Estudio metalo-metabolómico de bioindicadores de áreas costeras y estuarinas del suroeste de la Península Ibérica

Resumen

Los invertebrados acuáticos son muy buenos bioindicadores que resultan particularmente útiles para evaluar la calidad de los ecosistemas acuáticos; las especies indicadoras deben reunir una serie de características como poseer una amplia distribución y una gran abundancia; además presentar una relación entre el contenido de contaminante en sus tejidos y la concentración de éste en el ambiente. Por otro lado, son adaptables a estudios de laboratorio. Estos organismos han sido empleados en numerosos trabajos de investigación, en relación con la capacidad de acumulación de contaminantes y para determinar los cambios producidos en sus rutas metabólicas debido a exposición a xenobióticos, en la línea de nuestro estudio, metales y fármacos; lo que ha determinado su selección para el desarrollo de esta Tesis Doctoral. La problemática de la contaminación ambiental en ecosistemas acuáticos debido a actividades antropogénicas ha provocado que en los últimos años exista un especial interés en el estudio de biomarcadores, que son parámetros biológicos medidos en los organismos bioindicadores, que indican, al alterarse sus niveles, la exposición a estos contaminantes, sus efectos biológicos o los riesgos de su presencia en los ecosistemas. El análisis de biomarcadores convencionales es un instrumento clave para detectar el impacto de la contaminación sobre la salud de los ecosistemas, aunque se requiere un profundo conocimiento sobre los mecanismos toxicológicos en los que se ven envueltas las sustancias. Por esta razón las ómicas son ahora la nueva herramienta para evaluar la respuesta biológica global a la contaminación, en concreto la presencia y modificaciones que sufren las metalobiomoléculas y los metabolitos, utilizados como biomarcadores de estrés ambiental. Las nuevas tecnologías analíticas para el estudio de la respuesta biológica, en particular el empleo de procedimientos de especiación basados en acoplamientos HPLC-ICP-MS y las técnicas de extracción de especies químicas rápidas y eficaces junto a técnicas de masas en tandem (Q-TOF), están abriendo nuevas posibilidades en el estudio y caracterización de metalobiomoléculas y metabolitos. Asimismo, el desarrollo de técnicas metalómicas que utilizan cromatografía multidimensional (SEC-HPLC) y detección ICP-MS, y métodos metabolómicos mediante espectrometría de masas por infusión directa y análisis estadístico multivariante constituyen herramientas muy poderosas e innovadoras que pueden ser útiles en la biomonitorización de ecosistemas contaminados y en el estudio de la acción de sustancias contaminantes sobre organismos bioindicadores. El presente estudio se centra en la evaluación y seguimiento de la contaminación ambiental del suroeste de la Península Ibérica utilizando como bioindicadores tres invertebrados, los moluscos Scrobiculaña plana y Ruditapes philippinarum y el crustáceo Procambarus clarkii, en los que se han estudiado la presencia y modificaciones que sufren biomarcadores de estrés ambiental (metalobiomoléculas y metabolitos). Asimismo se ha lleva a cabo experiencias de exposición a fármacos en ambientes controlados para evaluar cambios producidos en las rutas metabólicas. El estudio de la contaminación ambiental en el suroeste de la Península Ibérica (Algarve-Cádiz- Parque Nacional de Doñana y alrededores) se ha llevado a cabo mediante el análisis de biomarcadores relacionados con el estrés ambiental, concretamente metalobiomoléculas, utilizando invertebrados Scrobicularia plana y Procambarus clarkii capturados en distintas zonas de estudio. Para ello se ha desarrollado un procedimiento metalómico basado en el acoplamiento de la cromatografía de exclusión de tamaño con detección elemental ICP-MS, el cual se ha aplicado a diferentes órganos con objeto de identificar posibles cambios de expresión de metalobiomoléculas como consecuencia de la contaminación ambiental. Además, en el caso de Procambarus clarkii, en base a los resultados obtenidos, se han estudiado otros biomarcadores relacionados con la contaminación por metales (metalotioneínas y peroxidación lipídica) y se ha desarrollado un método analítico para especiación de arsénico mediante cromatografía iónica acoplada a ICP-MS para comparar zonas contaminadas y no contaminadas. Por otro lado, se ha desarrollado un procedimiento metabolómico, en el contexto de la metabolómica medioambiental, mediante la extracción rápida de metabolitos y detección por espectrometría de masas en tándem por infusión directa (ESI-QqTOF) con la el objetivo de encontrar biomarcadores metabolómicos relacionados con la respuesta al estrés ambiental en distintos órganos del cangrejo Procambarus clarkii. En este sentido, se ha desarrollado en la presente Tesis un estudio de exposición a diferentes fármacos (ibuprofeno, carbamazepina y diclofenaco) en condiciones de laboratorio, en el que se realiza este mismo procedimiento metabolómico para el estudio de la respuesta biológica del bioindicador bivalvo Ruditapes philippinarum, con objeto de identificar posibles cambios en rutas metabólicas como consecuencia de la exposición a estos contaminantes emergentes. Al tratarse de crustáceos y moluscos bivalvos, poseen un metabolismo más sencillo que permite realizar de forma simplificada ensayos de exposición a elementos tóxicos, extrapolables, posteriormente a organismos más complejos. En general, esto convierte a estos organismos en bioindicadores muy adecuados para estudios de toxicidad y contaminación ambiental, mediante la comparación de la respuesta biológica al estrés y los diferentes niveles de expresión de metalobiomoléculas y metabolitos relacionadas con exposición a elementos tóxicos.