Прогноз вероятных негативных эффектов, инициированных трансформацией протеомного профиля плазмы крови человека при комбинированном воздействии химических веществ

Введение. Исследование механизмов внешнесредового воздействия химических веществ на организм человека с помощью высокоинформативных технологий протеомного профилирования позволяет прогнозировать развитие негативных эффектов на самой ранней стадии их формирования. В сочетании с экспериментальными исследованиями, исключающими влияние мешающих факторов, повышается точность идентификации изменений белкового профиля. Оценка причинно-следственных связей воздействия химических веществ с преобразованием белков повышает эффективность прогноза и мер профилактики негативных последствий. Цель исследования — прогноз вероятных негативных эффектов, инициированных трансформацией протеомного профиля плазмы крови при комбинированном воздействии химических веществ, на основе биоинформационных матриц по результатам сопоставительного анализа натурных и экспериментальных исследований (на примере оксида алюминия, фторида водорода и бенз(а)пирена). Материалы и методы. Методами химико-аналитического, статистического, протеомного и биоинформационного анализа проведено распознавание молекулярно-клеточных событий у детей 4–7 лет, подвергающихся аэрогенной экспозиции бенз(а)пиреном, фторидом водорода и оксидом алюминия (натурные исследования). В ходе сопоставительного анализа проведена верификация полученных результатов данными экспериментальных исследований (крысы линии Wistar), подвергающихся комбинированной и изолированной ингаляционной экспозиции в дозах, эквивалентных реальным. Выделены тождественные белки и построена биоинформационная матрица, на основе которой с использованием общепризнанных баз метаданных выполнен прогноз вероятных негативных эффектов. Результаты. В результате натурных исследований установлено, что у детей, экспонированных бенз(а)пиреном на уровне до 2,2 ПДКс.г. (до 2,2 RfC), оксидом алюминия и фторидом водорода до 0,3 ПДКс.г. (до 0,1 RfC), концентрации изучаемых веществ в биосредах в 2–3,6 раза превышали показатели сравнения и референтные уровни. В эксперименте у экспонированных животных содержание данных контаминантов в биосредах до 19,4 раза превышало показатели контроля. У детей выявлено 22 белка, соответствующих библиотечным масс-спектрам, у животных — 40 белков. При сопоставительном анализе белков, идентифицированных в плазме крови детей и крыс, выделены аполипопротеин A-I и транстиретин, оценённые как «тождественные». Экспрессия данных белков увеличивается с повышением концентрации изучаемых веществ в биосредах. Согласно информации из баз данных, повышенная экспрессия аполипопротеина A-I и транстиретина сигнализирует об увеличении риска возникновения окислительного стресса, нарушения метаболизма липидов и развития воспалительных процессов. Построена биоинформационная матрица, позволившая прогнозировать метаболические нарушения, преимущественно в тканях нервной и гепатобилиарной систем. Ограничения исследования. Проведённое исследование не позволяет сделать окончательных выводов о влиянии изучаемых веществ на изменение экспрессии белков и кодирующих их генов, поскольку рассмотрен только аэрогенный путь поступления. Заключение. Установлена трансформация протеомного профиля плазмы крови в натурных исследованиях и экспериментально верифицированная при хроническом ингаляционном воздействии оксида алюминия, фторида водорода и бенз(а)пирена. При сопоставительном анализе идентифицированных белков выявлено два тождественных — аполипопротеин A-I и транстиретин. Построена биоинформационная матрица и выполнен прогноз развития негативных эффектов в виде активации окислительных процессов, дисметаболизма липидов и воспаления, метаболический путь которых связан с изменением экспрессии данных белков. При отсутствии мер профилактики это может обусловить в старшем возрастном периоде развитие атеросклероза, гипертонии, ожирения, амилоидоза, гипертиреоза и др. Использование структурных биоинформационных матриц в качестве инструмента прогноза в гигиенических исследованиях повышает эффективность мер направленной профилактики негативных последствий при внешнесредовом воздействии химических веществ. Соблюдение этических стандартов. Экспериментальные исследования на биологической модели проведены с соблюдением требований Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или в иных научных целях (ETS № 123). Обследование детей выполнено с соблюдением этических принципов Хельсинкской декларации (2013 г.). Исследования одобрены Комитетом по биомедицинской этике ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» (протокол заседания № 1 от 4.02.2021 г.).