Ein neuer Ansatz zur Bestimmung von für den Menschen schädlichen Chemikalien

Wie wirken sich die in der Luft, im Wasser, in Lebensmitteln und Konsumgütern enthaltenen Chemikalien auf uns aus? Tatsache ist, dass die Exposition gegenüber tausenden Chemikalien – und deren Mischungen –, wie sie in Konsumgütern, in der Landwirtschaft, im Baugewerbe, in der Fertigung und im Dienstleistungssektor verwendet werden, negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann.

In den letzten Jahrzehnten haben Fachleute aus dem Bereich der Toxikologie versucht herauszufinden, wie sich die Exposition gegenüber verschiedenen chemischen Kombinationen auf uns auswirkt, indem sie die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Chemikalien und den Proteinen, die für die Zellfunktionen verantwortlich sind, untersuchten. Ein im Rahmen des EU-finanzierten Projekts GOLIATH unterstütztes Forschungsteam hat nun eine Methode entwickelt, um die Proteine in unserem Körper zu identifizieren, die mit den Chemikalien, denen wir ausgesetzt sind, interagieren. Ihre Forschungsergebnisse wurden im „Journal of Proteomics“ veröffentlicht.

„Die Schadstoffbelastung nimmt ständig zu, und es ist außerordentlich schwierig, die Auswirkungen aller Chemikalien zu testen. Eine besondere Herausforderung ist das Testen von Stoffgemischen“, erklärt die Hauptautorin und Doktorandin Veronica Lizano-Fallas vom GOLIATH-Projektpartner, der Universität Linköping in Schweden, in einer auf der Website der Universität veröffentlichten Pressemitteilung. „Ich glaube, dass unser Ansatz zu einer effizienteren Nutzung von Zeit und Geld führen kann als die herkömmlichen Methoden, bei denen die Auswirkungen auf einzelne biologische Mechanismen nacheinander untersucht werden.“Der neue Ansatz ist eine auf Proteomik basierende Methode namens „Proteome Integral Solubility Alteration“ (PISA), bei der die integrale Löslichkeitsänderung des Proteoms untersucht wird. Das Forschungsteam nutzte PISA, um lösliche Proteine in einem Organismus zu identifizieren, die mit den verwendeten Chemikalien interagieren. Dazu extrahierten sie ein Proteom – alle Proteine, die von einer Zelle, einem Gewebe oder einem Organismus exprimiert werden oder werden können – aus Zebrafischembryonen und analysierten dann die identifizierten Proteinziele.

Um den Nutzen der Methode zu bewerten, wurden vier Szenarien herangezogen: Einzelchemikalien, Chemikaliengemische, neu entdeckte Chemikalien marinen Ursprungs sowie neue Arzneiwirkstoffe. Durch die Untersuchung des gesamten Proteoms der Zebrafischembryonen anhand dieser vier Szenarien konnten die Forschenden mehr potenzielle Wechselwirkungen zwischen den Chemikalien und den Proteinen feststellen.

Mit der PISA-Methode lassen sich unerwünschte biologische Wirkungen von Substanzen frühzeitig erkennen. „Chemikalien interagieren auf recht vielfältige Weise mit Proteinen, und wir stellen oft fest, dass mehrere Proteine durch die von uns getesteten Substanzen beeinflusst werden. Wir sehen, dass die Funktionen der Proteine durch ihre Wechselwirkungen mit Chemikalien beeinträchtigt werden, was mit den Auswirkungen von Schadstoffen und schädlichen Substanzen in der Zelle übereinstimmt“, erklärt die Hauptautorin der Studie, Prof. Susana Cristobal von der Universität Linköping, in derselben Pressemitteilung. Die Autorinnen und Autoren sind der Ansicht, dass der PISA-Test das Potenzial hat, die Lücke zwischen molekularen Interaktionen und Toxizitätspfaden zu schließen.

Das auf fünf Jahre angelegte Projekt GOLIATH (Beating Goliath: Generation Of NoveL, Integrated and Internationally Harmonised Approaches for Testing Metabolism Disrupting Compounds) endet im Dezember 2023. Neben GOLIATH erhielt die Forschung auch finanzielle Unterstützung durch das Marine Biotechnologie ERA-NET-Projekt CYANOBESITY, ein weiteres EU-finanziertes Projekt.

Weitere Informationen:

GOLIATH-Projektwebsite