В ряде регионов грунтовые воды содержат много мышьяка — токсичного элемента, который может вызвать острое отравление, рак, диабет второго типа и другие болезни. Чтобы понять, почему мышьяк в питьевой воде приводит к диабету, авторы нового исследования создали гуманизированных мышей — грызунов с человеческим геном. Оказалось, мышьяк оказывает этот эффект только на трансгенных мышей мужского пола.
Для многих химических поллютантов (загрязняющих веществ) удалось проследить связь с развитием болезней у людей. В их число входит мышьяк (As) — токсичный полуметалл, способный вызвать острое отравление и даже смерть, а в меньших дозах — тяжелые хронические болезни, включая рак.
Мышьяк попадает в окружающую среду из-за некоторых отраслей промышленности, включая металлургию. Однако это далеко не всегда загрязнитель, связанный с деятельностью человека, ведь мышьяк — еще и распространенный компонент земной коры. В некоторых регионах (например, Вьетнаме, Мексике и Китае) его особенно много, из-за чего элемент попадает в почву, грунтовые воды и далее с питьем — в тела местных жителей.
Ранее эпидемиологические исследования показали, что мышьяк в питьевой воде связан с развитием диабета второго типа. Это главный путь поступления опасного элемента в организм человека. Причем мышьяк в воде находится в более токсичной неорганической форме. В случае, к примеру, морепродуктов он входит в состав органических соединений и не так вреден.
Однако оставалось неясно, как именно простое неорганическое вещество нарушает метаболизм глюкозы. Пробел восполнила новая статья для журнала Environmental Health Perspectives. Ее авторы создали трансгенную линию мышей, несущих человеческий ген метилтрансферазы трехвалентного мышьяка (AS3MT) — фермента, который удаляет соединения элемента из организма. Такая сложная модель с гуманизированными грызунами нужна потому, что мыши дикого типа выводят мышьяк гораздо лучше, чем Homo sapiens. Чтобы заболеть диабетом, им потребовались бы гораздо большие дозы.
Использованные учеными трансгенные и обычные мыши месяц жили во всех отношениях нормальной жизнью за единственным исключением. Вода в их поилках содержала 0,00004 процента (400 частей на миллион) растворенного неорганического мышьяка, причем грызуны имели к ней свободный доступ — пили сколько хотели. Далее всех подопытных подвергли эвтаназии, а их печень и жировую ткань — химическому и генетическому анализу.
Оказалось, по сравнению с самками гуманизированных мышей у таких самцов повышен уровень многих маркеров диабета: метаболитов сигнального пути инсулина, глюкозы в плазме крови натощак и особой микроРНК — miR-34a. У обычных мышей таких половых различий не заметили.
Авторы исследования не берутся утверждать, с чем связаны различия в развитии вызванного мышьяком диабета у мышей разного пола. По-видимому, большое значение в этом сыграл ген Klf11 — один из Kruppel-подобных факторов транскрипции.
Не менее важно, что ученые назвали молекулу miR-34a перспективным маркером патологии, вызванной интоксикацией мышьяком. Его можно использовать для диагностики людей, которые живут в регионах с высоким уровнем этого токсичного элемента в воде.