פרויקטי מחקר של METALS

פרויקט 1 (קהילת BioProject, BPComm)

סמנים ביולוגיים ומנגנונים של חשיפות מתכת ומתכות מעורבות

חוקרים:

לורי ג 'הדסון, דוקטורט

דברה מקנזי, דוקטורט

אסתר ארדי, ד"ר

דיוויד בגיי, דוקטור

אריקה דשנר-טיטוס, דוקטורט

רקע:

שותפות עם קהילות אינדיאניות, ה הערכת החשיפה והרעילות של מתכות UNM על אדמות שבטיות בדרום מערב צוות (UNM METALS) השיג ראיות לחשיפות ברמת הקהילה ולסיכונים בריאותיים הקשורים ליותר מ-1100 אתרי פסולת מכרות אורניום (AUM) נטושים באדמות השבט שלהם. תוצאות הניטור הביולוגי מאשרות שחברי הקהילה נחשפים לאורניום ולמתכות אחרות מעבר לנורמות הלאומיות, מה שמוביל לחששות הקהילה לגבי השפעה אפשרית על הבריאות.

המחקר שלנו:

פרויקט זה נותן מענה לחששות של הקהילה האינדיאנית לגבי ההשפעות הבריאותיות הקשורות לחשיפה לאורניום ולמתכות הקיימות במקביל שנמצאו באתרי פסולת כריית אורניום מדור קודם. המחקרים שלנו יחקרו את ההשלכות הביולוגיות של חשיפה למתכות מעורבות בקהילות מושפעות. אנו נשתמש בניטור ביולוגי כדי להעריך את החשיפה הנוכחית למתכות מעורבות ומטלואידים. בהתבסס על ממצאים ראשוניים ועבודות שפורסמו, נבדוק את ההשערה שחשיפה לתערובות ייחודיות של מתכות סביבתיות הקשורות למכרות אורניום נטושים מקדמת מתח חמצוני ותגובות דלקתיות, תהליכים הידועים כמקדמים חוסר ויסות חיסוני והתפתחות של מחלות כרוניות רבות. מחקרים משלימים במודלים ניסיוניים נועדו לזהות מנגנונים של רעילות שניתן למקד להתערבויות עתידיות מבוססות אוכלוסייה. 

משמעות:

פרויקט זה מגיב לדאגות הקהילה והתוצאות צפויות 1) לספק תובנות לגבי ההשלכות הביולוגיות של מתכות רעילות שאינן נחקרות, שזוהו בדגימות סביבתיות והעלו בדגימות ביולוגיות מהקהילה, 2) להרחיב את הידע המכניסטי של ההשפעה של מתכות ותערובות מתכות ספציפיות כמו גם את הבסיס לאינטראקציות מתכות בתאי חיסון אנושיים, ו-3) לבדוק בניסוי את הפוטנציאל של התערבויות מבוססות מנגנון להענקת הגנה מפני חשיפות למתכות סביבתיות. המטרה הסופית שלנו היא למנף את המדע המכניסטי לפיתוח ניסויים קליניים התערבותיים כדי להפחית את הסיכונים הבריאותיים של חשיפת מתכות מתמשכת.

איש קשר:

lhudson@salud.unm.edu

פרויקט 2 (פרויקט חלקיקי חומרי מדע והנדסה סביבתיים, ראש הממשלה של ESE)

הובלה וזמינות ביולוגית של U ומתכות המתרחשות במקביל בחומר חלקיקי מאדמות שבטיות חקלאיות המושפעות ממורשת הכרייה.

חוקרים:

אדריאן ברלי, דוקטור

אליאן אל האייק, דוקטורט

חוזה סראטו, דוקטור

יוסף גלבסקי, דוקטורט

רקע:

קהילות אינדיאניות רבות בדרום מערב ארה"ב חיות בסמיכות למספר רב של מכרות אורניום נטושים (AUMs) שהיו פעילים בשנות ה-1950 עד שנות ה-1980. קהילות אלו מחייה את הפעילות החקלאית באדמות הסמוכות לאתרי מכרות נטושים, שייתכן שזוהמו באבק מנשיפה ברוח במהלך פעילות פעילה ואחריה כרייה. שני דאגות משמעותיות של קהילות שבטיות אלו הן: א) חשיפה אפשרית לחלקיקים נושאי מתכות מנושבת רוח, נשימה (PM2.5); ו-ii) האם גידולים חקלאיים הגדלים באדמות שבטיות הסמוכות ל-AUMs יכולים לייצג מסלול חשיפה פוטנציאלי שמזיק לבריאות האדם. אתרי מכרות אורניום (U) מדור קודם באזורים צחיחים למחצה נתונים לתהליכים אאוליים חזקים (קשורים לרוח), המשפיעים על פיזור אבק מינרלי נושא U, מה שגורם לדאגה לחשיפות האדם לאבק רעיל שיש לו השפעות בריאותיות שליליות פוטנציאליות. הבנת הזמינות הביולוגית והנגישות הביולוגית של U ומתכות רעילות המתרחשות במקביל ב-PM2.5, במיוחד ננו-חלקיקים באבק מינרלים נמלט מאתרי מכרות עתיקים, חשובה כדי לזהות סיכונים בריאותיים לקהילות מושפעות.

המחקר שלנו:

פרויקט ESE PM מתמקד בסיכונים הסביבתיים של חשיפה לננו-חלקיקים נובע מהתוצאות הראשוניות שלנו, המראות כי ננו-חלקיקים נושאי U לא מזוהים בעבר נמצאים במגוון חומרים טבעיים שונים הקשורים ל-AUMs. אסטרטגיית המחקר שלנו תפתח הבנה של: א) המקור, השפע והמאפיינים הפיזיקליים-כימיים של צורות ננו-חלקיקיות של U ומתכות המתרחשות במקביל בפסולת מכרות, קרקעות ואבק שנושב ברוח על אדמות שבטיות; ב) הובלתם וחלוקה מחדש שלהם עקב השעיה נושבת ברוח המציגים חשיפות לשאיפה, כמו גם זיהום של אדמות חקלאיות וגידולים; 3) הקשר בין תכולת המתכות בקרקע חקלאית לבין קליטה לגידולים חקלאיים המהווים מסלול חשיפה פוטנציאלי לבליעה; ו-4) מנגנוני הקליטה של ​​מתכות רעילות אלו לגידולים חקלאיים דרך מערכות שורשים ועלים.

משמעות:

פרויקט זה יספק נתונים כדי לתת מענה לדאגות של קהילות שבטיות בנוגע לנתיבי חשיפה פוטנציאליים מ-PM (חלקיקים) מושעה הנובעים מאתרי מכרות מדור קודם. הממצאים שלנו יבחנו את ההשערה כי הובלת רוח של PM2.5 שמקורה ב-AUMs מייצגת תרחיש חשיפה ייחודי לבני אדם באמצעות שאיפה ובליעה, בהתבסס על המאפיינים הפיזיקו-כימיים המורכבים של תערובות מתכות הכלולות ב-PM. התוצאות שלנו יקבעו את המידה שבה תערובות המתכות המורכבות ב-PM מוטס המשתחררות מאתרי AUM מהוות סכנה בריאותית ויתייחסו בצורה מדויקת יותר לאסטרטגיות הפחתת סיכונים עבור אוכלוסיות פגיעות אלו שחיות בקרבת AUMs. מידע זה יסייע בהפחתת חשיפות האדם לתערובות מתכות הנובעות משאיפת אבק שנושבת ברוח וצריכת יבולים על אדמות חקלאיות שאולי היו מזוהמות באבק נמלט מאתרי מכרות הן בשלב הפעיל של הכרייה והן בימינו.

איש קשר:

brearley@unm.edu

eelhayek@salud.unm.edu

פרויקט 3 (BioProject Gut)

מנגנוני מודולציה של חסינות המעיים על ידי חשיפת אורניום ותערובת מתכת  

חוקרים:   

Eliseo F. Castillo, PhD, חטיבה לגסטרואנטרולוגיה והפטולוגיה, המחלקה לרפואה פנימית, UNM HSC 

Julie G. In, PhD, חטיבה לגסטרואנטרולוגיה והפטולוגיה, המחלקה לרפואה פנימית, UNM HSC 

רקע: 

מכרות אורניום נטושים (AUMs) מרוכזים בדרום מערב ארצות הברית, כאשר רבים מהם נמצאים על אדמות שבטיות. הקהילות האינדיאניות המקיפות AUMs הביעו את חששותיהן כי חשיפות לאורניום (U) וארסן (As) הנובעות מאתרי AUM הגדילו את השכיחות של מחלות כרוניות ומערכתיות, כולל תפקוד לקוי של מערכת החיסון וסרטן. המחקר הקודם שלנו על חשיפה למתכות סביבתי התמקד בהשפעות קרדיווסקולריות וריאות; עם זאת, מתוך הבנה שצריכת שאיפה תורמת מאוד לחשיפה למעיים באמצעות בליעת ריר מזוהם, אנו מתעניינים בבריאות מערכת העיכול (GI). בנוסף, מערכת העיכול נחשפת בקלות למתכות סביבתיות דרך מקורות מזון ומים מזוהמים. לפיכך, המטרה הסופית של מחקרים אלה היא לתת מענה לדאגות הקהילה בנוגע לחשיפה למתכות מעורבות מפסולת AUM וממכרות מתכות קשות אחרות המובילות לשינויים אימונולוגיים פוטנציאליים ומחלות שמקורן במערכת העיכול. 

המחקר שלנו: 

החוקרים של BP Gut הם מומחים בביולוגיה ואימונולוגיה של המעיים ומתכוונים לקבוע כיצד מתכות סביבתיות אלו משפיעות על שלושה היבטים של המעי. ישנה אינטראקציה משולשת הכוללת את המיקרוביוטה (מיקרואורגניזמים החיים במעי שלנו), מערכת החיסון ואפיתל המעי אשר שומר על האיזון בין הומאוסטזיס של המעי לדלקת. תפקוד לקוי באחד המרכיבים הללו יכול להיות בעל השפעות עמוקות על שתי המערכות האחרות, כמו גם על הבריאות המערכתית. לכן, נשתמש במודלים של בעלי חיים ובאורגנואידים של מעיים אנושיים כדי לפענח כיצד חשיפות המעיים למזהמים סביבתיים משבשות את בריאות מערכת העיכול. 

משמעות: 

חשיפה כרונית לתערובות מתכות מפסולת AUM נקשרה לסיכון מוגבר למחלות כולל יתר לחץ דם, סוכרת, אוטואימוניות ומחלות כליות במחקרים מבוגרים. זה משפיע באופן לא פרופורציונלי על קהילות אינדיאניות בדרום מערב ארצות הברית. העבודה שלנו תספק תובנות מכניסטיות קריטיות לגבי הרעילות החיסונית הפוטנציאלית של U ו-As בפיזיולוגיה של מערכת העיכול ובפתופיזיולוגיה של מחלות. 

איש קשר:

ECastillo@salud.unm.edu  

JGIn@salud.unm.edu  

פרויקט 4 (BioProject Lung)

חלקיקי מתכת בשאיפה שמקורם במכרה מניע חוסר ויסות ריאתי ומערכתי של מערכת החיסון

חוקרים:

אלישיה בולט, דוקטורט

שרה בלוסום, דוקטורט

קתרין זיצ'ובסקי, דוקטורט

רקע:

שאיפת אבק באתרי מכרה היא נתיב פוטנציאלי לחשיפה אנושית לתערובות מתכות המהווה דאגה בריאותית משמעותית לקהילות שבטיות המתגוררות ליד אתרי מכרות אורניום ונטושים וסלע קשה באזור ארבע הפינות של דרום מערב ארצות הברית. דלקת ריאות מתמשכת קשורה להפרעות דלקתיות מרובות בתיווך מערכת החיסון, כולל מחלה אוטואימונית. עם זאת, התרומה וההיקף של חלקיקי מתכת שמקורם באתר מכרה בשאיפה לחוסר ויסות חיסוני והתפתחות אוטואימוניות אינם ידועים.

המחקר שלנו:

אחת ההשערות של פרויקט זה היא שאבק באתר המכרה המכיל חלקיקי מתכת מניע חוסר ויסות חיסוני בריאותי ומערכתי ואוטואימוניות באמצעות היפראקטיבציה של נויטרופילים. המחקרים הראשוניים שלנו, תוך שימוש בעכברים בעלי נטייה לאוטואימונית, מצביעים על כך שחשיפה בשאיפה לאבק באתר המוקשים מובילה להיפראקטיבציה של נויטרופילים וכתוצאה מכך להיווצרות מלכודות חוץ-תאיות של נויטרופילים (NETosis), המהווה מניע חשוב לדלקת ריאתית. באמצעות מודלים מתקדמים של תאים ועכברים, כמו גם מחקרי בריאות באוכלוסיות חשופות, צוות המחקר שלנו חוקר את תפקידם של נויטרופילים פעילים ו-NETosis בפיתוח של הפרעות בוויסות הריאות והמערכת החיסונית בעקבות חשיפה לאבק באתר המכרה.

משמעות:

מידע שנרכש מפרויקט זה יספק תובנה חדשה לגבי הסיכונים הפוטנציאליים הקשורים בחשיפה למתכות מוטסות ותפקידן באפנון חיסוני ומחלות בתיווך מתכות.

איש קשר:

ambolt@salud.unm.edu

פרויקט 5 (Remediation Science and Engineering Project Remediation, ESE Remed)

תיקון ביולוגי על ידי שילוב סימביוזת צמחים-פטריות ומינרלים טבעיים לקליטת תערובות מתכות

חוקרים:

אנג'לי מולצ'נדאני, דוקטורט

ג'ניפר ראדג'רס, דוקטורט

אליאן אל האייק, דוקטורט

חוזה סראטו, דוקטור

רקע:

מחקרים קודמים של מרכז המחקר של UNM METALS Superfund מדווחים על התרחשות משותפת של תערובות של אורניום (U), ארסן (As) וונדיום (V) במים ובקרקעות באתרים המושפעים ממורשת כרייה בקהילות השותפות שלנו בפואבלו של אומת לגונה ונבאחו. נטל פעילות הכרייה השפיע על אתרי Superfund שונים בארה"ב, וגרם לחשיפות מתכות רב-דוריות בקהילות השותפות שלנו. אתרים שונים שהושפעו ממורשת הכרייה בארה"ב לא הוחזרו או תוקנו כראוי.

המחקר שלנו:

המחקר המוצע יתרום תובנות מכניסטיות חדשות שיאפשרו פיתוח של ביו-ריאקטורים המזרזים על ידי סימביוזה צמחית-פטרייתית יחד עם ספיגה ומשקעים באמצעות מינרלים טבעיים לשיקום ביולוגי בר-קיימא של תערובות מתכות. סידן-מינרלים נמצאים בשפע באופן טבעי בקהילות השותפות שלנו, ואנו מתכוונים להעריך עוד יותר כיצד מינרלים אלה מגיבים עם פוספט כדי לשתק אורניום וארסן. כמו כן, נשתמש במבודדי פטריות המתקבלים מאתרים הממוקמים בקהילות השותפות שלנו כדי לזהות שיפועים רלוונטיים של טמפרטורה, כימיה של מים ותנאים סביבתיים אחרים בדרום מערב ארה"ב המשפיעים על קליטת תערובות מתכות על ידי סימביוזה צמחית-פטרייתית. אנו ניצור ביו-ריאקטורים כדי לזהות תנאים סביבתיים המקדמים בצורה הטובה ביותר את ספיגת המתכות, ספיחה של מינרלים ומשקעים כימיים על ידי פטריות הקשורות לצמח, ויידעו את התחזיות לגבי פוטנציאל התיקון הביולוגי הנגרם כתוצאה משינויי אקלים עתידיים.

משמעות:

פרויקט זה יפתח טכנולוגיות חדשות לתיקון ביולוגי על ידי רתימת סימביוזות צמחים-פטרייתיות לשיקום תערובות מתכות באמצעות ספיגת מינרלים ומשקעים. התרחשות משותפת של תערובות של אורניום (U), ארסן (As) וונדיום (V) דווחה במים ובקרקעות במרבצים גיאולוגיים טבעיים ובאתרי Superfund המושפעים ממורשת כרייה. עם זאת, מעט מחקרים בוחנים את התגובתיות של תערובות מתכות בתנאים רלוונטיים לסביבה. השילוב של תהליכים פיזיקוכימיים וביולוגיים מספק הזדמנויות שלא יסולא בפז להשיג תובנות חדשות החיוניות להערכת סיכונים ולקידום טכנולוגיות ביולוגיות חדשות.

ליצירת קשר:

anjalim@unm.edu

jcerrato@unm.edu