Charakteristika biomarkerov a životné prostredie

Autor: RNDr. Irena Šutiaková, PhD.

Rôzne environmentálne polutanty, ktoré sa nachádzajú v životnom prostredí sú komplexom rôznych chemických, fyzikálnych a iných antropogénnych agensov. Predstavujú vážne zdravotné nebezpečenstvá pre jednotlivé ekosystémy, ktorých následky sa prejavia v akútnej alebo latentnej forme. Tieto agensy môžu pôsobiť jednotlivo, synergicky, alebo inhibíčne a môžu mať aj mutagénny, karcinogénny, alebo teratogénny efekt na organizmus. Zvlášť pôsobenie agensov s genotoxickým účinkom môže vyvolávať genetické poruchy, alebo indukcie u rakovinotvorných procesov (Anwar, 1994; van Leeuwen, Zonneveld, 2001). Pritom existuje vo vzťahu k životným podmienkam značná variabilita v biologických odpovediach organizmov v rámci druhov aj medzi druhmi. Preto je veľmi obtiažne extrapolovať výsledky z biologických odpovedí študovaných látok jednak z teoretických modelov, ako aj laboratórnych testov (Shugart, Teodorakis, 1994). Podobný názor má aj van Zeeland et al. (1995), ktorí uviedli, že za posledných 20 rokov bolo vyvinutých niekoľko laboratórnych testov na detegovanie možného genotoxického efektu environmentálnych, priemyselných a rôznych chemických látok. Lenže autori poznamenali, že výsledky zo štúdií sa porovnávali najčastejšie iba na základe pôsobiacej koncentrácie chemickej látky. To spôsobilo určité problémy, pretože výsledky obdržané z in vitro vyšetrení nemôžu byť úplne porovnávané s výsledkami, ktoré boli zistené pri štúdiách u zvierat. Tu môžu byť značné diferencie v penetrácii chemikálie, alebo aktívneho metabolitu ku cieľovým bunkám, alebo ku dielčim orgánom v integrovanom organizme.

Genetické a environmentálne faktory a interakčný vzťah medzi nimi sa pokladá za jedny najdôležitejších pri vzniku možných patologických porúch zdravia. Na obrázku 1 sú názorne uvedené genetické a environmentálne faktory, ktoré môžu byť eminentné pri iniciácii vzniku choroby (Bonassi a Au, 2002). Predpokladá sa, že zodpovedajú aj za signifikantné interindividuálne rozdiely pri zdraví jedinca (Anonymus, 1993).

Pôvodne pôsobenie environmentálnych agensov bolo najviac analyzované iba vyšetrovaním ich koncentrácie v rôznych médiách, ako je pôda, voda, vzduch a pod. Vypracovali sa aj modely na odhad rizika zdravia spôsobené životným prostredím, a to na základe získaných fyzikálno-chemických a toxických dát chemických látok. Ako sa však neskôr ukázalo, tento prístup bol nedostatočný, ako na úrovni indivíduí, tak aj populácií, a to kvôli práve ich značnej druhovej variabilite a polymorfizmu vo vnímavosti ku environmentálnemu prostrediu (Depledge, 1994; Norppa, 1997; Pavanello, Clonfero, 2000). Na tieto problémy a nedostatky v environmentálnom výskume poukázal už Shugart (1993). Poznamenal, že ak sa študujú populácie a spoločenstvá zvlášť, je špeciálne obtiažne študovať a demonštrovať účinky environmentálnych zásahov na úrovni jednotlivých ekosystémov. Uviedol, že polutanty produkujú "stresy" na úrovni ekosystému, ale biologická odpoveď môže byť istý čas latentná a počiatočné riziko škodlivých agensov zo životného prostredia je ťažko detegovateľné. Neprekvapuje preto, že v environmentálnom výskume bol logicky zavedený ku chemickému monitoringu aj biologický monitoring (Shugart et al., 1992). V rámci týchto biologických monitorovacích štúdií boli zavedené nové dôležité parametre - biomarkery. V tabuľke 1 sme uviedli niektoré užitočné biomarkery pre environmentálne monitorovacie štúdie podľa Shugarta (1993).

Tabuľka 1 Doporučené biomarkery v environmentálnom monitoringu (Shugart 1993).

1 - Temporal occurrence subsenquent to exposure: early-hours to days middle-days to weeks/months; late-weeks/months to years.

2 - Constraints on biomarker application (1) detection level - anticipated probability of detecting biomarker; and (2) limitation - factor(s) contributing to detection or affecting use of biomarker.

V environmentálnom výskume je veľmi dôležité integrovať výsledky zo štúdií invitro s výsledkami in vivo, pretože vhodnejšie môžu byť vyberané a doporučované biomarkery pre takéto štúdie (Walker, 1998).

Doposiaľ bolo uvedených niekoľko definícií biomarkerov. Termín "biomarker" je všeobecný termín pre špecifické vyšetrenia interakcií biologických systémov a environmentálnych agensov (Barrett et al., 1997). Biomarkery boli definované ako signalizačné úrovne v biologických systémoch, ktoré môžu byť identifikované na molekulovej, subbunkovej úrovni, alebo na úrovni organizmu. Biomarkery môžu byť zatriedené do troch skupín: pôsobenia, efektu a vnímavosti. V súvislosti s týmito tromi skupinami existuje značná flexibilita. Ten istý biomarker môže byť použitý ako marker pôsobenia, efektu, alebo vnímavosti, ako pri toxikologických aj epidemiologických štúdiách (Silbergeld a Davis, 1994). Biomarkery sú definované ako: zmeny v biologickej odpovedi organizmu, ktoré môžu byť vzťahované ku pôsobeniu, alebo toxickému efektu z environmentálnych chemikálií, alebo všeobecne chemikálie (Peakall, Shugart, 1993). Obecne biomarkery boli definované ako xenobiotikmi indukované rozdiely v bunkových, biochemických procesoch, štruktúrach, alebo funkciách, ktoré je možné analyzovať v biologických systémoch, alebo in vitro vo vyšetrovacích systémoch. Určité rozdiely vo výsledkoch študovaných biomarkerov môžu byť zapríčinené genetickou biodiverzitou. Biomarkery majú tú výhodu oproti chemickej analýze, že poukazujú na biologické reakcie organizmov integrované počas dlhšieho obdobia ako dopad environmantálneho prostredia aj v subletálnom rozsahu. Preto už v tomto období a v blízkej budúcnosti sa predpokladá, že bude vývoj a platnosť biomarkerov smerovať vo väzbe na pôsobenie environmentálnych zložiek a vo vzťahu ku prevencii porúch zdravia v organizme. Poznatky a analýzy v tomto smere budú stále základom biomedicínskeho a environmentálneho výskumu (Shugart, 2000; Thompson et al., 2001; Bonassi et al., 2001; Sierra-Torres et al., 2003).

Cytogenetické biomarkery majú dôležité miesto pri odhade genotoxického rizika z vonkajšieho prostredia na zdravie živej populácie. Cytogenetické biomarkery, ako sú chromozómové aberácie, mikrojadrá, SCE a aneuploidie sa študujú v in vitro testoch, ale aj v rámci biologických monitorovacích štúdií u ľudí a zvierat (Anwar, 1991; Ishidate et al., 1998; Testa et al., 2002; Topashka-Ancheva et al., 2003).