¿Pueden las toxinas ambientales alterar los ritmos circadianos, el "reloj" biológico cuya alteración está relacionada con la inflamación crónica y una serie de trastornos humanos? La investigación que muestra un vínculo entre la alteración circadiana y el plancton que se ha adaptado a la contaminación por sal de las carreteras pone la pregunta directamente sobre la mesa.

"Esta investigación muestra que la exposición a toxinas ambientales puede estar deprimiendo la función de nuestro reloj circadiano, cuya interrupción está relacionada con un aumento de las tasas de cáncer, diabetes, obesidad, enfermedad del corazón, y depresión, "dijo Jennifer Hurley, un profesor asistente de ciencias biológicas, miembro del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios (CBIS) del Instituto Politécnico Rensselaer, y autor principal de esta investigación. "Esta es la primera vez que alguien ha demostrado que esto sucede en el nivel del reloj central, que habíamos considerado una gran protección contra este tipo de efectos ambientales ".

La investigación se basa en hallazgos recientes del Proyecto Jefferson en Lake George, mostrando que una especie común de zooplancton, Daphnia pulex, puede evolucionar la tolerancia a niveles moderados de sal de carreteras en tan solo dos meses y medio. Esa investigación produjo cinco poblaciones de Daphnia adaptadas a concentraciones de sal que van desde la concentración actual de 15 miligramos por litro de cloruro en Lake George, a concentraciones de 1, 000 miligramos por litro que se encuentran en lagos altamente contaminados en América del Norte.

"Plancton, que son consumidores clave de algas y fuente de alimento para muchos peces, puede estar haciendo una compensación monumental para tolerar el aumento de la sal en las carreteras, "dijo Rick Relyea, Director del Proyecto Jefferson, Miembro de CBIS, y coautor del estudio. "El ritmo circadiano guía a estos animales a través de una migración diaria, a aguas profundas durante el día para esconderse de los depredadores y aguas poco profundas durante la noche para alimentarse. Alterar ese ritmo podría afectar a todo el ecosistema del lago ".

Hurley dijo que la adaptación a la sal probablemente esté afectando a Daphnia a nivel epigenético, un cambio hereditario en los niveles de genes más que en el código genético. La investigación tiene una amplia aplicabilidad en múltiples campos más allá de la salud humana y es una demostración de vanguardia, investigación interdisciplinaria resultante de la colaboración cruzada entre CBIS y el Proyecto Jefferson.

Para explorar si la sal afecta el ritmo circadiano de Daphnia, Los investigadores establecieron por primera vez que el plancton está gobernado por un conjunto básico de genes de control del reloj que anticipa el ciclo día / noche. Los genes de control del reloj promueven y suprimen la transcripción de genes, creando oscilaciones diarias en los niveles de enzimas y hormonas para afectar la función celular, división, y crecimiento, así como parámetros fisiológicos como la temperatura corporal y las respuestas inmunes. El genoma de Daphnia incluye el gen PERIOD (PER), un conjunto de genes casi idénticos al reloj central bien establecido de la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ).

Kayla Coldsnow, un estudiante de doctorado de Rensselaer y el primer autor del estudio, rastreó la expresión del ARNm de PER en Daphnia expuesta a niveles naturalmente bajos de sal y condiciones de oscuridad constante. A pesar de estas constantes condiciones ambientales, Los niveles de ARNm de Daphnia PER oscilaron con un ritmo de 24 horas, una indicación clara de un reloj circadiano funcional. Sus resultados, en combinación con la investigación existente, muestra que PER "genes reloj" están activos en Daphnia.

Para probar si la adaptación a ambientes con alto contenido de sal afecta este reloj circadiano funcional, Coldsnow luego realizó un experimento similar con las cinco poblaciones de Daphnia producidas durante su investigación anterior. Sus datos mostraron que los ritmos de ARNm de PER se deterioraron con la adaptación a concentraciones crecientes de sal.

"Lo que vemos es un respuesta medida en este organismo; cuanto mayor sea el nivel de sal al que se adaptan las Daphnia, cuanto más suprime la expresión de su reloj circadiano, ", dijo Hurley." La población adaptada a niveles naturalmente bajos de sal exhibe una hermosa, oscilación saludable en la expresión de ARNm de PER, pero la población adaptada a altos niveles de sal ha perdido por completo su capacidad para hacer oscilar esta expresión de ARNm ".

Hurley dijo que los hallazgos abren una nueva puerta en la investigación circadiana.

"Las implicaciones son sustanciales, "Dijo Hurley." Has expuesto a Daphnia a una toxina ambiental, y su reloj fue suprimido, probablemente a través de mecanismos epigenéticos. El reloj y la biología de Daphnia es muy similar al reloj y la biología tanto en nuestro cerebro como en la mayoría de los organismos. ¿Es posible que podamos ver cambios epigenéticos en el cerebro humano debido a la exposición a toxinas ambientales?