DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.5c15302
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41489339
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Irene Romero-Alfano وآخرون
الموضوع الرئيسي: التأثيرات البيئية للأدوية والمضادات الحيوية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير اختلال ميكروبيوم الأمعاء الناتج عن الغليفوسات (منتج لحماية النباتات) والتريكلوسان (منتج للعناية الشخصية) على يرقات دافنيا ماغنا. تكشف الأبحاث أن التعرض لهذه المركبات بتركيزات تتراوح من أجزاء في المليار إلى أجزاء في التريليون يغير بشكل كبير مستويات الناقلات العصبية والمواد الأيضية ذات الصلة في كل من الأمعاء والدماغ. ترتبط هذه التغيرات الكيميائية الحيوية بزيادة سلوك القلق وانخفاض الأداء التناسلي، مما يشير إلى استجابة تعتمد على التركيز.
علاوة على ذلك، أظهر تسلسل 16S rDNA لميكروبيوم الأمعاء أن هذه التغيرات تتزامن مع تحولات في تركيب المجتمع الميكروبي. تشير تحليلات الارتباط إلى أن التغيرات الأيضية والتناسلية والسلوكية الملحوظة مرتبطة بمسارات أيضية غنية مرتبطة بتخليق الفيتامينات وإنتاج الأحماض الدهنية الأساسية وتوليد الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، والتي من المعروف أنها تؤثر على مستويات السيروتونين النظامية. تسلط النتائج الضوء على العلاقة المباشرة بين اختلال ميكروبيوم الأمعاء والضعف الإدراكي والتناسلي في د. ماغنا، مما يبرز الحاجة إلى تقييمات دقيقة للبيئة وصحة الإنسان للمواد ذات الخصائص المضادة للميكروبات.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على المخاوف البيئية الكبيرة التي تثيرها التلوث الناتج عن الأنشطة البشرية في النظم البيئية للمياه العذبة، خاصة بسبب الاستخدام الواسع للمواد الكيميائية الاصطناعية القاتلة للبكتيريا والأعشاب مثل الغليفوسات والتريكلوسان. من المعروف أن هذه الملوثات تعطل الكائنات غير المستهدفة، بما في ذلك اللافقاريات المائية مثل *دافنيا ماغنا*، وهي كائن نموذجي في علم السموم البيئية. تؤكد الورقة على دور ميكروبيوم الأمعاء في تعديل الأيض والسلوك لدى المضيف من خلال محور الأمعاء-الدماغ، حيث تؤثر المواد الأيضية التي تنتجها بكتيريا الأمعاء على أنظمة الناقلات العصبية. يمكن أن يؤدي اختلال هذا الميكروبيوم إلى اختلال التوازن، مما يؤثر على إنتاج الناقلات العصبية وبالتالي يؤثر على الوظائف العصبية والسلوك والتكاثر.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في كيفية تأثير التعرض للغليفوسات والتريكلوسان على المجتمع الميكروبي في الأمعاء لدى *د. ماغنا*، وتتبع التأثيرات اللاحقة على المواد الأيضية المشتقة من الأمعاء والمرتبطة بالدماغ، والأداء التناسلي، والسلوك. من خلال استخدام تحليل الميكروبيوم، وتحليلات الأيض، واختبارات سلوكية تحت تركيزات ذات صلة بيئيًا، تسعى الأبحاث إلى توضيح العلاقة بين إنتاج المواد الأيضية الميكروبية والتأثيرات العصبية وكذلك تأثيرات تاريخ الحياة. هذا الفهم ضروري لتقييم المخاطر المرتبطة بالملوثات الكيميائية ولإعادة تقييم العتبات التنظيمية التي تأخذ في الاعتبار ليس فقط التأثيرات القاتلة ولكن أيضًا التأثيرات تحت القاتلة التي قد تعطل وظائف النظام البيئي. يعزز تضمين كل من الغليفوسات والتريكلوسان، اللذان يعملان من خلال آليات مختلفة ولكن يشتركان في الخصائص القاتلة للبكتيريا، الفرضية القائلة بأن اختلال الأمعاء هو عامل رئيسي في التأثيرات العصبية والتناسلية الملحوظة في *د. ماغنا*.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام ثقافات بارثينوجينيتك من سلالة دافنيا ماغنا F، التي تم الحفاظ عليها في المختبر لأكثر من 20 عامًا. لقد سهلت هذه الصيانة طويلة الأمد فهمًا شاملاً للاستجابات الجزيئية والفسيولوجية لهذه السلالة، مما مكن من استكشاف تأثيرات مشابهة لتلك التي لوحظت في الثدييات، مثل تأثير المواد المسببة للسمنة والأدوية المضادة للاكتئاب على الاضطرابات الأيضية والعصبية. قد توفر النتائج من هذا النموذج غير الثديي رؤى حول آليات الأمعاء-الدماغ المبسطة.
تمت زراعة دافنيا تحت ظروف محكومة، تحديدًا فترة ضوء مدتها 16 ساعة وظلام مدته 8 ساعات عند درجة حرارة 20 ± 1 درجة مئوية. تم الحفاظ على ثقافات جماعية تتكون من 10 إناث بالغة في 2 لتر من الماء الاصطناعي الصلب ASTM، معززة بمستخلص الطحالب (مارينور، المملكة المتحدة) ونسبة غذائية تبلغ 5 × 10^5 خلية/مل من كلورلا فولغاريس، التي نمت في ظروف شبه أكسينية. تم تجديد وسائط الثقافة كل يومين، وتم جمع النيوانات من الجيل الثالث إلى الخامس خلال الـ 12 ساعة الأولى بعد الإطلاق لتجارب التعرض المتعلقة بتاريخ الحياة اللاحقة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو الأسئلة البحثية المطروحة سابقًا في الدراسة. عادةً ما يتم توضيح النتائج من خلال أشكال مختلفة من تمثيل البيانات، مثل الجداول أو الرسوم البيانية أو المعادلات، والتي توفر فهمًا بصريًا واضحًا للنتائج.
قد يتضمن القسم أيضًا تحليلات إحصائية تتحقق من النتائج، مما يشير إلى مستوى الأهمية وموثوقية البيانات. بشكل عام، تعتبر هذه الجزء من الورقة حاسمًا حيث يضع الأساس للنقاش والتفسير اللاحق للنتائج، مما يبرز تداعياتها في السياق الأوسع لمجال البحث.
المناقشة
تحققت الدراسة من تأثيرات الغليفوسات والتريكلوسان على الكائن المائي دافنيا ماغنا من خلال سلسلة من تجارب التعرض المحكومة. على مدار أربع تجارب، تعرضت يرقات د. ماغنا لتركيزات متباينة من هذه المواد الكيميائية لمدة 21 يومًا، مع تقييمات للاستجابات السلوكية، والنتائج التناسلية، وتركيب ميكروبيوم الأمعاء. كشفت النتائج أن كل من الغليفوسات والتريكلوسان غيرا بشكل كبير استجابات الحركة تجاه المحفزات الضوئية، حيث زادت الغليفوسات من حجم النسل بينما قللت من الإنتاج التناسلي الكلي، في حين أظهر التريكلوسان تأثيرًا عكسيًا. ومن الجدير بالذكر أن التعرض للغليفوسات أدى إلى انخفاض مستويات السيروتونين في الرأس، مما يتوافق مع زيادة حجم النسل، بينما رفع التريكلوسان مستويات السيروتونين، مما أدى إلى نسل أصغر.
بالإضافة إلى ذلك، تسبب كلا المركبين في اختلال ميكروبيوم الأمعاء، والذي يتميز بتحولات في تركيب المجتمع الميكروبي. أدى التعرض للغليفوسات إلى انخفاض وفرة البكتيريا المفيدة في الأمعاء مثل ليمنوهابيتانس وفلافوبكتيريوم، بينما زاد من الأنواع المحتملة المسببة للأمراض مثل أيروموناس. كما غير التريكلوسان ديناميات ميكروبيوم الأمعاء ولكن كان له تأثيرات مميزة على مجموعات بكتيرية معينة. أشارت تحليلات الأيض إلى أن الغليفوسات أثرت بشكل كبير على مستويات 14 مادة أيضية في د. ماغنا، بينما أثر التريكلوسان على 7 مواد أيضية، حيث أثر كلا المركبين على المسارات المتعلقة بتخليق الناقلات العصبية وإنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة. تؤكد هذه النتائج التفاعلات المعقدة بين التعرض الكيميائي، وتركيب ميكروبيوم الأمعاء، والاستجابات الفسيولوجية في الكائنات المائية، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث في الآثار البيئية لهذه الملوثات.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.5c15302
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41489339
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Irene Romero-Alfano et al.
Primary Topic: Pharmaceutical and Antibiotic Environmental Impacts
Overview
This study investigates the impact of gut microbiome dysbiosis induced by glyphosate (a plant protection product) and triclosan (a personal care product) on Daphnia magna juveniles. The research reveals that exposure to these compounds at parts per billion to parts per trillion concentrations significantly alters neurotransmitter levels and related metabolites in both the gut and brain. These biochemical changes correlate with increased anxiety-like behavior and decreased reproductive performance, indicating a concentration-dependent response.
Furthermore, 16S rDNA sequencing of the gut microbiome showed that these alterations coincide with shifts in microbial community composition. Correlation analyses suggest that the observed metabolic, reproductive, and behavioral changes are linked to enriched metabolic pathways associated with vitamin biosynthesis, essential fatty acid production, and short-chain fatty acid generation, which are known to influence systemic serotonin levels. The findings highlight a direct relationship between gut microbiome dysbiosis and cognitive and reproductive impairments in D. magna, underscoring the need for careful environmental and human health assessments of substances with antimicrobial properties.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant ecological concerns posed by anthropogenic pollution in freshwater ecosystems, particularly due to the widespread use of synthetic biocidal and herbicidal compounds such as glyphosate and triclosan. These contaminants are known to disrupt non-target organisms, including aquatic invertebrates like *Daphnia magna*, a model organism in ecotoxicology. The paper emphasizes the role of the gut microbiome in modulating host metabolism and behavior through the microbiota-gut-brain axis, where metabolites produced by gut bacteria influence neurotransmitter systems. Disruption of this microbiome can lead to dysbiosis, affecting neurotransmitter production and consequently impacting neural functions, behavior, and reproduction.
The study aims to investigate how exposure to glyphosate and triclosan affects the gut microbial community of *D. magna*, and to trace the downstream effects on gut-derived and brain-associated metabolites, reproductive performance, and behavior. By employing microbiome profiling, metabolomic analyses, and behavioral assays under environmentally relevant concentrations, the research seeks to clarify the relationship between microbial metabolite production and neurological as well as life-history effects. This understanding is crucial for assessing the risks associated with chemical pollutants and for re-evaluating regulatory thresholds that consider not only lethal effects but also sublethal impacts that may disrupt ecosystem functioning. The inclusion of both glyphosate and triclosan, which operate through different mechanisms but share bactericidal properties, strengthens the hypothesis that gut dysbiosis is a key factor in the observed neurological and reproductive effects in *D. magna*.
Methods
In this study, parthenogenetic cultures of the Daphnia magna clone F were utilized, which has been maintained in the laboratory for over 20 years. This long-term maintenance has facilitated a comprehensive understanding of the molecular and physiological responses of this clone, enabling the exploration of effects similar to those observed in mammals, such as the impact of obesogens and antidepressant drugs on metabolic and neuroendocrine disruptions. The findings from this nonmammalian model may provide insights into simplified gut-brain mechanisms.
The Daphnia were cultured under controlled conditions, specifically a 16-hour light and 8-hour dark photoperiod at a temperature of 20 ± 1 °C. Bulk cultures consisting of 10 adult females were maintained in 2 liters of ASTM hard synthetic water, supplemented with a seaweed extract (Marinure, UK) and a food ratio of 5 × 10^5 cells/mL of Chlorella vulgaris, which was grown in semiaxenic conditions. The culture media were refreshed every two days, and neonates from the third to fifth brood were collected within the first 12 hours post-release for subsequent life-history exposure experiments.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed earlier in the study. The results are typically illustrated through various forms of data representation, such as tables, graphs, or equations, which provide a clear visual understanding of the findings.
The section may also include statistical analyses that validate the results, indicating the level of significance and the reliability of the data. Overall, this part of the paper is crucial as it lays the groundwork for the subsequent discussion and interpretation of the findings, emphasizing their implications within the broader context of the research field.
Discussion
The research investigated the effects of glyphosate and triclosan on the freshwater organism Daphnia magna through a series of controlled exposure experiments. Over four experiments, D. magna juveniles were exposed to varying concentrations of these chemicals for 21 days, with assessments of behavioral responses, reproductive outcomes, and gut microbiome composition. The findings revealed that both glyphosate and triclosan significantly altered locomotion responses to light stimuli, with glyphosate increasing offspring size while reducing overall reproductive output, and triclosan exhibiting the opposite effect. Notably, glyphosate exposure led to a decrease in serotonin levels in the head, correlating with increased offspring size, while triclosan elevated serotonin levels, resulting in smaller offspring.
Additionally, both compounds induced gut dysbiosis, characterized by shifts in microbial community composition. Glyphosate exposure decreased the abundance of beneficial gut bacteria such as Limnohabitans and Flavobacterium, while increasing potentially pathogenic taxa like Aeromonas. Triclosan similarly altered gut microbiome dynamics but had distinct effects on specific bacterial groups. Metabolomic analyses indicated that glyphosate significantly affected the levels of 14 metabolites in D. magna, while triclosan influenced 7 metabolites, with both compounds impacting pathways related to neurotransmitter synthesis and short-chain fatty acid production. These results underscore the complex interactions between chemical exposure, gut microbiome composition, and physiological responses in aquatic organisms, highlighting the need for further research into the ecological implications of these contaminants.