Микропластик не инертен: в воде он образует свободные радикалы, повреждающие ДНК

Фото из открытых источников

Как сейчас часто говорят, микропластик — это свинец и асбест нашего поколения: полезные вещи, которые казались прекрасными, пока не перестали быть таковыми. Пластмассы повсеместно распространены, потому что они прочные, универсальные и, по-видимому, стабильные. 

В результате они буквально заполонили наши сердца и все среды обитания, от глубин океана до древних скал. Они даже создали собственную экосистему, зараженную инвазивными видами, состоящую из растений и животных, потребляющих пластик. 

Проблемы со здоровьем накапливаются так же быстро, как и сами пластмассы, и новые данные свидетельствуют о том, что эти материалы вовсе не инертны.

Это тревожное открытие для тех, кто не хотел бы иметь синтетические фрагменты в своих репродуктивных органах: исследователи из Колумбийского и Калифорнийского университетов продемонстрировали, что микропластик становится химически активным в воде, катализируя образование повреждающих ДНК свободных радикалов.

Это открытие, опубликованное в журнале Nature, имеет огромное значение, учитывая, что наш мир покрыт водой.

«Наше исследование показало, что при взаимодействии микропластика с водой, как это происходит в бутилированной воде или при попадании в кровь, он спонтанно генерирует высокоэнергетические реактивные радикалы», — объясняет соавтор исследования Найсинь Цянь из Колумбийского университета.

Исследователи использовали многочисленные лабораторные эксперименты, аналитические методы и расчеты для изучения реакционной способности микропластика в воде. Их небольшой размер меняет их свойства: 

«По мере того, как пластик распадается на все более мелкие частицы, его площадь поверхности значительно увеличивается», — объясняет соавтор исследования Вэй Мин из Колумбийского университета. «Затем микропластик изменяет окружающую воду, генерируя высокоэнергетические реактивные радикалы, которые, по всей вероятности, способствуют биологическим повреждениям, наблюдаемым у животных и, возможно, у людей в результате воздействия микропластика».

Исследователи использовали шесть образцов обычных коммерческих пластмасс в виде порошка лабораторного качества и проанализировали три направления химических исследований, чтобы продемонстрировать образование свободных радикалов, в частности, гидроксильных радикалов. 

Свободные гидроксильные (OH) радикалы, состоящие из кислорода и водорода, относятся к числу наиболее реактивных и токсичных типов, чья способность разрушать клетки способствовала бурному развитию индустрии антиоксидантов, которая, возможно, не так уж и эффективна. 

Судя по наблюдениям, свободные радикалы, по-видимому, образуются на границе раздела микропластика и воды. 

Затем, когда исследователи ввели в среду лизоцим — белок, содержащийся в жидкостях человеческого организма, таких как слезы, слюна, слизь и молоко, — они обнаружили, что он слипается, возможно, не самым полезным образом; кстати, скопления белка в головном мозге являются причиной нейродегенеративных заболеваний.

Добавление кофеина действовало как молекулярный щит, препятствуя этому эффекту, поскольку кофеин является антиоксидантом. Но его защитные свойства различаются в лабораторных условиях и в организме. 

Исследователи также протестировали эритроциты, полученные от мышей, которые были деформированы и фрагментированы в результате процесса образования свободных радикалов.  

В целом, реакционная способность микропластика обусловлена парадоксальной причиной. Наиболее гидрофобные (водоотталкивающие) микропластики являются наиболее реактивными, и именно это объясняет их поведение. Отталкивая воду, они влияют на её молекулярную структуру.

Эта реорганизация молекул воды приводит к изменениям электростатических сил, которые также влияют на кошек и упаковочный наполнитель .

Вкратце, растворенные ионы кислорода или водорода вблизи гидрофобной поверхности пластика захватывают электроны у гидроксид-ионов воды, превращая их в гидроксильные свободные радикалы.

Исследователи также отмечают огромное количество процессов, превращающих пластмассы в микропластик. Помимо промышленных процессов, таких как (огромная неожиданность) производство пластмасс, наши повседневные привычки загрязняют наши тела и жилища микропластиком. Даже открывание и закрывание бутылки с водой приводит к истиранию крышки.

«Различные способы использования и процессы в нашей повседневной жизни также могут приводить к образованию микропластика, включая нагрев в микроволновой печи, воздействие солнечного света на бутилированную воду во время хранения и внутривенные инъекции в медицинских учреждениях», — говорит соавтор исследования Бейжан Ян из Колумбийской школы климата. «Эта основополагающая работа открывает потенциальный путь для понимания их влияния на здоровье».

Ян и другие исследователи, в том числе соавторы этой работы, в настоящее время используют исследования на животных, чтобы выяснить, как частицы пластика мигрируют в ткани плода во время беременности. 

Исследователи также изучают способы снижения воздействия мельчайших частиц пластика, полагая, что профилактика лучше лечения.

В целом, эта ситуация послужила толчком для принятия мер на федеральном уровне: ранее в этом году Министерство здравоохранения и социальных служб США (HHS) запустило программу STOMP стоимостью 144 миллиона долларов, направленную на искоренение микропластика, попадающего в организм человека. 

Одно из возможных решений в будущем? Изменение используемых нами пластмасс, или, по крайней мере, их поверхностей, поскольку данная работа предполагает, что именно здесь происходит электрическая, физическая и химическая активность.

Как заключает химик Тереза Хед-Гордон, это «в конечном итоге может привести к новым инженерным решениям путем перепроектирования химического состава этих распространенных пластмасс для снижения токсического воздействия на здоровье и окружающую среду».