Occupational endotoxin exposure, DNA methylation changes, and immune-cell remodeling: an epigenome-wide association study in two cohorts
Questo studio di associazione epigenomica su scala genomica a due coorti rivela che l'esposizione occupazionale all'endotossina induce specifiche alterazioni della metilazione del DNA e un rimodellamento delle cellule immunitarie, in particolare l'espansione dei neutrofili, che sono collegati a percorsi infiammatori e a una compromissione della funzione respiratoria.
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Milioni di persone che lavorano con materie prime vegetali, bestiame o polveri organiche respirano particelle microscopiche che trasportano un particolare innesco biologico chiamato endotossina. Questa sostanza è una parte naturale del guscio esterno di certi batteri ed è rilasciata quando questi batteri crescono o muoiono. Sebbene l'aria nei cotonifici e nelle fattorie contenga spesso queste particelle, il corpo umano reagisce ad esse attivando una risposta immunitaria, che può portare a problemi respiratori nel tempo. Gli scienziati sanno da tempo che respirare questa polvere è dannoso per i polmoni, ma la precisa catena di eventi biologici — come la polvere passi dall'aria al sangue e finisca per cambiare il modo in cui il corpo funziona — è rimasta un mistero. Per risolvere questo problema, i ricercatori si sono rivolti alla memoria chimica del corpo. All'interno delle nostre cellule, una sostanza chimica chiamata DNA trasporta le nostre istruzioni genetiche, ma è anche avvolto in uno strato di etichette chimiche note come metilazione. Queste etichette agiscono come interruttori che possono accendere o spegnere i geni senza cambiare il codice sottostante. Poiché questi interruttori possono essere azionati dalle esposizioni ambientali, essi lasciano una registrazione di ciò che una persona ha respirato, offrendo un modo per tracciare come il corpo si adatti allo stress e all'infiammazione nel corso di decenni.
Un team di scienziati si è proposto di leggere questo registro chimico in due gruppi di donne a Shanghai, in Cina. Il primo gruppo, noto come lo Studio sulle Lavoratrici Tessili di Shanghai, comprendeva centinaia di donne che avevano trascorso le loro carriere lavorando in cotonifici, dove erano esposte a livelli elevati di endotossina, e un gruppo di confronto che lavorava in setifici, dove l'aria era priva di queste particelle. I ricercatori hanno raccolto campioni di sangue da queste donne e hanno scansionato il loro DNA per cercare differenze nelle etichette di metilazione. Hanno scoperto trentasei punti specifici sul DNA in cui le etichette chimiche erano cambiate significativamente nelle lavoratrici del cotone rispetto alle lavoratrici della seta. La maggior parte di questi cambiamenti riguardava la rimozione delle etichette, un processo che di solito rende i geni vicini più attivi. Per garantire che questi risultati fossero reali e non solo un caso fortuito del primo gruppo, il team ha testato gli stessi punti in un secondo gruppo più numeroso di donne dello Studio sulla Salute delle Donne di Shanghai. In questo secondo gruppo, i ricercatori non potevano misurare direttamente l'aria, quindi hanno esaminato le storie lavorative delle donne per stimare i loro livelli di esposizione. Anche con questo metodo meno preciso, hanno scoperto che quattro degli otto punti originali mostravano lo stesso schema di cambiamento, confermando che la scoperta iniziale era robusta.
I cambiamenti nelle etichette del DNA puntavano direttamente al sistema immunitario. Quando i ricercatori hanno analizzato i campioni di sangue, hanno scoperto che le lavoratrici del cotone avevano una proporzione maggiore di neutrofili, un tipo di globulo bianco che funge da primo soccorritore in caso di infezione e lesione. I punti specifici del DNA che sono cambiati si trovavano in geni che aiutano a controllare come queste cellule si aggregano e si muovono, suggerendo che il corpo stesse costantemente riorganizzando le proprie difese. Lo studio ha anche esaminato schemi di infiammazione più ampi. Hanno scoperto che le donne con una maggiore esposizione cumulativa all'endotossina avevano punteggi di rischio di infiammazione più elevati, che vengono calcolati in base a come sono disposte le etichette del DNA. Questi punteggi di infiammazione erano collegati a una minore funzione polmonare e a un declino più rapido della capacità respiratoria nel tempo. I ricercatori hanno osservato che il danno ai polmoni non era solo un evento isolato, ma un declino lento e progressivo che continuava anche dopo che le donne avevano smesso di lavorare nei cotonifici.
Le scoperte suggeriscono che il danno causato dalla respirazione dell'endotossina non è solo una semplice irritazione delle vie aeree, ma un cambiamento profondo e sistemico nel modo in cui il sistema immunitario è regolato. Il corpo sembra riprogrammare i propri interruttori genetici per far fronte alla costante presenza dei batteri, e questa riprogrammazione lascia un segno duraturo nel sangue. Sebbene lo studio non dimostri che questi specifici cambiamenti del DNA causino la malattia polmonare, suggerisce fortemente che essi facciano parte dello stesso processo biologico. La ricerca evidenzia che anche bassi livelli di esposizione, che potrebbero sembrare innocui nel momento in cui avvengono, possono accumularsi durante una carriera per alterare la chimica fondamentale del corpo. Identificando questi specifici marcatori genetici, lo studio fornisce un nuovo modo per comprendere il costo invisibile della polvere occupazionale e offre uno strumento potenziale per monitorare la salute dei lavoratori molto tempo dopo che hanno lasciato i loro lavori.
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