openen de bevindingen een nieuwe deur
naar circadiaans ritme-onderzoek.
“De implicaties zijn behoorlijk groot,” zegt zij. “Stel
je Daphnia bloot aan een milieutoxine, dan wordt zijn
interne klok onderdrukt, waarschijnlijk via
epigenetische mechanismes. De klok en de biologie van
Daphnia lijken erg op de klok en de biologie in zowel
onze hersenen als die in de meeste organismes. Zouden we
ook epigenetische veranderingen in de menselijke
hersenen kunnen zien vanwege blootstelling aan
milieutoxines?”
Vertaling: A. Zwart
