Bacteriële endotoxines als krachtige, laag-massa veroorzakers van PM₂.₅-toxiciteit, blijkt uit monsteronderzoek

Bijdrage van endotoxinen aan de bioactiviteit van PM2.5 overtreft verwachtingen

Endotoxine, een giftige stof die in bacteriën voorkomt, maakt slechts 0,0001% uit van de fijne deeltjes PM2.5, maar heeft een aanzienlijke impact op de bioactiviteit.

Volgens een studie van onderzoekers van de Hong Kong Polytechnic University drijft endotoxine 0,1-17% van de ontstekingsreacties aan die door deze luchtdeeltjes worden veroorzaakt. De toxiciteit van endotoxine is drie tot vijf ordes van grootte hoger dan de bijdrage van de massa.

Luchtvervuiling is tegenwoordig de grootste milieugezondheidsbedreiging ter wereld, verantwoordelijk voor meer dan drie miljoen voortijdige sterfgevallen per jaar. Een van de belangrijkste verantwoordelijken is PM2.5, dat verwijst naar luchtdeeltjes kleiner dan 2,5 micrometer, die diep in de longen kunnen doordringen en zelfs in de bloedsomloop kunnen komen.

Wetenschappers hebben lange tijd hun aandacht gericht op PM2.5, omdat er consistent bewijs is dat het verband houdt met ademhalingsziekten zoals astma, chronische obstructieve longziekte en luchtwegontsteking. Studies suggereren dat de schade veroorzaakt door PM2.5 te wijten kan zijn aan oxidatieve stress en het activeren van immuunreacties in de longen na blootstelling.

PM2.5 is een complex atmosferisch mengsel van natuurlijke en antropogene deeltjes die biologische, anorganische en organische componenten bevatten.

Jarenlang hebben onderzoekers de impact van chemicaliën bestudeerd, waaronder overgangsmetalen, polycyclische aromatische koolwaterstoffen en industriële rook, die door menselijke activiteiten worden geproduceerd. Deze componenten dragen echter bij aan minder dan de helft van de ademhalingsschade die door PM2.5 wordt aangericht, waardoor ongeveer 60% van de impact nog steeds onverklaard blijft.

Voor deze studie hebben onderzoekers gedurende een jaar dagelijks 24-uursmonsters van PM2.5 genomen in een stedelijk en kustgebied van Hong Kong. Om de ontstekingsreacties te beoordelen, hebben ze menselijke bronchiale epitheelcellen blootgesteld aan PM2.5 en de afgifte van interleukine-8 (IL-8) gemeten, een klein eiwit dat door het immuunsysteem wordt afgegeven als marker voor ontsteking.

De endotoxineconcentraties werden gemeten met behulp van de Limulus Amebocyte Lysate (LAL) test. Vervolgens maakten de onderzoekers gebruik van DNA-sequencing en bron tracering om de Gram-negatieve bacteriën te identificeren waar deze endotoxinen vandaan kwamen. Ten slotte werd mengtoxicity-modellering toegepast om te schatten hoezeer deze endotoxinen bijdroegen aan de schadelijke effecten van PM2.5-expositie.

Ze ontdekten dat, ondanks dat het slechts een minuscule fractie van het totale PM2.5-mengsel uitmaakt, het ongeveer 0,1 tot 17% van de IL-8-afgifte die door PM2.5 wordt veroorzaakt, aandrijft. Van alle gerapporteerde PM2.5-componenten vertoonde endotoxine de hoogste verhouding van toxiciteit ten opzichte van massa, variërend van 10.000:1 tot 100.000:1, wat de extreme biologische potentie bevestigt. Deze bevindingen tonen aan dat minder in feite meer is.

De onderzoekers merken op dat deze studie de noodzaak benadrukt om zeer toxische componenten in lage concentraties te identificeren en hun bronnen te traceren. Het pinpointen van deze toxiciteitsdrijvers kan ons helpen kosteneffectieve strategieën te ontwerpen waarbij zelfs bescheiden verminderingen van de PM2.5-massa aanzienlijke afnames in de totale toxiciteit kunnen opleveren.