Los investigadores del Centro de Investigación de Bioseñales de la Universidad de Kobe han desarrollado con éxito plantas que pueden usarse para detectar contaminantes orgánicos, tales como bifenilos policlorados y sustancias químicas que alteran el sistema endocrino, que contaminan el suelo y el agua.

El equipo estaba formado por Petya Stoykova, beneficiario de una beca posdoctoral para la investigación de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) en Japón (ahora investigadora en el AgroBioInstitute de Bulgaria), El profesor emérito OHKAWA Hideo de la Universidad de Kobe y el profesor INUI Hideyuki.

Próximo, esperan usar plantas para desarrollar tecnología conveniente y económica para monitorear la toxicidad.

Estos resultados de investigación se publicaron en línea en dos artículos, que apareció por separado en el Revista de fisiología vegetal el 29 de junio y el Quimiosfera el 22 de julio.

Existen varios tipos de contaminantes orgánicos en nuestro entorno circundante. Los ejemplos bien conocidos incluyen bifenilos policlorados (PCB) que se utilizaron en luces fluorescentes y papel de copia sin carbón, compuestos organofluorados que se utilizan para hacer que las cosas sean resistentes al agua y al aceite de cocina, como envases de alimentos y utensilios de cocina, y alquilfenoles, utilizados como precursores de detergentes y otros productos. Estos contaminantes orgánicos se han liberado a la atmósfera, ríos y tierra, y los elementos resistentes a la descomposición han sido ingeridos por el pescado, ganado y cultivos, dando como resultado que estos contaminantes se acumulen dentro de nuestros cuerpos a medida que sus niveles han aumentado en otras especies. El aumento de la concentración dentro del cuerpo da como resultado varios efectos nocivos como el cáncer, anomalías fetales e inmunotoxicidad.

Para evitar que los contaminantes ingeridos a través de los alimentos se acumulen dentro del cuerpo humano, es necesario monitorear los niveles de contaminantes en el medio ambiente, incluidos los sistemas de agua (ríos, lagos océanos), Especies de peces, la atmósfera, suelo y cultivos. Los resultados nos permiten comprender el tipo y la concentración de contaminantes en un área. Esto permitirá que se pongan en práctica las medidas adecuadas; por ejemplo, la evitación de cultivos donde se detecta contaminación del suelo y la realización de pruebas de contaminación en peces capturados en ríos que se encuentran contaminados. En otras palabras, esto permitirá elegir e implementar medidas para mitigar los efectos adversos de los contaminantes en los seres humanos.

El monitoreo ambiental es la investigación del tipo y concentración de contaminantes en una muestra ambiental; esto involucra múltiples procesos. Por ejemplo, para investigar una muestra de suelo, es necesario agregar un solvente orgánico y luego extraer la sustancia química de la muestra de suelo después de calentarla durante la noche. Próximo, el disolvente orgánico integrado y la sustancia química se eliminan del suelo y se agrega ácido sulfúrico concentrado para eliminar la pigmentación. La concentración de contaminantes orgánicos en la muestra es muy baja, por lo que es necesario condensar la sustancia extraída para que alcance una concentración que sea posible analizar. Después, este condensado se procesa a través de múltiples columnas de separación y los contaminantes se eluyen de las columnas utilizando solventes orgánicos que corresponden a las propiedades de los contaminantes específicos. Próximo, es necesario eliminar las impurezas de la muestra para extraer solo el contaminante objetivo. A esto se le llama purificación. Esta serie de pasos (extracción, concentración y purificación) se denomina colectivamente pretratamiento, y debe llevarse a cabo para analizar trazas de contaminantes orgánicos en una muestra.

Finalmente, Se aplican a la muestra pretratada técnicas de química analítica como cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) y cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS). Al analizar los datos espectrales resultantes que indican la presencia de sustancias contaminantes, es posible determinar el tipo (especiación) y la concentración (cantidad fija) de contaminantes en la muestra.

El monitoreo ambiental se realiza de acuerdo con los métodos analíticos oficiales de cada país y esto juega un papel vital en la identificación y cuantificación de contaminantes orgánicos. Sin embargo, las etapas de pretratamiento requieren grandes cantidades de ácido sulfúrico y varios tipos de solventes orgánicos volátiles para ser utilizados, y esta exposición es peligrosa para quienes realizan los procesos.

Por lo tanto, es necesaria una técnica más competente para convertir las minúsculas cantidades de contaminantes que se encuentran en las muestras ambientales (que se han sometido a un pretratamiento complejo) en muestras que se pueden analizar. Es más, el uso de aparatos costosos como GC / MS y LC / MS (que pueden costar entre cientos de miles y millones de dólares estadounidenses) aumenta el costo del proceso analítico. Para obtener una evaluación precisa del alcance de la contaminación, es necesario obtener numerosas muestras ambientales. Sin embargo, solo es posible analizar algunas muestras representativas debido a los costos prohibitivos de los métodos actuales. Aunque el análisis instrumental es adecuado para determinar el tipo y la concentración de cada contaminante en una muestra ambiental, este método no puede decirnos qué tan tóxico es cada contaminante, ni la toxicidad general de múltiples contaminantes en una sola muestra.

En respuesta, este equipo de investigación desarrolló un método de seguimiento que es completamente diferente a los métodos anteriores, que requieren pretratamientos y aparatos costosos para determinar el tipo y concentración de contaminantes en una muestra ambiental.

Los animales tienen proteínas llamadas receptores químicos, que reconocen e interceptan sustancias químicas que penetran en las células desde el exterior del cuerpo. Cuando un receptor se une a una sustancia extraña dentro de la célula, activa la transcripción de un gen específico. La función regular de la proteína creada por este gen es reaccionar con la sustancia extraña y excretarla del cuerpo.

Un ejemplo de este tipo de receptor es AhR (receptor de hidrocarburos arilo). Dentro de las celdas El AhR se une a las dioxinas y los PCB de los alimentos contaminados. Luego crea una enzima que puede convertirlos en sustancias que se disuelven fácilmente en agua, promoviendo así su excreción del cuerpo. Por lo tanto, El AhR juega un papel importante a la hora de indicar si las dioxinas y los PCB son tóxicos para los animales.

Además, el receptor de estrógeno (RE) responde a las hormonas creadas dentro del cuerpo de un animal y participa en la expresión de genes importantes para la morfogénesis y el crecimiento. ER se une a la hormona femenina estradiol y regula estrictamente el momento y la cantidad de activación de la transcripción genética para la proteína que debería producirse en respuesta a la hormona. Sin embargo, si, en cambio, ER se une a una sustancia química que interrumpe el sistema endocrino que ha entrado en el cuerpo a través de los alimentos o el agua, entonces esto altera el tiempo y el nivel de activación de la transcripción genética, resultando en efectos perjudiciales.

Plantas por otra parte, no pueden moverse una vez que han echado raíces, por lo que sus raíces se extienden por debajo del suelo para obtener los nutrientes necesarios para el crecimiento. Son capaces de absorber suficientes nutrientes incluso cuando las concentraciones son bajas porque continúan extendiendo sus raíces. En otras palabras, las plantas tienen la capacidad de acumular sustancias químicas que se absorben del suelo a través de sus raíces.

A este equipo de investigación se le ocurrió la idea de un método para monitorear la contaminación ambiental, que implica la introducción de receptores químicos de origen animal en una planta, y utilizándolos para detectar contaminantes absorbidos por la planta. Crearon una planta de AhR para el monitoreo de PCB y una planta de ER para monitorear los químicos disruptores endocrinos. Cuando estas plantas se cultivaron en suelos y cultivos que contenían los contaminantes respectivos, los contaminantes absorbidos por las raíces unidos a los receptores dentro de las células, activando la transcripción del gen reportero. Por lo tanto, es posible monitorear los contaminantes detectando este reportero.

Las plantas AhR pueden detectar CB126, cuál es el PCB más tóxico, así como otros tipos (CB77, CB118). Por otra parte, Las plantas de ER pueden detectar octilfenol (OP, un tipo de alquilfenol) además de la hormona femenina 17ß-estradiol, los insecticidas fipronil e imidacloprid, y el ácido perfluorooctanosulfónico organofluorado (PFOS). Se sabe que estos productos químicos están contaminando el suelo y los sistemas de agua. El equipo de investigación descubrió que estas plantas demostraron albinismo y anomalías estructurales, como raíces más cortas cuando había contaminantes. Esto indica que es posible detectar contaminantes de una manera observable que es incluso más simple que la detección de reporteros.

Los resultados de esta investigación muestran que la recolección de grandes muestras ambientales para el monitoreo es innecesaria y que es posible detectar contaminantes usando pequeñas cantidades de tierra (unos pocos gramos) o agua (alrededor de 10 mililitros aproximadamente). Es más, Es posible investigar si una muestra ambiental contiene sustancias químicas tóxicas con el método de monitoreo que usa receptores químicos para indicar toxicidad.

Para el monitoreo ambiental de contaminantes orgánicos, es vital recolectar tantas muestras como sea posible para comprender con precisión el alcance de la contaminación. Sin embargo, No es posible analizar numerosas muestras con los métodos oficiales actuales debido a la cantidad de tiempo y dinero que esto requeriría. El método que ha desarrollado este equipo de investigación es mucho más simple, y simplemente requiere que las plantas se cultiven con una pequeña muestra de suelo y agua, y la presencia de contaminantes que se evaluarán mediante la detección de reporteros y la observación del crecimiento de las plantas. Es más, también permite evaluar la toxicidad de contaminantes no cubiertos por métodos oficiales. Por lo tanto, este nuevo método sería adecuado para el cribado de numerosas muestras ambientales antes de la confirmación del tipo y concentración de contaminantes de acuerdo con los métodos analíticos oficiales.

En este estudio, los investigadores han demostrado que es posible controlar los PCB y las hormonas ambientales mediante la introducción de AhR y ER en las plantas. Sin embargo, los animales tienen muchos otros receptores químicos además de AhR y ER. En consecuencia, esto debería permitir la aplicación de este método a la vigilancia de la toxicidad de otras sustancias químicas mediante la introducción de diferentes tipos de receptores en las plantas.