9 dari 10 orang menghirup udara yang sangat tercemar di seluruh dunia. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, polusi udara yang parah menyebabkan 7 juta kematian setiap tahun melalui berbagai penyakit termasuk penyakit jantung, stroke, kanker paru-paru, infeksi pernapasan, dan penyakit paru obstruktif kronis. Partikel halus (PM, singkatannya dalam bahasa Inggris fine particulate matter) dianggap sebagai faktor utama yang bertanggung jawab atas hubungan antara polusi udara, dan berdampak negatif pada kesehatan melalui berbagai mekanisme seperti genotoksisitas, peradangan, kematian sel, efek prokoagulan, dan spesies oksigen reaktif ( ROS).
Komposisi pencemaran udara sangat bervariasi menurut wilayah geografis, musim, dan sumber pencemar. Umumnya mengandung PM dengan diameter antara 2.5 sampai 10 M (PM10), PM di bawah 2.5 M (PM2.5), Ultrafine PM (PM0.1), ozon, karbon monoksida, oksida nitrogen, oksida belerang, logam, organik senyawa. dan materi biologis. PM2.5 dan PM0.1 merupakan PM yang paling beracun karena bersifat breathable dan dapat menembus lebih dalam ke dalam tubuh Permukaan PM dilapisi dengan logam dan polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), yang dapat menyebabkan pembentukan ROS dan spesies reaktif nitrogen (RN). ROS memicu peradangan, merusak membran sel dan DNA, mengubah aktivitas enzim dan pensinyalan sel. Selanjutnya, ROS menghasilkan spesies reaktif tambahan ketika kontak dengan sel hidup. Misalnya, ROS mendegradasi lipid dalam membran sel melalui peroksidasi, menghasilkan pembentukan aldehida dan spesies elektrofilik reaktif (RES). Logam dalam PM juga menggantikan kation polivalen yang mengganggu fungsi seluler, seperti aktivitas enzim, ekspresi gen, pemeliharaan konformasi protein, dan potensial membran. Ozon yang terkandung dalam polusi udara adalah generator ROS lainnya.
Selain RES yang dihasilkan melalui kontak ROS dengan sel, polusi udara sudah mengandung RES eksogen seperti (metil) glioksal, kuinon, dan molekul mirip kuinon. PAH yang ada pada permukaan PM juga akan (foto) secara kimiawi diubah menjadi kuinon. RES merusak DNA dan protein dan mengganggu keseimbangan redoks intraseluler dengan mengganggu kofaktor seperti glutathione dan NADH. RES diduga terlibat dalam berbagai penyakit, termasuk diabetes dan penyakit neurodegeneratif.
Satu studi menggunakan Escherichia coli sebagai sel caral selama 390 generasi untuk menilai efek jangka panjangnya pada tingkat genetik, transkriptomik dan fisiologis, dan disesuaikan dengan polusi udara. Selama periode ini, E. coli berevolusi untuk tumbuh lebih cepat dan memperoleh mutasi adaptif pada rpoB, yang mengkode subunit? dari RNA polimerase. Karakterisasi transkriptomik dan biokimia menunjukkan adanya perubahan komposisi membran sel yang mengakibatkan permeabilitas yang lebih rendah setelah proses adaptasi. Studi ini menunjukkan bahwa mutasi adaptif dengan dampak fisiologis transformatif dapat diselesaikan dalam genom setelah terpapar polusi udara.