1. GİRİŞ
İnsanlık tarihinde, tarih öncesi çağlardan günümüze kadar meydana gelen teknolojik gelişmeler insanların hayatını kolaylaştırmıştır. Metallerin keşfi ile hayvancılık ve tarımda kullanımı endüstriyel alanda da devam etmiştir. Çeşitli kimyasalların geliştirilmesi ile sentezlenen endüstriyel ürünler (plastikler ve pestisitler gibi) farklı uygulamalarda kullanılmaktadır.
Yirminci yüzyılın ortalarında, insanlık tarihindeki en önemli gelişmelerden biri, endüstriyel olarak üretilen ve tarımsal olarak kullanılan 1,1′-(2,2,2-Trichloroethane-1,1-diyl)bis(4-chlorobenzene) (DDT)’nin Amerikan kel kartallarının yumurta kabuklarının incelmesine neden olduğunun keşfedilmesidir. Böylece, insan yaşamını kolaylaştıran kimyasal madde veya ürünlerin doğal yaşam ve dolayısıyla çevre üzerinde olumsuz etkileri olabileceği ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak yeni bir kavram olan ekotoksikoloji ortaya çıkmıştır.
İnsanlık tarihindeki bu gelişmelerin yanı sıra teknolojik gelişmelerle birlikte ortaya çıkan bilim alanlarından biri de moleküler biyolojidir. Moleküler biyoloji alanının gelişmesi ile biyolojik organizasyonun en temel yapısı olan hücrenin detaylı incelenmesi gerçekleşmiştir. Teknolojik gelişmeler moleküler biyoloji alanının daha da gelişmesini sağlayarak hücre içindeki nükleik asitlerin, transkriptlerin, proteinlerin ve metabolitlerin incelenmesine olanak sağlamıştır. Böylece omik teknolojileri doğmuştur.
Bu modülde, farklı stres kaynaklarının ekolojik bir perspektiften toksikolojik etkileri omik teknolojilerin incelenmesi ile birlikte açıklanacaktır.
1.1. Ekotoksikolojinin tanımı ve önemi
Toksikoloji, zehirlerin kaynakları, canlılar (insanlar, hayvanlar ve bitkiler gibi) üzerindeki fiziksel, kimyasal ve biyolojik etkileri ve metabolizmaları, zehirlenmelerin klinik, kimyasal, biyolojik ve patolojik tanısı, tedavisi ve önlenmesi ile ilgilenen bir bilim dalıdır.
Ekoloji, canlı organizmaların hem birbirleriyle hem de içinde yaşadıkları çevreyle etkileşimini inceleyen bilim dalıdır.
Ekotoksikoloji, toksikoloji ve ekoloji bilimlerinin birleşimidir. Ekotoksikoloji, amacı çevre kirliliğine neden olan etkenleri belirlemek ve bu etkenlerin çevre üzerindeki etkilerini analiz etmek, değerlendirmek ve tahmin etmek olan uygulamalı bir bilim dalıdır.
Ekotoksikoloji yoluyla elde edilen bilgiler, ekosistem risk değerlendirme çalışmalarında iyileştirici önlemlere rehberlik eder. Ekotoksikolojik çalışmalar biyolojik organizasyon düzeyinde yürütülmelidir. Bir stres koşulunun (sıcaklık, oksijen veya çevresel kirleticiler gibi ortamın abiyotik koşulları) hücreler, dokular, organlar, bireyler, popülasyonlar, komüniteler, ekosistemler ve biyosfer üzerindeki etkilerini inceleyerek çevresel risk değerlendirme çalışmaları gerçekleştirirler (Şekil 5.1).
Şekil 5.1. Toksik madde veya çevresel stresin ekotoksikolojik yolu
1.2. Omik teknolojilerinin tanıtımı
Çevresel risk değerlendirme çalışmalarında, biyolojik organizasyonun tüm seviyelerinde olumsuz sonuç yolları (AOP’ler) ve kaynak sonuç yolları (STO’lar) gibi ölçülebilir seviyeler büyük önem taşımaktadır (Şekil 5.2).
Şekil 5.2. Ekotoksikolojide omiks (Zhang et el. 2018’den uyarlanmıştır)
Omik teknolojilerinin çıkış noktası genomik olmuştur. Bir hücredeki en temel yapı taşları olan deoksiribonükleik asitlerden (DNA) oluşan genomun teknolojik cihazlarla analiz edilmesiyle hücrelerin veya organizmaların genomlarının incelenmesi popüler hale gelmiştir. Zaman içinde, hücre metabolizmasında meydana gelen transkriptlerin, proteinlerin ve metabolitlerin incelenmesine olanak sağlayan farklı omik teknolojileri geliştirilmiştir (Şekil 5.3).
Şekil 5.3. Hücredeki omik dünyası
Omik teknikleri ayrı ayrı veya çoklu omik şeklinde birden fazla teknik olarak gerçekleştirilebilir. Bunun için tek bir örnek yeterlidir. Ticari bir kit kullanılarak DNA örnekleri (genomik) ve total RNA örnekleri çıkarılabilir ve total RNA’dan tamamlayıcı DNA kütüphanelerinin oluşturulmasına dayalı olarak transkriptler elde edilebilir (transkriptomik). Total protein ekstrakte edilebilir ve kütle spektrometresi (proteomik) ile tanımlanabilir ve metabolitler ekstrakte edilebilir ve kütle spektrometresi (metabolomik) ile kalitatif ve kantitatif analiz yapılabilir (Şekil 5.4).
Şekil 5.4. Biyolojik örneklerde omiklerin temel multi-omik prensipleri (Shi vd., 2024’ten uyarlanmıştır)
1.2.1. Genomik
DNA, neredeyse tüm canlı organizmaların genetik materyalidir ve hücrenin işleyişinden sorumlu temel kimyasal bileşiktir. DNA molekülü çift sarmallı bir yapıya sahiptir. Bir organizmanın DNA içeriğinin tamamına o organizmanın genomu denir. Örneğin, insan organizmasındaki her bir hücre yaklaşık 3 milyar DNA baz çifti içerir. DNA dört organik bazdan (adenin, timin, guanin, sitozin) oluşur ve insan genomunda tahminen 20.000 ila 25.000 gen bulunduğu ve bu genlerin ortalama üç proteini kodladığı belirtilmiştir (Şekil 5.5).
Şekil 5.5. Genomik için kısa bir rehber (NIH, 2022’den alınmıştır)
Dizileme analizinin temeli, DNA ipliğindeki bazların sırasının tam olarak belirlenmesidir. Günümüzde en yaygın kullanılan dizileme türü olan sentez yoluyla dizileme analizinde DNA polimeraz, hedef DNA ipliğinden yeni bir DNA ipliği üretirken yeni DNA ipliğine floresan etiketlerle etiketlenmiş nükleotidler ekler. Bu olaylar sırasında nükleotidler bir ışık kaynağı tarafından uyarılır ve floresan bir sinyal yayılır ve tespit edilir. Bu temel teknik, ilk olarak 1977 yılında Dr. Frederick Sanger tarafından gerçekleştirildiği için Sanger dizileme olarak adlandırılır. Sanger dizileme uzun yıllar genomik çalışmalarda birincil yöntem olarak kullanılmış olsa da son yıllarda yeni nesil dizileme teknolojisi sayesinde büyük miktarda DNA dizileme verisi elde edilerek daha hızlı ve ekonomik çalışmalara olanak sağlanmıştır (Şekil 5.6).
Şekil 5.6. Sanger dizilemesinin temel ilkeleri (Hawkings, 2017’den alınmıştır)
Genomik teknolojilerin çalışma alanlarından biri olan metagenomik, çevresel örneklerden alınan genetik materyali analiz eden ve ortamdaki mikrobiyal toplulukları gösteren bir alandır. Bu sayede su, sediment, toprak, hava ve hatta insan vücudu gibi birçok yerden alınan örnekler, bu habitatlarda yaşayan mikrobiyal toplulukların genetik çeşitliliğini göstermekle kalmayıp, aynı zamanda geleneksel mikrobiyolojik yöntemleri de geride bırakmaktadır.
1.2.2. Transkriptomik
Transkriptom, bir hücrede oluşan transkriptlerin ve bunların miktarlarının kümesidir. Transkriptomik, transkriptlerin incelenmesini sağlayan tekniktir. Bu yöntemde mikroarray tabanlı teknolojiler kullanılarak dizileme yapılır. Transkriptom, mRNA, rRNA, tRNA ve düzenleyici kodlamayan RNA’lardan oluşur.
1.2.3. Proteomik
Genler, bir hücredeki haberci molekülleri oluşturan enzimlerin veya proteinlerin üretiminden sorumludur. DNA’daki genetik bilgi haberci ribonükleik asit (mRNA) üzerinde kodlanır ve mRNA’daki bilgi ribozomlardaki amino asit kombinasyonu tarafından protein moleküllerine dönüştürülür. Bir hücrenin DNA’sında bir mutasyon meydana gelirse, hücrenin doğal işlevi bozulur ve anormal proteinler üretilir (Şekil 5.7).
Şekil 5.7. Hücredeki merkezi dogma
Proteomik analizi, kütle spektrometresi kullanılarak proteinlerin tanımlanmasına ve miktarının belirlenmesine olanak tanıyan bir yöntemdir. Bu amaçla, proteinler örneklerden izole edilir ve daha sonra LC-MS gibi kromatografik yöntemler kullanılarak tespit edilir (Şekil 5.8). Teknolojinin ilerlemesi sayesinde, yüksek verimli moleküler araçlar ekotoksikolojide kirleticilerin organizmalar üzerindeki etkilerinin anlaşılmasını artırmıştır. Proteomik araçlar bir numunedeki tüm proteinleri aynı anda analiz edebilir. Ayrıca, organizmanın karşılaştığı stres koşulları altında meydana gelen moleküler süreçlere ve yollara bütünsel bir yaklaşım sağlarlar. İki boyutlu DIGE, iTRAQ ve etiketsiz proteomik gibi protein analiz yöntemleri, ksenobiyotiklerin etki biçimlerinin profilini çıkarmak için kullanılabilir.
Şekil 8. Proteomik iş akışı (https://www.leibniz-fli.de/research/core-facilities-services/cf-proteomics adresinden alınmıştır)
1.2.4. Metabolomik
Metabolitler, hücresel metabolik yolların son ürünleri veya ara ürünleri olan küçük moleküllerdir. Bu moleküller karbonhidratlar, proteinler, lipidler, organik asitler ve nükleotidler de dahil olmak üzere çok çeşitli kimyasal bileşikleri kapsar. Görülebileceği gibi, bu metabolitler hücrenin yapı taşlarıdır ve hücrenin yaşamsal reaksiyonlarını yönlendiren ve sürdüren özelliklere sahiptir (Şekil 5.9).
Şekil 5.9. Metabolomik analizi (Guijas ve ark. 2018’den alınmıştır)
1.2.5. Epigenomik
Hücre içi reaksiyonlar veya çevreden gelen sinyallere verilen yanıtlar nedeniyle gen ifadesinin düzenlenmesi ve DNA yapısındaki metilasyon oluşumları, hücredeki ve dolayısıyla organizmadaki patolojik değişikliklerin erken aşamalarını oluşturur (Şekil 5.10).
Şekil 5.10. Epigenomik şeması (NIH 2024b’den alınmıştır)
2. EKOTOKSİKOLOJİDE OMİK VERİLERİNİN KULLANILMASI
Toksik etkiye sahip birçok kimyasal, yoğun kullanımları sonucu ekosistemin farklı alanlarına karışmaktadır. Metaller, plastikler, doğal veya sentetik organik maddeler gibi çok çeşitli olan bu kimyasalların organizmalarda toksisite mekanizmalarının derinlemesine araştırılması gerekliliğinin bir sonucu olarak omik teknolojiler ekotoksikoloji alanına dahil olmuştur. Bu bölümde omik teknolojilerinin sucul ve karasal ekosistemlerde yapılan çalışmalarda kullanımı, hava kirliliği ve bunun sonucunda ortaya çıkan sağlık etkilerinin omiklerle incelenmesi ve insan sağlığını etkileyen bu kimyasalların omiklerle araştırılması hakkında bilgi verilecektir (Şekil 5.11).
Şekil 5.11. Ekotoksikolojide omikler (Farrel 2022’den alınmıştır)
2.1. Sucul ekosistemler
Sucul ekosistem sağlığı çalışmalarında, sucul organizmaların incelenmesi çevresel değişim ve kirlilik analizi için esastır. Omik teknolojilerin gelişmesiyle birlikte su ekotoksisitesi inceleme çalışmalarının sayısı her geçen gün artmaktadır. Sucul organizmalar bu kirleticilere maruz kaldıklarında ölüm veya adaptasyon gösterebilirler, ancak bu durumlardan önce küresel moleküler tepkiler oluştururlar. Bu nedenle, toksik maddelerin etkileri, bu sucul organizmalardan elde edilen bozulmamış genom bilgileri kullanılarak dizileme analizleri ile incelenebilir. Tek omik veya multi-omik yöntemler, biyolojik sistemlerin moleküler tepkilerinin bütünsel olarak yorumlanması için çok boyutlu veri kümelerinin tasvir edilmesini sağlar. Böylece sucul ekosistemlerin sağlığı incelenmektedir.
Antropojenik kaynaklı antibiyotik kirliliği ve bunun sonucunda ortaya çıkan antibiyotik direnci, çağımızda karşılaştığımız en önemli sorunlardan biridir. Antibiyotik kalıntılarının su ve sediment gibi alanlarda birikmesi sonucunda sucul organizmaların yapılarında değişiklikler gözlenebilmekte ve sucul ekosistemdeki mikrobiyal topluluk yapısında da antibiyotik direnci oluşabilmektedir. Bu nedenle sucul ekosistemlerde metagenomik çalışmaların yapılması ve bu çalışmaların uygulanabilirliğinin teşvik edilmesi elzemdir. Ganj Nehri’nden (Hindistan) alınan örnekler üzerinde yürütülen bir metagenomik çalışmada antibiyotik direnç genlerinin varlığı araştırılmıştır. Mikrobiyal topluluk açısından, örneklerin toplandığı tüm lokasyonlarda Proteobacteria filumunun baskın olduğu ve Pseudomonas cinsinin tüm örneklerde en yüksek seviyede tespit edildiği görülmüştür. Metagenomik ile incelenen antibiyotik direnç genlerine göre, örneklenen her lokasyonda farklı genler bulunmuş ve amoksisilin, sefoksitin, piperasilin ve penam gibi antibiyotiklere direnç gösterilmiştir (Şekil 5.12).
Sucul toksikolojide, antibiyotik direncinin yanı sıra antibiyotiklerin sucul organizmalar üzerindeki etkilerine ilişkin çalışmalar da bulunmaktadır. Bu çalışmalardan birinde, siprofloksasin (CIP), sülfadiazin (SULF) ve trimetoprim (TRIM) antibiyotiklerinin farklı uygulama kombinasyonlarına kronik maruziyet sonrasında çipura (Sparus aurata) balıklarının karaciğer ve beyin dokularında protein haritalaması yapılmıştır.
Şekil 5.12. Akuatik toksikoloji metagenomik çalışmasına bir örnek (Rout ve ark. 2024’ten uyarlanmıştır)
Detoksifikasyon sürecinde önemli bir organ olan karaciğerdeki protein sayısı CIP maruziyetinde 39, SULF maruziyetinde 73 ve TRIM maruziyetinde 4 olarak bulunurken, beyin dokusunda SULF maruziyetinde sadece dokuz proteinin etkilendiği tespit edilmiştir. Proteomik yaklaşımlarla tespit edilen bu proteinlerin hücresel fonksiyonlarının karaciğer ve beyin organları açısından farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda antibiyotiklerin enerji metabolizması hücre iskeleti oluşum aşamaları protein sentezi DNA replikasyonu ve RNA sentezi gibi hücresel fonksiyonlarda önemli proteinlerin ekspresyonunu düzenlediği belirlenmiştir (Şekil 5.13).
Şekil 5.13. Çipuranın proteomik analizi (Fernandez ve ark. 2024’ten uyarlanmıştır)
Sucul makrofitler (Vallisneria denseserrulata) ile yapılan çalışmalarda, nanoplastikler ve arsenik maddelerinin etkileri ayrı ayrı ve birlikte araştırılmıştır. Metabolomik analizler karbonhidrat, amino asit ve lipid metabolizmalarındaki metabolitleri tanımlamıştır. Transkriptomik analizleri fotosentez reaksiyonlarındaki transkriptleri tanımlamıştır (Şekil 5.14).
Şekil 5.14. Makrofitlerin metabolomik ve transkriptomik analizi (Tang ve ark. 2024’ten uyarlanmıştır)
2.2. Karasal ekosistemler
Karasal ekosistemlerde kirlilikten etkilenen karasal organizmalar üzerindeki etkiler omik teknolojiler ile incelenmektedir. Özellikle toprak mikrobiyal topluluklarında metagenomik ve transkriptomik analizler ile araştırılmaktadır (Şekil 5.15).
Toprak solucanları, toprak ekotoksikoloji testlerinde yaygın olarak kullanılan bir model organizmadır. Bu organizmalar ağır metaller gibi çevresel kirleticilere karşı oldukça duyarlıdır. Antimon, toprak kirliliğine neden olan mineral kaynaklarından biridir. Toprak ekosistemleri üzerindeki etkilerinin incelendiği bir çalışmada, toprak solucanları kullanılarak kronik maruziyette lipid metabolizmasındaki metabolitlerin değiştiği tespit edilmiştir. Ayrıca yüksek konsantrasyonda maruziyetin antijen oluşumu ve sentezi ile amino asit metabolizması gibi işlevlerdeki transkriptleri etkilediği gösterilmiştir (Şekil 5.16)
Şekil 5.15. Karasal ekosistemde omik (Ge 2013’ten alınmıştır)
Şekil 5.16. Toprak solucanının antimona maruz kalmasının metabolomik ve transkriptomik analizi (Chen ve ark. 2024’ten uyarlanmıştır)
Petrol kaynaklı hidrokarbon kirliliği, toprak ekosistemleri için önemli bir kirlilik etkenidir. Toprak üzerindeki etkilerini inceleyen bir çalışmada, Folsomia candida böcek türündeki transkriptler incelenmiştir. Ksenobiyotik biyotransformasyon ve oksidatif stres süreçleri de dahil olmak üzere farklı hücresel reaksiyonlarda yer alan transkriptler tanımlanmıştır (Şekil 5.17).
Şekil 5.17. Böceklerin transkriptomik analizi (Pang ve ark. 2023’ten uyarlanmıştır)
2.3. Hava kirliliği ve ekotoksikolojik etkiler
Hava kirliliği, atmosferin doğal özelliklerinin kimyasal, fiziksel ve biyolojik faktörler nedeniyle değişmesidir. 19’uncu yüzyıldan bu yana yaşanan hızlı kentleşme ve sanayileşme, hava kirliliğinin tüm canlı organizmalar için zararlı hale gelmesine neden olmuştur. Hava kirliliği seviyeleri milenyumun başından bu yana büyük ölçüde sabit kalmış olsa da partikül madde (PM) konsantrasyonları bölgeler arasında önemli farklılıklar göstermiştir. Gelişmiş ülkelerde PM konsantrasyonları azalırken, gelişmekte olan ve az gelişmiş ülkelerde PM konsantrasyonları artmıştır. Avrupa Birliği ülkelerinde hava kalitesi 1990’dan bu yana istikrarlı bir şekilde iyileşmiş olsa da, 2021 verileri Dünya Sağlık Örgütü tarafından belirlenen maksimum değer olan 15 μg/m3’ün üzerindedir.
Hava kirliliği canlı organizmalar üzerinde birçok etkiye neden olduğu gibi insan sağlığı açısından da akciğer kanseri gibi ölümcül hastalıklara neden olabilmektedir. Hava kirliliğine akut veya kronik maruziyetin etkileri omics teknolojileri ile incelenmektedir. Hava kirliliğinin organizmalarda bağışıklık sistemini etkilediği ve kronik inflamasyon, oksidatif stres ve kanser gelişiminde DNA hasarında önemli bir faktör olduğunu gösteren bulgular olmakla birlikte, buna neden olan etkilerin araştırılmasında epigenetik mekanizmalar ve dolayısıyla epigenomik yöntemler hayati bir yere sahiptir.
Hava kirliliği organizmalarda kardiyopulmoner hastalıkların nedenlerinden biridir. Farelerle yapılan bir çalışmada hava kirliliğinin akut etkileri incelenmiştir. Genomik sonuçlara göre, 1247 oksidatif stres geninin yukarı regüle edildiği ve 1383’ünün aşağı regüle edildiği görülmüştür. Transkriptomik analizde makrofaj alt tipi Mox benzeri genler bulunmuştur.
Atık su arıtma tesisleri ve endüstriyel alanlarda yaşayan ağaç kırlangıçları Tachycineta bicolor ile farklı kimyasalların organizma üzerindeki biyolojik tepkilerini ve işlevlerini belirlemek için multi-omik teknolojiler kullanılarak bir çalışma yürütülmüştür. Karaciğer dokularının hücre büyümesi ve hücre bölünmesi süreçlerinde aşağı regülasyon ile ilişkili bir ifade edilen gen kümesi olduğu belirlenmiştir. PPAR sinyalizasyonu, doymamış yağ asitlerinin biyosentezi ve lipogenezle ilişkili metabolitler gibi lipogenez genlerinin ise yukarı regüle olduğu belirlenmiştir. Bu farklılıkların kaynağının kuşların toplandığı bölgelerdeki polisiklik aromatik hidrokarbonlar ve polibromlu difenil eterler olduğu belirlenmiştir (Şekil 5.18).
Şekil 18. Farklı kirleticilere maruz kalan kuşlarda multi-omiks (Tseng ve ark. 2023’ten uyarlanmıştır)
2.4. İnsan sağlığı ve çevresel etkiler
İnsan sağlığında son yıllarda yeni bir kavram ortaya çıkmıştır: kişiselleştirilmiş tıp. Bu terim ya da alan, kişinin genetik özelliklerini ve çevresel faktörleri dikkate alarak kişiye özel tedaviler hazırlayarak sonuçları optimize etmektedir. Bu anlamda, genetiği kullanılan farmasötik maddelerle birleştiren toksikogenomik çalışmalar, bu kimyasalların toksikolojik yönlerinin araştırılmasının temelini oluşturmaktadır.
İnsan Genom Projesi, genomik alanının insan organizması açısından en önemli projesi ya da sonuçları olarak kabul edilebilir. Bu projenin 2003 yılında yayınlanan referans genom sonuçları, bir bireyin genomundaki varyantların karakterize edilmesine olanak sağlamıştır. Bu proje sonrasında yapılan çalışmalarda birçok bireyde varyant tiplerinin incelenmesi, hastalık ve klinik tanılar üzerinden bu varyantların evrimsel mekanizmalarının anlaşılmasına olanak sağlamıştır. Bu bağlamda kişiselleştirilmiş tıpta kullanılan ilaçların veya ilaç kombinasyonlarının toksikolojik etkilerinin incelenmesi önem arz etmektedir. Omik teknolojilerin ayrı ayrı ya da multi-omik olarak ele alınması, hastanın hastalığa verdiği yanıtın ve kullanılan ilaçların birey üzerindeki toksikolojik etkilerinin tanımlanmasına olanak sağlamaktadır (Şekil 5.19).
Şekil 5.19. İnsan sağlığında omik teknolojilerin kullanıldığı risk değerlendirmeleri (Singh ve ark. 2023’ten alınmıştır)
Çevresel toksikoloji iki kısımda incelenebilir: insan sağlığı toksikolojisi ve diğer canlı organizmaların toksikolojisi. İnsan toksikolojisi tek bir türe ve genellikle bir bireye odaklandığı için diğer canlı organizmaların toksikolojisine göre daha kolaydır. Bu nedenle omik çalışmaların hızlı ve kolay bir şekilde yürütülmesini sağlar.
İnsanlarda biyolojik yaş ölçümleri, yaşlanma sürecindeki moleküler süreçlerle bütünleşmektedir. Biyolojik yaş, DNA metilasyonu ve histon modifikasyonu gibi epigenetik mekanizmalarla tahmin edilebilir. Örneğin, hava kirliliği ve yaşlanma arasında bir bağlantı kurulmasına yardımcı olabilir. Hava kirliliğinin biyolojik yaşın belirlenmesinde DNA metilasyonuna dayalı ölçümlerin kullanıldığı çalışmalar olduğu belirtilmiştir. Ancak bulguların yeterliliği tartışmalara neden olmuştur. Bu çalışmaların odağında seçilen gruplar İspanyol olmayan beyaz popülasyonlardır (NHW) ve diğer ırk ve etnik kökenleri içermemektedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde yapılan bir araştırmada, meme kanseri öyküsü olmayan ve ailesinde en az bir biyolojik kız kardeşi meme kanseri tanısı almış olan siyahi ve beyaz olmayan kadınlar üzerinde çalışılmıştır. Siyahi katılımcılar NHW katılımcılarına göre daha yüksek düzeyde hava kirliliğine maruz kalmıştır. Hava kirliliğine bağlı olarak yapılan epigenomik çalışmalarda, siyahi kadınlarda 19 CpG bölgesinde, beyaz olmayan kadınlarda ise bir bölgede farklı metilasyon tespit edilmiştir. Bu sonuçlar hava kirliliğinin siyahi kadınlarda daha yüksek epigenetik yaşlanma ile ilişkili olduğunu göstermektedir (Şekil 5.20).
Şekil 5.20. NHW ve siyah kadınların epigenetik yaşı üzerindeki hava kirliliği etkisi (Koenigsberg ve ark. 2023’ten uyarlanmıştır)
3. SONUÇLAR
Ekotoksikolojik çalışmalarda omik teknolojilerin kullanımı, çevresel kirleticilerin canlı organizmalar ve ekosistemler üzerindeki etkilerinin anlaşılmasında devrim yaratmıştır. Genomik, transkriptomik, proteomik ve metabolomik yaklaşımlar, kirleticilere karşı biyolojik tepkilerin çok yönlü ve ayrıntılı bir şekilde incelenmesine olanak sağlamaktadır. Bu teknolojiler sadece toksisite mekanizmalarının aydınlatılmasında değil, aynı zamanda biyobelirteçlerin belirlenmesinde ve çevresel risk değerlendirmelerinin hassasiyetinin artırılmasında da kritik bir rol oynamaktadır. Gelecekte, omik verilerin büyük veri analitiği ve yapay zeka ile entegrasyonu, daha kapsamlı ekolojik risk değerlendirme modellerinin geliştirilmesine katkıda bulunacaktır. Ancak, bu teknolojilerin maliyet ve analiz zorluğu gibi sınırlamalarının yanı sıra çevresel örneklerin karmaşıklığı da dikkatle ele alınmalıdır. Bu bağlamda, omik teknolojilerin ekotoksikolojiye entegrasyonu, çevre yönetiminde bilimsel ve pratik ilerlemelerin önünü açacak ve sürdürülebilir bir geleceğin inşasına katkıda bulunacaktır.
4. KAYNAKLAR
Anonymous 2024. Introduction to NGS. Retrieved from https://emea.illumina.com/science/technology/next-generation-sequencing.html Accessed date 21.12.2024
Anonymous 2024. What is Metabolomics Retrieved from https://www.creative-proteomics.com/resource/what-is-metabolomics.htm Accessed date 21.12.2024
Antenozio, M. L., Caissutti, C., Caporusso, F. M., Marzi, D., & Brunetti, P. (2024). Urban air pollution and plant tolerance: Omics responses to ozone, nitrogen oxides, and particulate matter. Plants, 13(15), 2027.
Bhetraratana, M., Orozco, L. D., Bennett, B. J., Luna, K., Yang, X., Lusis, A. J., & Araujo, J. A. (2024). Diesel exhaust particle extract elicits an oxPAPC-like transcriptomic profile in macrophages across multiple mouse strains. Environmental Pollution, 124415.
Cañadas-Garre, M., Anderson, K., McGoldrick, J. et al. Genomic approaches in the search for molecular biomarkers in chronic kidney disease. J Transl Med 16, 292 (2018). https://doi.org/10.1186/s12967-018-1664-7
Carson, R. (1962). Silent Spring.
Chavan-Gautam P, Tejas S, Joshi K. Innovative approaches in drug discovery: ethnopharmacology, systems biology and holistic targetting. In: Patwardhan B, Chaguturu R, editors. Innovative approaches in drug discovery: ethnopharmacology, systems biology and holistic targetting. Amsterdam: Elsevier Inc.; 2017. p. 235–68.
Chen, L., Bai, J., Wan, J., Song, Y., Xiang, G., Duan, R., & Zheng, Y. (2024). Endocrine system, cell growth and death, and energy metabolism induced by Sb (III) exposure in earthworm (Pheretima guillemi) revealed by transcriptome and metabolome analysis. Environmental Pollution, 124357.
Farrél, M. (2022). Omics Approaches in Food and Environmental Analysis. In: Picó, Y., Campo, J. (eds) Mass Spectrometry in Food and Environmental Chemistry. The Handbook of Environmental Chemistry, vol 119. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/698_2022_893
Fernandez, R., Colás-Ruiz, N. R., Lara-Martín, P. A., Fernández-Cisnal, R., & Hampel, M. (2024). Proteomic Analysis in the Brain and Liver of Sea Bream (Sparus aurata) Exposed to the Antibiotics Ciprofloxacin, Sulfadiazine, and Trimethoprim. Environmental Pollution, 124308.
Filazi, A. (2021). Veteriner Toksikoloji ve Çevre Koruma. Nobel Yayıncılık. Ankara.
Ge, Y., Wang, D. Z., Chiu, J. F., Cristobal, S., Sheehan, D., Silvestre, F., … & Teichman, K. (2013). Environmental OMICS: current status and future directions. Journal of Integrated omics, 3(2), 75-87.
Guijas C, Montenegro-Burke JR, Warth B, Spilker ME, Siuzdak G. (2018). Metabolomics activity screening for identifying metabolites that modulate phenotype. Nat Biotechnol. 5;36(4):316-320. doi: 10.1038/nbt.4101. PMID: 29621222; PMCID: PMC5937131.
Hawkins, G. A. (2017). Analysis of human genetic variations using DNA sequencing. In Basic Science Methods for Clinical Researchers (pp. 77-98). Academic Press.
Jiang, F., Zhao, J., Sun, J., Chen, W., Zhao, Y., Zhou, S., … & Li, X. (2024). Impact of ambient air pollution on colorectal cancer risk and survival: insights from a prospective cohort and epigenetic Mendelian randomization study. EBioMedicine, 103.
Koenigsberg, S. H., Chang, C. J., Ish, J., Xu, Z., Kresovich, J. K., Lawrence, K. G., … & White, A. J. (2023). Air pollution and epigenetic aging among Black and White women in the US. Environment international, 181, 108270.
Messingschlager, M., Bartel-Steinbach, M., Mackowiak, S. D., Denkena, J., Bieg, M., Klös, M., … & Trump, S. (2023). Genome-wide DNA methylation sequencing identifies epigenetic perturbations in the upper airways under long-term exposure to moderate levels of ambient air pollution. Environmental Research, 233, 116413.
Nam, S. E., Bae, D. Y., Ki, J. S., Ahn, C. Y., & Rhee, J. S. (2023). The importance of multi-omics approaches for the health assessment of freshwater ecosystems. Molecular & Cellular Toxicology, 19(1), 3-11.
NIH, 2022. A Brief Guide to Genomics. https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/A-Brief-Guide-to-Genomics
NIH, 2024. Epigenomics Fact Sheet. https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Epigenomics-Fact-Sheet
Olson, N. D., Wagner, J., Dwarshuis, N., Miga, K. H., Sedlazeck, F. J., Salit, M., & Zook, J. M. (2023). Variant calling and benchmarking in an era of complete human genome sequences. Nature Reviews Genetics, 24(7), 464-483.
Pang, A., Rutter, A., Haack, E., & Zeeb, B. (2023). Transcriptome analysis of a springtail, Folsomia candida, reveals energy constraint and oxidative stress during petroleum hydrocarbon exposure. Chemosphere, 342, 140185.
Prosser, J. I. (2015). Dispersing misconceptions and identifying opportunities for the use of’omics’ in soil microbial ecology. Nature Reviews Microbiology, 13(7), 439-446.
Rout, A. K., Tripathy, P. S., Dixit, S., Behera, D. U., Behera, B., Das, B. K., & Behera, B. K. (2024). Metagenomics analysis of sediments of river Ganga, India for bacterial diversity, functional genomics, antibiotic resistant genes and virulence factors. Current Research in Biotechnology, 7, 100187.
Sauvé, S. (2024). Toxicology, environmental chemistry, ecotoxicology, and One Health: definitions and paths for future research. Frontiers in Environmental Science, 12, 1303705.
Shi, C., Cheng, L., Yu, Y., Chen, S., Dai, Y., Yang, J., Zhang, H., Chen, J., & Geng, N. (2024). Multi-omics Integration Analysis: Tools and Applications in Environmental Toxicology. Environmental Pollution, 124675.
Singh, A. V., Chandrasekar, V., Paudel, N., Laux, P., Luch, A., Gemmati, D., … & Dakua, S. P. (2023). Integrative toxicogenomics: Advancing precision medicine and toxicology through artificial intelligence and OMICs technology. Biomedicine & Pharmacotherapy, 163, 114784.
Tang, N., Huang, W., Li, X., Gao, X., Liu, X., Wang, L., & Xing, W. (2024). Drilling into the physiology, transcriptomics, and metabolomics to enhance insight on Vallisneria denseserrulata responses to nanoplastics and metalloid co-stress. Journal of Cleaner Production, 448, 141653.
Tseng, C. Y., Custer, C. M., Custer, T. W., Dummer, P. M., Karouna-Renier, N., & Matson, C. W. (2023). Multi-omics responses in tree swallow (Tachycineta bicolor) nestlings from the Maumee Area of Concern, Maumee River, Ohio. Science of the Total Environment, 856, 159130.
Usmandjanovna, A. K. (2020). Ecology as an Independent Science. International Journal on Orange Technologies, 2(12), 52-53.
Xu, J., Zhang, Q., Su, Z., Liu, Y., Yan, T., Zhang, Y., … & Jia, G. (2022). Genetic damage and potential mechanism exploration under different air pollution patterns by multi-omics. Environment International, 170, 107636.
Zhang, X., Xia, P., Wang, P., Yang, J., & Baird, D. J. (2018). Omics advances in ecotoxicology. Environmental Science & Technology, Vol 52/Issue 7.
