Higher antioxidant and lower cadmium concentrations and lower incidence of pesticide residues in organically grown crops: a systematic literature review and meta-analyses

201

Higher antioxidant and lower cadmium concentrations and lower incidence of pesticide residues in organically grown crops: a systematic literature review and meta-analyses

Demand for organic foods is partially driven by consumers' perceptions that they are more nutritious. However, scientific opinion is divided on whether there are significant nutritional differences between organic and non-organic foods, and two recent reviews have concluded that there are no differences. In the present study, we carried out meta-analyses based on 343 peer-reviewed publications that indicate statistically significant and meaningful differences in composition between organic and non-organic crops/crop-based foods. Most importantly, the concentrations of a range of antioxidants such as polyphenolics were found to be substantially higher in organic crops/crop-based foods, with those of phenolic acids, flavanones, stilbenes, flavones, flavonols and anthocyanins being an estimated 19 (95% CI 5, 33)%, 69 (95% CI 13, 125)%, 28 (95% CI 12, 44)%, 26 (95% CI 3, 48)%, 50 (95% CI 28, 72)% and 51 (95% CI 17, 86)% higher, respectively. Many of these compounds have previously been linked to a reduced risk of chronic diseases, including CVD and neurodegenerative diseases and certain cancers, in dietary intervention and epidemiological studies. Additionally, the frequency of occurrence of pesticide residues was found to be four times higher in conventional crops, which also contained significantly higher concentrations of the toxic metal Cd. Significant differences were also detected for some other (e.g. minerals and vitamins) compounds. There is evidence that higher antioxidant concentrations and lower Cd concentrations are linked to specific agronomic practices (e.g. non-use of mineral N and P fertilisers, respectively) prescribed in organic farming systems. In conclusion, organic crops, on average, have higher concentrations of antioxidants, lower concentrations of Cd and a lower incidence of pesticide residues than the non-organic comparators across regions and production season

Light pollution - what do we know about its effect on human physiology?

Funkcjonowanie organizmu człowieka i pozostałych mieszkańców Ziemi dostosowuje się do cyklicznych zmian środowiska, czyli naturalnych okresów światła i ciemności (dzień i noc) następujących po sobie z niezmienną regularnością i zawsze zamykających się w 24 godzinach doby. Rytmiczny przebieg procesów fizjologicznych generuje endogenny mechanizm molekularny, tzw. zegar biologiczny, wymagający stałej synchronizacji ze zmieniającymi się warunkami zewnętrznymi. Najważniejszym sygnałem środowiskowym, tzw. dawcą czasu, jest światło odbierane przez specjalne receptory melanopsynowe siatkówki, skąd informacja jest kierowana do głównego (centralnego) zegara mieszczącego się u ssaków w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza (SCN). Zegar SCN kontroluje procesy fizjologiczne i zachowanie, przekazuje też informację do szyszynki, produkującej i uwalniającej do krwi melatoninę, która jako hormon ciemności odpowiednio modyfikuje funkcjonowanie narządów docelowych. Zakłócenie naturalnych cykli światła i ciemności zarówno desynchronizuje pracę zegara, jak i zaburza naturalny rytm syntezy melatoniny, w istotny sposób wpływając na funkcje całego organizmu. Coraz powszechniejsze skażenie światłem, czyli jego obecność w niewłaściwym czasie i ilości, wydaje się wiązać z ogromnym wzrostem zachorowań na tzw. choroby cywilizacyjne oraz z postępującą opornością na tradycyjne środki terapeutyczne. W artykule są omówione niektóre aspekty tego wpływu na ludzi na podstawie dostępnych badań populacyjnych.Diurnal rhythms and seasonal cycles operating in humans and other living organisms adjust their function to the sequence day/night, and allow to anticipate the next day sunrise. Generated by the endogenous molecular mechanism (i.e. biological clock), diurnal rhythms are synchronized with the actual external conditions by the environmental cues, with light being the most potent of them. Coordinating effect of light is exerted through the non-visual pathway starting in the melanopsin containing receptors of the retina and going to the master clock. Located in mammals in the suprachiasmaticus nucleus (SCN), master clock controls majority of downstream physiological processes and behavior. Information on the daily light cycle is sent also to the pineal gland, producing and releasing its main hormone melatonin as a biochemical substrate of darkness, perceived by the effector organs. Interruption of the natural circadian light-dark cycle desynchronizes functioning of the master clock and disrupts the normal melatonin rhythm, leading to the serious pathophysiological consequences. Increasing prevalence of the inappropriate presence of light, i.e. light pollution, adversely affects human physiology, and seems to be responsible for an important increase in several civilization-related illness and, even more dangerous, increased resistance to the conventional treatments. Present article discusses some aspects of the effect of light pollution based on the population studies

Melatonin: the hormone of sleep or darkness?

Funkcjonowanie organizmów zamieszkujących kulę ziemską odbywa się pod dyktando zmian warunków zewnętrznych, wynikających z ruchu obrotowego naszej planety (dzień i noc) oraz jej obiegu wokół Słońca (pory roku). Większość, a może wszystkie procesy fizjologiczne przebiegają ze zmiennym nasileniem w ciągu doby, kształtując w ten sposób rytmy dobowe, zsynchronizowane ze zmianami zachodzącymi w otoczeniu. Rytmy generuje zegar endogenny, z głównym oscylatorem okołodobowym zlokalizowanym u ssaków w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza (SCN), natomiast synchronizacja jego pracy z warunkami środowiskowymi wymaga czytelnych dla zegara sygnałów zewnętrznych, tłumaczonych następnie na język zrozumiały dla komórek, tkanek i narządów. Najsilniejszym "dawcą czasu" jest światło, a strukturą odbierającą informację o świetle i ciemności jest szyszynka, gruczoł neuroendokrynowy kręgowców, w którym syntetyzowana jest melatonina, stanowiąca "biochemiczny substrat ciemności". Szyszynkowa synteza melatoniny przebiega rytmicznie w ciągu doby, z nasileniem w nocy i tylko śladowymi ilościami powstającymi w dzień. Melatonina pełni funkcję zegara i kalendarza, bowiem czas jej syntezy zależy od sezonowo zmieniającej się długości nocy, a niesiona przez nią informacja jest odbierana nie tylko zwrotnie przez SCN, ale również przez większość narządów, w których moduluje przebieg procesów. Wszystkie warunki, które zaburzają nocną syntezę melatoniny (np. loty transkontynentalne, praca zmianowa, niebiesko-fioletowe światła LED generowane przez towarzyszące człowiekowi różne urządzenia elektroniczne) prowadzą do zaburzenia rytmów fizjologicznych ludzi, co wydaje się być przyczyną wielu chorób tzw. cywilizacyjnych. Należą do nich także zaburzenia snu, z których pewne mogą być korygowane przez egzogenną melatoninę lub jej pochodne, choć przy ich stosowaniu trzeba uwzględniać ogólnoustrojową obecność receptorów melatoniny, wpływającej tą drogą modulująco na funkcjonowanie większości tkanek i narządów.Terrestrial organisms are influenced by the cyclical nature of geophysical variations in the solar daylength and seasonal changes of the environmental day/night cycle. Adaptation to these changes includes regulation of the intensity of majority (all?) physiological processes generated by an endogenous mechanism known as the biological clock. In mammals, main biological (master) clock, is located in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus, and its periodicity is synchronized to 24 hs by the external cues, called time givers. Main synchronizing external factor is light/dark cycle, and in particular length of darkness, which is a period of elevated synthesis of melatonin, a neurohormone produced in the pineal gland, existing in all vertebrate species. As the duration of night vary according to the season, melatonin being a biochemical substrate of darkness acts within the body as "a clock and a calendar". Melatonin released to the circulation adjusts activity of SCN to the external lighting conditions and also modulates diurnal rhythmicity of several physiological processes. Various environmental conditions perturbing nocturnal rise of melatonin synthesis (e.g. transmeridian flights, shift work, blue-violet light emitted by several electronic devices equipped with LED) lead to the desynchronization of these circadian rhythms giving increased frequency of different illness appearing in the modern societies, including sleep disorders. Correction of this kind of disorders seems to be possible, at least partly, by the evening treatment with exogenous melatonin or its analogs. It is, however, necessary to keep in mind that melatonin action within the body is much more extended as its receptors are present in majority of organs and modulatory influence of melatonin on several physiological processes must be taken into consideration

Melatonin, multifunctional signal molecule in mammals: origin, functions, mechanisms of action

Methoxyindole hormone - melatonin (MEL) is produced and released by the mammalian pineal gland in a circadian rhythm exhibiting a low level during the day and an elevation at night, strictly dependent on the environmental lighting conditions. The main MEL function is, therefore, to synchronize diurnal rhythms of several physiological processes and for the diurnally active species (including humans) it gives information on the beginning of sleepiness. For the nocturnal species, however, elevated MEL level serves as a signal to start locomotor and feeding activity. In seasonal breeders the pineal gland function synchronizes the time of gonadal development and sexual activity with the external conditions in a way that progeny appears in the optimal climatic moment. MEL is produced also extrapineally, e.g. in the gastro-intestinal tract and bone marrow, where it exerts a protective effect due to its activity as an antioxidant and a potent free radical scavenger. Being both lipid and water soluble, MEL is able to cross biological barriers and, therefore, it uses several cellular mechanism to exert its physiological activity, including membrane and nuclear receptors, proteins of the cytoskeleton, mitochondrial membrane stabilization. MEL is also involved in immunomodulation, the effects are different and dependent on numerous factors, nevertheless, its immunostimulatory activity is generally well accepted. Additionally, activated immune cells are able to produce MEL acting in an auto- and paracrine way. As an efficient antioxidant MEL exerts the anti-inflammatory effect, which, reciprocally, modulates the pineal gland biosynthetic activity adapting it to temporary endogenous conditions.Szyszynka ssaków produkuje i wydziela do krwi melatoninę (MEL) w rytmie dobowym, którego cechą charakterystyczną jest wysoki poziom w nocy niski w dzień, a czas nocnej syntezy zależy od warunków świetlnych otoczenia. Dzięki temu MEL synchronizuje wiele procesów fizjologicznych przebiegających rytmicznie, a jako chemiczny sygnał ciemności przekazuje gatunkom o aktywności dziennej (w tym ludziom) informację o rozpoczęciu pory snu. Gatunki aktywne w nocy inaczej interpretują sygnał melatoninowy. Dla zwierząt rozmnażających się sezonowo informacja niesiona przez MEL stanowi sygnał do takiej synchronizacji funkcji rozrodczych z warunkami klimatycznymi, aby potomstwo mogło pojawić się w optymalnym momencie. Melatonina powstaje także pozaszyszynkowo, np. w układzie pokarmowym, gdzie pełni funkcje ochronne, związane z aktywnym zmiataniem wolnych rodników i właściwościami antyoksydacyjnymi. Jako cząsteczka amfifilowa może przekraczać bariery biologiczne, dlatego swoje efekty może wywierać za pośrednictwem wielu różnych mechanizmów takich jak: wiązanie z receptorami błonowymi i jądrowymi, białkami cytozolowymi, stabilizowanie błony mitochondrialnej. MEL wykazuje działanie immunomodulacyjne, zależne od wielu czynników, choć zasadniczo wydaje się być czynnikiem wspomagającym odporność, a aktywowane komórki odpornościowe także syntetyzują MEL działającą auto- i parakrynowo. Dzięki właściwościom antyoksydacyjnym pełni istotną rolę przeciwzapalną, z kolei toczący się proces zapalny moduluje aktywność biosyntetyczną szyszynki, dostosowując je do aktualnych warunków w organizmie

Tribute to bursa of Fabicius - what is the modern immunology' debt to the birds?

Wiele odkryć, fundamentalnych dla rozwoju biologii XX w., dokonało się dzięki badaniom prowadzonym na ptakach. Wśród nich należy wymienić opracowanie przez Ludwika Pasteura podstaw i praktycznego stosowania szczepionek oraz wskazanie przez Bruce'a Glicka roli bursy Fabrycjusza, istotnej dla zrozumienia podstawowych mechanizmów odpornościowych. Zwłaszcza poznanie funkcjonalnej dychotomii układu odpornościowego ptaków, u których bursa Fabrycjusza stanowi centralne miejsce dojrzewania limfocytów odpowiedzialnych za produkcję przeciwciał, skłoniło uczonych do poszukiwania u ssaków odpowiednika bursy Fabrycjusza. Dzięki tym odkryciom nowoczesna immunologia mogła zacząć swój dynamiczny rozwój, posługując się najnowszymi metodami biologii molekularnej. A bursa Fabrycjusza nadal przyciąga zainteresowanie wielu badaczy, wykrywających liczne peptydy pochodzenia bursalnego wywierające efekty regulacyjne nie tylko w układzie odpornościowym ptaków, lecz także o szerszym działaniu biologicznym, w odniesieniu do procesów odpornościowych ssaków, nowotworzenia czy działania antyoksydacyjnego. Cechy anatomiczne układu odpornościowego kury domowej, takie jak brak węzłów chłonnych, eozynofili czy limfocytów rezydujących mogą wskazywać na prostotę jego budowy. Dodatkowo zsekwencjonowanie genomu kury domowej pokazało, że u ptaków wiele procesów odpornościowych może się odbywać przy bardziej oszczędnym repertuarze cytokin, chemokin, receptorów i cząsteczek kostymulujących niż ten, który występuje u ssaków. Jednak to uproszczenie jest tylko pozorne, ponieważ układ odpornościowy ptaków spełnia właściwie wszystkie funkcje jakie spełnia układ odpornościowy ssaków.Attribution by Bruce Glick in the fifties/sixties of twenty century an essential role of the bursa of Fabricius in the differentiation of a particular lymphocyte population in the chicken was a milestone in the modern immunology development. Incoming studies on both avian and mammalian experimental models were able to prove a functional dissociation of the humoral and cell-mediated immune response and to demonstrate that the bursa of Fabricius plays an important role in antibody production. Subsequently, the research was oriented towards the identification of the mammalian "bursa-equivalent" where the antibody-producing lymphocytes, named B-cells in the honor to the bursa of Fabricius, should be generated. Finally, this role in mammals has been proven for the embryonic liver and for the bone marrow lymphopoiesis in the postnatal life. Apart from that, bursa of Fabricius is an endocrine organ producing several peptides exhibiting immunoregulatory activity, not only towards the avian immune functions but also influencing mammalian immunity, both in vivo and in vitro. The most important among them seem to be: bursin (tripeptide discovered as the first bursal peptide), BASP (bursal anti-steroidogenic peptide, exerting and inhibitory effect on the steroid hormone synthesis in the ovarian follicles and adrenal cortex) and bursopentin (BP5, a peptide with an antioxidative properties). The anatomical features of the domestic chicken immune system, such as lack of lymph nodes, eosinophils or resident lymphocytes, may indicate the simplicity of its organization. In addition, the sequencing of the domestic chicken genome has shown that many immune processes in birds may occur with a more scant repertoire of cytokines, chemokines, receptors and costimulatory molecules than those found in mammals. However, this simplification is only apparent because the avian immune system fulfills all the functions as those of the mammalian one

Feed composition differences resulting from organic and conventional farming practices affect physiological parameters in Wistar rats - results from a factorial, two-generation dietary intervention trial

Recent human cohort studies reported positive associations between organic food consumption and a lower incidence of obesity, cancer, and several other diseases. However, there are very few animal and human dietary intervention studies that provide supporting evidence or a mechanistic understanding of these associations. Here we report results from a two-generation, dietary intervention study with male Wistar rats to identify the effects of feeds made from organic and conventional crops on growth, hormonal, and immune system parameters that are known to affect the risk of a number of chronic, non-communicable diseases in animals and humans. A 2 × 2 factorial design was used to separate the effects of contrasting crop protection methods (use or non-use of synthetic chemical pesticides) and fertilizers (mineral nitrogen, phosphorus and potassium (NPK) fertilizers vs. manure use) applied in conventional and organic crop production. Conventional, pesticide-based crop protection resulted in significantly lower fiber, polyphenol, flavonoid, and lutein, but higher lipid, aldicarb, and diquat concentrations in animal feeds. Conventional, mineral NPK-based fertilization resulted in significantly lower polyphenol, but higher cadmium and protein concentrations in feeds. Feed composition differences resulting from the use of pesticides and/or mineral NPK-fertilizer had a significant effect on feed intake, weight gain, plasma hormone, and immunoglobulin concentrations, and lymphocyte proliferation in both generations of rats and in the second generation also on the body weight at weaning. Results suggest that relatively small changes in dietary intakes of (a) protein, lipids, and fiber, (b) toxic and/or endocrine-disrupting pesticides and metals, and (c) polyphenols and other antioxidants (resulting from pesticide and/or mineral NPK-fertilizer use) had complex and often interactive effects on endocrine, immune systems and growth parameters in rats. However, the physiological responses to contrasting feed composition/intake profiles differed substantially between the first and second generations of rats. This may indicate epigenetic programming and/or the generation of “adaptive” phenotypes and should be investigated further