Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что распространённый загрязнитель NDMA, который содержится в питьевой воде, некоторых продуктах питания и лекарствах, представляет гораздо большую угрозу для молодых растущих организмов, чем для взрослых. Причина не в том, что дети поглощают больше этого вещества. Проблема в скорости деления клеток.
NDMA, или N-нитрозодиметиламин, является вероятным канцерогеном для человека. Ранее это химическое вещество привлекло внимание общественности после его обнаружения в широко используемых препаратах от изжоги и высокого кровяного давления, что привело к масштабным отзывам продукции. NDMA также встречается в некоторых продуктах питания, сигаретном дыме и водопроводной воде.
Как устроено исследование
Команда под руководством Бевин П. Энгельвард из MIT добавила NDMA в питьевую воду мышей в концентрации 5 частей на миллион в течение двух недель. Детёныши начинали пить эту воду примерно в трёхнедельном возрасте, взрослые особи примерно в трёхмесячном возрасте. Учёные использовали как обычных мышей, так и мышей с дефицитом системы репарации ДНК. Эта модель позволяет усилить биологические сигналы, которые в противном случае могли бы быть слишком слабыми для обнаружения.
Результаты оказались показательными. У молодых мышей с нарушенной функцией восстановления последствия наступали быстро. Количество маркеров разрывов ДНК резко возросло. В печени развилось воспаление, иммунные клетки заполонили ткани, а сами клетки начали отмирать и регенерировать в разрушительном цикле. У взрослых мышей, получивших ту же дозу, эти эффекты практически не проявлялись.
Через десять дней после окончания воздействия у молодых мышей всё ещё наблюдались неустранённые повреждения ДНК и воспаление. Три месяца спустя у них накопилось гораздо больше мутаций, чем у взрослых.
Почему деление клеток играет ключевую роль
Самый важный вывод исследования касается того, почему возраст имеет такое большое значение. Измеренные уровни продуктов повреждения ДНК, которые оставляет NDMA, были практически одинаковыми у детёнышей и взрослых. Уровни фермента, который превращает NDMA в его вредную форму, также не различались. Разница заключалась в делении клеток.
Печень молодых мышей быстро росла и содержала более чем в пять раз больше активно делящихся клеток, чем печень взрослых особей. Когда делящиеся клетки сталкиваются с химически повреждённой ДНК, это может привести к необратимым мутациям или хромосомным разрывам. В неактивной печени взрослого животного такое же повреждение часто восстанавливается до того, как причиняет вред.
Чтобы проверить эту теорию, исследователи дали взрослым мышам гормон Т3, стимулирующий деление клеток печени. У подвергшихся воздействию клеток взрослых особей наблюдался 3,5-кратный скачок количества крупномасштабных мутаций. Это частично воспроизвело уязвимость молодых особей и подтвердило основной механизм: быстрый рост клеток преобразует временное химическое повреждение в стойкий генетический вред.
Последствия для здоровья и половые различия
У молодых мышей с дефицитом репарации было примерно в 186 раз больше мутаций на единицу ДНК, чем у контрольных мышей, не подвергавшихся воздействию. У взрослых этот показатель был повышен примерно в 51 раз, что в 3,6 раза ниже, чем у молодых мышей. Мутантные клетки у детёнышей также размножались и расширялись, что является ранним маркером рака и не наблюдается у взрослых.
Когда исследователи изучили мышей через 10-11 месяцев после кратковременного воздействия NDMA, у молодых особей наблюдалось увеличение клеток печени, аномальный рост тканей и продолжающаяся гибель клеток. Все эти признаки связаны с прогрессированием рака. Их масса тела снизилась примерно на 20 процентов по сравнению с контрольной группой. Рак печени был наиболее распространённым типом опухоли и появлялся только у молодых мышей. Опухоли лёгких и один из типов рака лимфатических узлов также возникали исключительно у молодых особей.
Среди молодых мышей самцы показали худшие результаты. Они демонстрировали более высокие показатели разрывов ДНК, больше мутаций на каждом этапе и в два раза более высокую долгосрочную мутационную нагрузку. У самок наблюдалась более сильная активация белка, замедляющего деление клеток. Это давало клеткам больше времени на восстановление и, вероятно, защищало их от наихудших последствий.
Даже при дозе в 1000 раз меньшей, 5 частей на миллиард, у молодых мышей наблюдались признаки стресса в клетках печени и небольшое, но значимое увеличение количества крупномасштабных мутаций.
Что это значит для детей
Эти эксперименты проводились на мышах, а не на людях. Однако системы восстановления ДНК, метаболические пути и возрастные биологические процессы являются общими для всех млекопитающих. Паттерны мутаций у мышей, подвергшихся воздействию NDMA, точно соответствуют признакам, наблюдаемым в раковых заболеваниях человека, связанных с тем же химическим повреждением.
Исследователи указывают на эпидемиологическое исследование из Уилмингтона, штат Массачусетс, которое выявило статистическую связь между пренатальным воздействием NDMA и раком в детском возрасте. Авторы утверждают, что коэффициенты безопасности, используемые для установления предельных значений воздействия на население, могут недооценивать риск для детей.
Загрязнение NDMA продолжает обнаруживаться в системах водоснабжения и потребительских товарах. Это исследование добавляет серьёзный тревожный сигнал, основанный на данных, полученных на животных. Доза, которая кажется безопасной для взрослого человека, может быть неверным ориентиром, когда речь идёт о развивающемся детском организме.
