Toxisch stof van het Salton Sea veroorzaakt veranderingen in longmicrobioom binnen een week

Stof van het uitdrogende Salton Sea in Californië heeft niet alleen een onaangename geur. Wetenschappers van de UC Riverside hebben ontdekt dat het inademen van dit stof de microscopische wereld in de longen snel kan veranderen.

Hoewel eerder is aangetoond dat genetische of bacteriële ziekten invloed hebben op longmicroben, is dit de eerste keer dat wetenschappers dergelijke veranderingen hebben waargenomen als gevolg van blootstelling aan de omgeving, in plaats van door een ziekte.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift mSphere, toont aan dat de inhalatie van luchtstof die dicht bij het ondiepe, ingesloten meer is verzameld, zowel het microbieel landschap als de immuunresponsen bij anderszins gezonde muizen verandert. “Zelfs Salton Sea-stof dat gefilterd is om levende bacteriën of schimmels te verwijderen, verandert wat microben in de longen overleven,” zegt Mia Maltz, UCR-mycoloog en hoofdauteur van de studie. “Het veroorzaakt diepe veranderingen in onze interne omgeving.”

Wetenschappers hebben de darmmicrobiota uitgebreid bestudeerd, waarbij ze deze hebben gekoppeld aan spijsvertering, immuniteit en zelfs de mentale toestand. In tegenstelling tot de darmmicrobiota blijft de longmicrobiota minder goed begrepen, hoewel deze steeds belangrijker wordt geacht voor de algehele gezondheid.

“Onze laboratoriumstudies hebben aangetoond dat het stof dat bij het Salton Sea wordt geproduceerd aanzienlijke gezondheidseffecten kan hebben, vooral in de longen, en het is waarschijnlijk een belangrijke factor in de hoge incidentie van astma in de nabijgelegen gemeenschappen,” zegt David Lo, onderscheiden professor biomedische wetenschappen aan de UCR en auteur van de studie.

De onderzoekers werkten samen aan het ontwerp van een blootstellingskamer die de luchtcondities in de echte wereld nabootst. Het team verzamelde stofmonsters zowel dichter bij als verder van het Salton Sea en stelde muizen bloot aan de geaërosoliseerde deeltjes tijdens een reeks proeven van één week.

Er waren al aanwijzingen voor nadelige effecten, zelfs voordat er diepere analyses werden uitgevoerd. “Bewoners van het Salton Sea hebben lopende vermoedens dat de omgeving verband houdt met ademhalingsziekten, en ons laboratorium heeft zeker de effecten van de hitte, het stof en de doordringende lucht gevoeld tijdens ons veldwerk,” zegt Talyssa Topacio, UCR-afstudeerstudent en co-eerste auteur van het artikel.

“Het stof ruikt ook gewoon niet goed,” zegt Emma Aronson, UCR-microbioloog en auteur van de studie. “Toen we het in het laboratorium verwerkten, kon het stinkend zijn.”

Tussen de bacteriesoorten die zich bij muizen die aan het zeestof werden blootgesteld, vermenigvuldigden, bevonden zich Pseudomonas en Staphylococcus, beide in verband met ademhalingsontstekingen. De meest aangetaste monsters waren rijk aan bacteriën die LPS produceren, een moleculair residu op hun buitenmembranen dat bekend staat om het uitlokken van immuunreacties.

“We denken dat microbiele producten zoals LPS deel uitmaken van wat de ontsteking veroorzaakt,” zegt Maltz. “Het is alsof je inademt wat een chemisch vingerafdruk van dode bacteriën is.”

Sommige stofmonsters waren bijzonder krachtig. In één geval bevatte tot 60% van de longimmuuncellen markers van neutrofielactivatie, wat een agressieve ontsteking aantoont. Bij muizen die gefilterde lucht inademden, waren de niveaus van neutrofielen slechts 10% tot 15%.

Aronson zegt dat de bevindingen de langdurige aannames in de pulmonaire wetenschap uitdagen. “We hebben dit soort microbiele verschuivingen gezien bij mensen met cystische fibrose of infecties,” zegt ze. “Maar deze muizen hadden geen bestaande aandoeningen. Dit was een schone lei, en het gebeurde toch.”

Naarmate de bodem van het Salton Sea verder uitdroogt, komt meer van het giftige sediment in de lucht. De onderzoeksgroep onderzoekt of vergelijkbare microbiele verschuivingen optreden bij lokale kinderen. “Het inademen van stof in de loop van de tijd kan chronische gevolgen hebben voor de longen, en deze studies over het potentieel om de longmicrobiota te veranderen zijn een belangrijke eerste stap in het identificeren van factoren die kunnen leiden tot astma en andere chronische ziekten,” zegt Lo.

Het onderzoek roept ook bredere vragen op. Als stof de longmicroben kan veranderen, wat dan met rook, uitlaatgassen of damp van e-sigaretten? De onderzoekers zijn van plan te testen of andere blootstellingen soortgelijke verstoringen veroorzaken.

Deze studie maakte gebruik van een methode die Maltz gedurende vier jaar heeft ontwikkeld om microbiele DNA uit gastweefsel te isoleren, waardoor een gedetailleerdere kijk op de longmicrobiota mogelijk is dan ooit tevoren. De volgende stap is te bepalen of beschermende soorten verloren gaan en hoe lang eventuele merkbare veranderingen in de microbiota aanhouden.

“We zijn pas net begonnen te begrijpen hoe blootstelling aan stof de longmicrobiota verandert,” zegt Maltz. “We weten nog niet hoe lang de veranderingen aanhouden of ze omkeerbaar zijn. Dat is een andere grote vraag.”