Każdy oddech, który bierzemy, każdy posiłek, który jemy, i każde spotykane przez nas środowisko pozostawia odcisk palca molekularnego w naszych ciałach – ukryty zapis naszych ekspozycji na całe życie. Naukowcy w dziedzinie ekspozycji wyjaśniają, w jaki sposób najnowocześniejsze technologie odblokowują to archiwum biologiczne, wprowadzając nową erę zapobiegania chorobom i spersonalizowanej medycynie. Naukowcy ustanowili mapę drogową, aby przezwyciężyć wyzwania techniczne i logistyczne oraz zrealizować pełny potencjał w dziedzinie.
Exposomics bada, w jaki sposób złożona wzajemne oddziaływanie czynników środowiskowych – od zanieczyszczeń w naszej wodzie i żywności po stresory społeczne i psychiczne – kształtuje naszą biologię. Badając te połączone ekspozycje, naukowcy mogą odkryć, w jaki sposób wspólnie wpływają one na zdrowie, od metabolizmu i funkcji serca po zdrowie mózgu i ryzyko choroby.
Artykuł Perspektywy kieruje konsorcjum Banbury Exposomics – interdyscyplinarną grupę naukowców, którzy zebrali się w Centrum Banbury Cold Harbor w 2023 r., Aby zdefiniować podstawowe zasady tego szybko rozwijającego się dziedziny. Dr Gary Miller, najważniejszy ekspert ds. Eksposomiki i członek wydziału w Columbia University Mailman School of Public Health, był głównym organizatorem konsorcjum.
Miller, wiceprezes ds. Badań i innowacji oraz profesor nauk o zdrowiu środowiskowym w Columbia Mailman School, wspólnie finansuje NIH National Coordourination Center for Exposomics, Nexus. Prowadzi także INDIPHARM, inicjatywę finansowaną przez ARPA-H z wykorzystaniem ekspozycji do przewidywania interakcji leków i zwiększenia skuteczności leków.
Exposomics in Action
Młode dziedzina już potwierdza swój potencjał transformacyjny. Naukowcy analizujący dowody molekularne zidentyfikowali specyficzny rozpuszczalnik przemysłowy jako winowajcę klastrów chorób nerek wśród pracowników fabrycznych. W innym badaniu naukowcy połączyli mapowanie zanieczyszczenia satelitarnego z informacjami o lokalizacji mieszkaniowej, aby ujawnić, w jaki sposób cząstki powietrzne przedwcześnie starzeją mózg. Naukowcy analizują tysiące krążących cząsteczek, wskazali TMAO, metabolit mikrobiomu jelitowego wytwarzany podczas jedzenia czerwonego mięsa i nabiału, jako wcześniej pomijanego głównego przyczynia się do ryzyka zawału serca.
Odkrycia te są możliwe dzięki najnowocześniejszym technologiom i narzędziom, takimi jak czujniki do noszenia, które śledzą ekspozycje chemiczne w zdjęciach satelitarnych w czasie rzeczywistym, które mapują zanieczyszczenie na bloki miejskie, oraz ultrarażliwe spektrometry masowe, które wykrywają związki obecne w jednym częściach na bilion.
Szerszy obiektyw na temat naszego zdrowia
Podczas gdy genetyka zapewnia nasz biologiczny plan, wyjaśnia tylko ułamek ryzyka choroby przewlekłej. Eksposom oddaje wszystko, co się nam przydarza, od chemikaliów przemysłowych po stresory społeczne. W przeciwieństwie do tradycyjnych badań badających pojedyncze ekspozycje w izolacji, Exposomics integruje zaawansowane narzędzia, aby zrozumieć, w jaki sposób czynniki środowiskowe, społeczne i psychologiczne łącznie oddziałują z naszą biologią.
Takie podejście synergicznie ulewa się z innymi naukami „omicami”. W połączeniu z genomiką, proteomiką i metabolomiką ekspozycja tworzy pierwszy pełny obraz determinantów zdrowotnych. Autorzy wyobrażają sobie przyszłość, w której wszystkie główne badania choroby obejmują analizę ekspozycji jako standardową praktykę.
Systematyczne analizowanie tych złożonych interakcji może poprawić rozwój leków, odkryć ukrytych czynników napędzających choroby i zająć się różnicami zdrowotnymi. Podejście łączy precyzyjną medycynę i zdrowie ludności.
Droga naprzód
Miller i współpracownicy przedstawiają krytyczne priorytety dla rozwoju ekspozycji. Obejmują one opracowanie bardziej wrażliwych technologii, takich jak narzędzia do noszenia lub minimalnie inwazyjne, które mierzą ekspozom jednostki; tworzenie ludzkiego odniesienia exposomu w celu włączenia analizy i kontekstualizacji w skali populacji; oraz wdrożenie znormalizowanych protokołów, aby umożliwić analizę złożonych zestawów danych opartą na AI. Pole musi również dotyczyć rozważań etycznych dotyczących prywatności danych i potrzeby większego skupienia się na społecznych determinantach zdrowia, piszą autorzy.
Nowo uruchomione amerykańskie i europejskie węzły eksponatorskie zapewniają teraz infrastrukturę do współpracy na całym świecie, metody standaryzacyjne, harmonizujące dane i szkolenia badaczy w zakresie umiejętności międzydyscyplinarnych potrzebnych do rozwoju tej dziedziny. Centra te stanowią krytyczny kręgosłup dla przyszłych postępów ekspozycji.
„Budujemy teraz pierwsze systematyczne ramy, które mierzą, w jaki sposób wszystkie ekspozycje – od chemikaliów po społeczne – wchodzą w interakcje z biologią w całym okresie życia. Naszym celem jest stworzenie możliwych do przyjęcia strategii zdrowszego życia” – mówi Miller.