Le tossine ambientali possono disturbare i ritmi circadiani, l'"orologio" biologico il cui disturbo è legato all'infiammazione cronica ea una serie di disturbi umani? La ricerca che mostra un legame tra l'interruzione circadiana e il plancton che si sono adattati all'inquinamento da sale stradale pone la domanda direttamente sul tavolo.

"Questa ricerca mostra che l'esposizione alle tossine ambientali può deprimere la funzione del nostro orologio circadiano, la cui interruzione è legata all'aumento dei tassi di cancro, diabete, obesità, cardiopatia, e depressione, " ha detto Jennifer Hurley, un assistente professore di scienze biologiche, membro del Centro per la biotecnologia e gli studi interdisciplinari (CBIS) presso il Rensselaer Polytechnic Institute, e autore senior di questa ricerca. "Questa è la prima volta che qualcuno ha mostrato che ciò accade a livello del core clock, che avevamo considerato pesantemente protetto contro questi tipi di effetti ambientali".

La ricerca si basa sui recenti risultati del Jefferson Project a Lake George, dimostrando che una specie comune di zooplancton, Daphnia pulex, può evolvere la tolleranza a livelli moderati di sale stradale in appena due mesi e mezzo. Quella ricerca ha prodotto cinque popolazioni di Daphnia adattate a concentrazioni di sale che vanno dall'attuale concentrazione di 15 milligrammi per litro di cloruro a Lake George, a concentrazioni di 1, 000 milligrammi per litro come si trova nei laghi altamente contaminati del Nord America.

"Plancton, che sono i principali consumatori di alghe e una fonte di cibo per molti pesci, potrebbe fare un compromesso monumentale per tollerare un aumento del sale stradale, " ha detto Rick Relyea, Direttore del progetto Jefferson, membro CBI, e co-autore dello studio. "Il ritmo circadiano guida questi animali attraverso una migrazione quotidiana, in acque profonde durante il giorno per nascondersi dai predatori e in acque poco profonde di notte per nutrirsi. Interrompere quel ritmo potrebbe influenzare l'intero ecosistema lacustre".

Hurley ha detto che l'adattamento al sale sta probabilmente influenzando la Daphnia a livello epigenetico, un cambiamento ereditabile nei livelli dei geni piuttosto che nel codice genetico. La ricerca ha un'ampia applicabilità in molteplici campi al di là della salute umana ed è una dimostrazione di avanguardia, ricerca interdisciplinare risultante dalla collaborazione incrociata tra CBIS e il Jefferson Project.

Per esplorare se il sale influisce sul ritmo circadiano di Daphnia, i ricercatori hanno prima stabilito che il plancton è governato da un insieme centrale di geni per il controllo dell'orologio che anticipa il ciclo giorno/notte. I geni di controllo dell'orologio promuovono e sopprimono la trascrizione genica, creando oscillazioni quotidiane nei livelli di enzimi e ormoni per influenzare la funzione cellulare, divisione, e crescita, così come parametri fisiologici come la temperatura corporea e le risposte immunitarie. Il genoma di Daphnia include il gene PERIOD (PER), un insieme di geni quasi identici all'orologio centrale ben consolidato del moscerino della frutta ( Drosophila melanogaster ).

Kayla Neve Fredda, uno studente di dottorato Rensselaer e il primo autore dello studio, tracciato l'espressione dell'mRNA di PER in Daphnia esposta a livelli di sale naturalmente bassi e condizioni di buio costanti. Nonostante queste condizioni ambientali costanti, I livelli di mRNA di Daphnia PER oscillavano con un ritmo di 24 ore, una chiara indicazione di un orologio circadiano funzionante. I suoi risultati, in combinazione con la ricerca esistente, mostra che i "geni orologio" PER sono attivi in ​​Daphnia.

Per verificare se l'adattamento ad ambienti ad alto contenuto di sale influisce su questo orologio circadiano funzionale, Coldsnow ha quindi eseguito un esperimento simile con le cinque popolazioni di Daphnia prodotte durante le sue precedenti ricerche. I suoi dati hanno mostrato che i ritmi del mRNA PER si sono deteriorati con l'adattamento all'aumento delle concentrazioni di sale.

"Quello che vediamo è un graduato, risposta misurata in questo organismo; più alto è il livello di sale a cui si adattano le Daphnia, più sopprime l'espressione del suo orologio circadiano, " disse Hurley. "La popolazione adattata a livelli di sale naturalmente bassi mostra un bellissimo, sana oscillazione nell'espressione del mRNA PER, ma la popolazione adattata ad alti livelli di sale ha completamente perso la capacità di oscillare questa espressione di mRNA".

Hurley ha affermato che i risultati aprono una nuova porta nella ricerca circadiana.

"Le implicazioni sono sostanziali, " disse Hurley. "Hai esposto Daphnia a una tossina ambientale, e il suo orologio fu soppresso, probabilmente attraverso meccanismi epigenetici. L'orologio e la biologia di Daphnia sono molto simili all'orologio e alla biologia sia nel nostro cervello che nella maggior parte degli organismi. È possibile che possiamo vedere cambiamenti epigenetici nel cervello umano a causa dell'esposizione a tossine ambientali?