Usando muestras de un estudio en curso de plancton marino de casi un siglo de antigüedad, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego sugieren que los niveles crecientes de sustancias químicas creadas por el hombre que se encuentran en partes de los océanos del mundo podrían usarse para monitorear el impacto de la actividad humana en la salud del ecosistema, y puede que algún día se utilice para estudiar las conexiones entre la contaminación del océano y las tasas terrestres de enfermedades crónicas infantiles y adultas.
Los hallazgos se publican en la edición del 6 de enero de 2023 de la revista. Ciencia del Medio Ambiente Total.
«Este fue un estudio piloto para probar la viabilidad de usar muestras archivadas de plancton de la encuesta Continuous Plankton Recorder (CPR) para reconstruir las tendencias históricas en la contaminación marina en el espacio y el tiempo», dijo el autor principal Robert K. Naviaux, MD, PhD, profesor en el Departamento de Medicina, Pediatría y Patología de la Facultad de Medicina de UC San Diego. «Nos motivó a explorar estos nuevos métodos el aumento alarmante de enfermedades crónicas en niños y adultos que ha ocurrido en todo el mundo desde la década de 1980.
«Estudios recientes han subrayado el estrecho vínculo entre la contaminación de los océanos y la salud humana. En este estudio, planteamos la pregunta: ¿Los cambios en el exposoma del plancton (la medida de todas las exposiciones a lo largo de la vida) se correlacionan con la salud de los ecosistemas y las pesquerías?
«También queríamos sentar las bases para hacer una segunda pregunta: ¿Se pueden usar las sustancias químicas del plancton hechas por el hombre como un barómetro para medir los cambios en la quimiosfera global que podrían contribuir a las enfermedades infantiles y adultas? Dicho de otra manera, queríamos probar la hipótesis que la rápida rotación y la sensibilidad a la contaminación del plancton podrían convertirlos en una versión marina del canario en la mina de carbón».
Con sede en el Reino Unido, la Encuesta CPR es la encuesta de ecología marina de mayor duración y extensión geográfica del mundo. Desde 1931, casi 300 barcos han viajado más de 7,2 millones de millas remolcando dispositivos de muestreo que capturan plancton y mediciones ambientales en todos los océanos del mundo, el Mediterráneo, el mar Báltico y del Norte y en lagos de agua dulce.
El esfuerzo, junto con programas complementarios en otros lugares, tiene como objetivo documentar y monitorear la salud general de los océanos, con base en el bienestar del plancton marino, una colección diversa de organismos generalmente diminutos que brindan sustento a muchas otras criaturas acuáticas, desde moluscos pescar a las ballenas.
«El plancton marino existe en todos los ecosistemas oceánicos», dijo la coautora del estudio, Sonia Batten, PhD, ex coordinadora de Pacific CPR y actualmente secretaria ejecutiva de la Organización de Ciencias Marinas del Pacífico Norte. «Crean comunidades complejas que forman la base de la red alimentaria y desempeñan un papel esencial en el mantenimiento de la salud y el equilibrio de los océanos. El plancton generalmente tiene una vida corta y es muy sensible a los cambios ambientales».
Naviaux, el coautor correspondiente Kefeng Li, PhD, científico del proyecto en el laboratorio de Naviaux, y sus colegas evaluaron especímenes de plancton tomados de tres lugares diferentes en el Pacífico Norte en diferentes momentos entre 2002 y 2020, luego usaron una variedad de tecnologías para evaluar su exposición. a diferentes productos químicos fabricados por el hombre, incluidos los productos farmacéuticos; contaminantes orgánicos persistentes (COP) como los productos químicos industriales; pesticida; ftalatos y plastificantes (productos químicos derivados de los plásticos); y productos de cuidado personal.
Muchos de estos contaminantes han disminuido en cantidad durante las últimas dos décadas, dijeron los investigadores, pero no universalmente y, a menudo, de manera compleja. Por ejemplo, los análisis sugieren que los niveles de COP heredados y el antibiótico común amoxicilina han disminuido ampliamente en el Océano Pacífico Norte durante los últimos 20 años, quizás en parte debido a una mayor regulación federal y una disminución en el uso general de antibióticos en los Estados Unidos y Canadá, pero los hallazgos se confunden por aumentos coincidentes en el uso en Rusia y China.
Las muestras más contaminadas se tomaron de las zonas costeras más cercanas a la actividad humana y sujetas a fenómenos como la escorrentía terrestre y la acuicultura. En estos lugares, se encontraron niveles más altos y una mayor cantidad de diferentes sustancias químicas en los taxones de plancton que viven en esos ambientes cercanos a la costa.
Los autores dijeron que su proyecto piloto señala el camino hacia una investigación de seguimiento diseñada para examinar las correlaciones entre el exposoma del plancton, las relaciones depredador-presa y las pesquerías afectadas.
«Se necesitan estudios de seguimiento realizados por epidemiólogos y ecologistas marinos para probar si el exposoma del plancton se correlaciona y cómo se correlaciona con importantes tendencias médicas en poblaciones humanas cercanas, como la mortalidad infantil, el autismo, el asma, la diabetes y la demencia», dijo Naviaux.
Naviaux señaló que los hallazgos presentan nuevas pistas para explicar la naturaleza de muchas enfermedades crónicas en las que persisten las fases de la respuesta de peligro celular (CDR), lo que lleva a síntomas crónicos.
Durante más de una década, Naviaux y sus colegas han postulado que la acumulación de datos sugiere numerosas enfermedades crónicas, desde trastornos del neurodesarrollo como el trastorno del espectro autista y trastornos neurodegenerativos como la ELA hasta el cáncer y la depresión mayor, que son, al menos en parte, la consecuencia de una disfunción metabólica que resulta en cicatrización incompleta, caracterizada como CDR.
Naviaux ha publicado extensamente sobre el tema, incluido cómo la CDR puede verse afectada por factores ambientales que dan como resultado una disfunción metabólica y una enfermedad crónica.
«El propósito de la CDR es ayudar a proteger la célula y reactivar el proceso de curación después de una lesión, al hacer que la célula endurezca sus membranas, disminuya y cambie su interacción con los vecinos, y redirija la energía y los recursos para la defensa hasta que el peligro haya pasado. «, dijo Naviaux.
«Pero a veces la CDR se atasca. Esto impide que se complete el ciclo de curación natural, alterando la forma en que la célula responde al mundo. Cuando esto sucede, las células se comportan como si todavía estuvieran lesionadas o en peligro inminente, aunque la causa original de la lesión o amenaza ha pasado. Hemos aprendido que muchos tipos de sustancias químicas ambientales, traumatismos, infecciones u otros tipos de estrés pueden retrasar o bloquear la finalización del ciclo de curación. Cuando esto sucede, conduce a los síntomas de una enfermedad crónica. «
«La CDR es un proceso de todo el cuerpo que comienza con las mitocondrias y la célula. Las mitocondrias son orgánulos en la célula que actúan como biocentinelas que monitorean constantemente la química de la célula y su entorno. Las mitocondrias regulan la actividad metabólica necesaria para obtener energía y movimiento, inmunidad innata, para regular la salud del microbioma y para hacer los componentes básicos necesarios para la reparación de tejidos después de una lesión».
En el estudio del plancton marino, Naviaux y los coautores encontraron que las sustancias perfluoroalquiladas (sustancias químicas comúnmente utilizadas para mejorar la resistencia al agua en varios productos cotidianos, desde envases hasta ropa y utensilios de cocina) eran prominentes en el exposoma del plancton.
Se sabe que estas sustancias inhiben algunas proteínas mitocondriales, incluida una importante enzima utilizada para regular el metabolismo del cortisol y las respuestas de los organismos al estrés. Otros productos químicos encontrados incluyeron ftalatos de plásticos y productos de cuidado personal, como lociones y champús. Los ftalatos son sustancias químicas disruptoras endocrinas que se han incrementado en el exposoma del plancton durante más de 20 años y tienen efectos directos e indirectos en las mitocondrias.
«El plancton está respondiendo a los químicos en su exposoma, en parte por cambios en sus propias mitocondrias que cambian su biología», dijo Naviaux, «y también, diría yo, los humanos. Espero que el uso de nuestros métodos por grupos de investigación de todo el mundo reforzará la conexión entre la salud de los ecosistemas y la salud humana, y proporcionará nuevas herramientas para monitorear cómo ha cambiado la huella química humana durante el último siglo.
«Si se encuentra que los vínculos son lo suficientemente cercanos, la exposición del plancton de los sitios de observación de todo el mundo podría usarse en el futuro para rastrear y frenar la contaminación que conduce a enfermedades humanas».
Los coautores incluyen: Jane C. Naviaux, Sai Sachin Lingampelly, Lin Wang y Jonathan M. Monk, todos en UC San Diego; y Claire M. Taylor y Clare Ostle, ambas de la Asociación de Biología Marina.
El financiamiento para esta investigación provino, en parte, de un consorcio de patrocinadores a través de la Organización de Ciencias Marinas del Pacífico Norte, compuesta por la Junta de Investigación del Pacífico Norte, el Consejo Fideicomisario de Derrames de Petróleo de Exxon Valdez a través de Gulf Watch Alaska, el Departamento Canadiense de Pesca y Océanos y la Marina Asociación Biológica; el Fondo Christini de UC San Diego y la Fundación Lennox.
