在杜克大学生物学家瑞恩·鲍 （Ryan Baugh） 实验室的微型试管中，成千上万条蠕动的小蠕虫——每只都只有睫毛的几分之一大——咀嚼着它们的菌汤晚餐。
蠕虫的汤饭中掺杂着一种隐藏的成分，即在饮用水、食物和农田中发现的无形的所谓“永久化学物质”，甚至潜伏在我们的体内。杜克大学博士后研究员 Tess Leuthner 说，这是一项化学安全测试。这些蠕虫是秀丽隐杆线虫，这是一种栖息在花园和堆肥中的线虫，正在帮助 Baugh 和 Leuthner 等研究人员发现对从炊具到糖果包装纸等日常用品中使用的人造化学物质对健康影响的新见解。
这项工作围绕全氟烷基和多氟烷基物质 （PFAS） 展开，PFAS 是一组长效化合物，自 1940 年代以来一直用于工业和消费品，因为它们具有耐油脂、耐油、耐水和耐热的能力。
几乎无处不在的PFAS
PFAS 几乎是无法避免的。这些化学物质用于防止食物粘在我们的锅碗瓢盆上;使户外装备防水;保护我们的家具和纺织品免受污渍，以及许多其他用途。它们在我们的外卖容器、雨具、地毯、油漆，甚至牙线和化妆品中。这些物质因其使用寿命长而被称为“永久化学品”。PFAS 由连接在一起的碳和氟原子链组成。它是已知的最强的化学键之一。
“正是这些强大的碳氟键使 PFAS 如此耐用，但也使它们无法降解，”Leuthner 说。这就是为什么一旦它们被生产出来，就会长久留存下来。它们会积累起来，基本上永远不会崩溃。“环境中已经存在的任何 PFAS 都会存在，”Leuthner 说。
北卡罗来纳州的 Cape Fear River 就是这种情况，一家化学制造厂排放到水道中的化学品使下游社区几十年来一直与受污染的饮用水作斗争。居住在北卡罗来纳州布拉格堡和全国数百个其他军事基地附近的军人和居民也遭遇了这种情况，消防泡沫中的 PFAS 已经进入地下水，污染了附近居民使用的私人水井。
今天，几乎所有美国人的血液中都含有 PFAS。它们的使用如此广泛，以至于 PFAS 甚至出现在北极熊和公海中央。这些化学物质以 14,000 多种形式存在。虽然有几种与癌症、低出生体重和肝损伤等健康问题有关，但绝大多数从未接受过检测。暴露对健康的潜在影响尚不清楚。
虽然一些 PFAS 不再在美国生产，但它们仍然存在于旧商品或进口商品中，并且更新的替代化学品继续取代它们。那么我们该怎么办呢？杜克大学的研究人员表示，可能有一种方法可以帮助缩小知识差距——使用微小的透明蠕虫。
毒性参差不齐
在最近的一项研究中，由杜克大学尼古拉斯环境学院的 Leuthner、Baugh 和 Heather Stapleton 领导的杜克大学团队将秀丽隐杆线虫暴露于不同剂量的 13 种 PFAS 化学物质（有些是旧的，有些是新的）中，然后测量了这些化学物质对其生长的影响。当他们将 PFAS 处理的蠕虫与未接触的蠕虫进行比较时，他们发现他们测试的所有化学物质都会阻碍蠕虫的生长。
但研究人员发现，一些 PFAS 在比其他剂量低得多的情况下造成了损失。毒性最强的化学品 PFOSA 的毒性是毒性最小的化学品 PFBA 的一千倍。更重要的是，并非每种蠕虫菌株的反应都相同。一些菌株在低剂量的某些化学物质下遭受了不利影响，这表明植根于其基因的敏感性差异。
“这是遗传变异导致对 PFAS 毒性易感性的第一个证据，”Leuthner 说。蠕虫的健康风险似乎是一个微不足道的问题。但人类中的许多致病基因在秀丽隐杆线虫中也有对应的基因。Leuthner 说，虽然人类和蠕虫看起来非常不同，但它们具有许多相同的代谢和发育途径。
高通量测试
更重要的是，蠕虫体积小且发育迅速，这意味着研究人员可以在相对较短的时间内研究各种化学物质对大量蠕虫的影响。对小鼠和兔子等动物进行的传统毒性测试可能需要一年多的时间才能完成;而秀丽隐杆线虫的类似实验需要不到一周的时间。这项工作是 NIH 资助的一项更大规模研究的一部分，该研究旨在利用蠕虫遗传学更好地预测哪些化学品暴露最有可能损害人们的健康。
这个想法是确定基因变异，如果人类中存在对应的基因变异，则可能有助于识别由于基因构成而可能比其他人对某些环境污染物更敏感的人。“这真的很关键，因为人类的基因是多样化的，”Leuthner 说。下一步，研究人员正在努力确定哪些基因导致了他们发现的差异。
这项工作可以帮助识别可能特别敏感的人或人群，或帮助确定最有可能造成危害的未经测试的 PFAS，并标记它们以供未来研究。“这确实可以加快检测和监管，”Leuthner 说。这项研究由美国国立卫生研究院（R01ES029930、P42 ES010356 和 F32-ES034954）和杜克大学生物学系资助。
期刊参考：
1. Tess C Leuthner, Sharon Zhang, Brendan F Kohrn, Heather M Stapleton, L Ryan Baugh. Structure-specific variation in per- and polyfluoroalkyl substances toxicity among genetically diverse Caenorhabditis elegans strains. Toxicological Sciences, 2025; DOI: 10.1093/toxsci/kfaf014
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