Toksykogenomika i ekotoksykologia

Toksykogenomika to dziedzina nauki łącząca wiedzę z zakresu toksykologii, nauki zajmującej się badaniem właściwości czynników toksycznych i negatywnymi skutkami ich oddziaływania na zdrowie i środowisko z genomiką, nauką o budowie i funkcjonowaniu genomów.

Nowe strategie badawcze w toksykologii (transkryptomika, proteomika, metabolomika) stwarzają warunki do oceny zagrożeń związanych z oddziaływaniem substancji chemicznych zarówno o uznanym potencjale toksycznym, jak również tych, które mogą posiadać taki potencjał (1). Zatem w skrócie Toksykogenomika zajmuje się ustalaniem zależności pomiędzy wpływem substancji toksycznych na zmiany genetyczne w profilach komórek wystawionych na działanie substancji toksycznych.

Metody stosowane do oceny sekwencji genów i ich ekspresji wykorzystywane w toksykogenomice:

technika kostek DNA

Badany DNA, w którym chcemy wykryć obecność określonej sekwencji nukleotydowej, np. tej zawierającej zmutowany odcinek genu, zostaje izolowany z komórek lub tkanki i cięty na małe fragmenty za pomocą specyficznych enzymów restrykcyjnych. Ważne jest otrzymanie takiego fragmentu cząsteczki DNA, który zawiera zmutowane miejsce genu. Można to uzyskać stosując odpowiedni zestaw enzymów restrykcyjnych. Przecinają cząsteczkę DNA w ściśle określonych miejscach, o odpowiedniej dla danego enzymu sekwencji nukleotydowej. Do uzyskanych fragmentów DNA dołącza się wtedy znacznik fluorochromowy. Uzyskaną mieszaninę oznakowanych fragmentów DNA nanosi się na przygotowaną wcześniej płytkę (kostkę), na której zostały zsyntetyzowane oligonukleotydy o znanej sekwencji nukleotydowej. Zostają one na niej związane, a pozostałe usuwa się przez przemycie płytki. Płytka zostaje przeniesiona do czytnika, sprzężonego z komputerem, w którym promień laserowy przegląda płytkę z sondami oligonukleotydowymi. Promień laserowy powoduje świecenie tych miejsc na płytce, które zawierają zhybrydyzowany fragment DNA z dołączonym fluorochromem. Znana jest sekwencja i umiejscowienie na płytce sond oligonukleotydowych, a więc można ustalić, jaka jest sekwencja świecących fragmentów DNA, które uległy hybrydyzacji z tymi sondami. Analizę taką dokonuje odpowiednio zaprogramowany komputer [1].

technika mikromacierzy DNA

Technika mikromacierzy DNA stworzyła możliwość oceny ekspresji każdego z genów obecnych w genomie ssaków, a także oceny ekspresji każdej z polimorficznych form tych genów (2). Mikromacierze DNA stanowią uporządkowany układ sond molekularnych (jednoniciowe DNA lub oligonukleotydy charakterystyczne dla fragmentów genów) unieruchomionych na specjalnych nośnikach (płytki plastikowe, płytki szklane, membrany nylonowe). Analizowany DNA poddaje się znakowaniu, potem hybrydyzacji z sondami. W ten sposób można wykrywać i oceniać działanie nie tylko pojedynczych genów biorących udział w odpowiedzi toksycznej komórki, ale oceniać także skoordynowane działanie całych zespołów genów (3).

Ekotoksykologia

Naukowcy zauważyli, że oddziaływanie substancji toksycznych nie kończy się na pojedynczych organizmach lecz ma wpływ na wyższe poziomy organizacji. W odpowiedzi na to odkrycie rozwinęła się nowa gałąź toksykologii jaką jest ekotoksykologia. Przedmiotem jej zainteresowań jest wpływ ksenobiotyków na biotyczne składowe ekosystemu, a więc wszystkie poziomy organizacji reprezentowane w ekologii. Ekotoksykologia jako bardzo młoda dziedzina balansuje między ekologią a toksykologią (4).

Pojęcia LC50, (LD50) – pochodzące z klasycznej toksykologii są również stosowane w ekotoksykologii. Różnica natomiast polega w ich definicji, gdyż w ekotoksykologii jest to stężenie, które powoduje określony efekt w populacji – śmierć połowy osobników. Problem z tym znacznikiem polega na tym że 50% wzrost śmiertelności w stosunku do populacji kontrolnej oznacza tak silny efekt, że może on wskazywać na drastyczną degradację populacji.

Piśmiennictwo:

1. Lutz W., Kur B., Toksykogenomika. Nowe perspektywy toksykologii molekularnej. Instytut Medycyny Pracy. Łódź 2004
2. Kazula A., Wykorzystanie mikromacierzy DNA w terapii i diagnostyce 2009
3. Żemieńko A., Handshuh L., Góralski M., Figlerowicz M., Zastosowanie mikromacierzy DNA w genomice strukturalnej i funkcjonalnej. Poznań 2008
4. Laskowski R, Miguła P. Ekotoksykologia. Od komórki do ekosystemu. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. Warszawa 2004

Czytaj też: Teratologia i toksykologia rozwojowa