Estudio metalómico/metabolómico comparativo del ratón de laboratorio Mus musculus y del ratón de vida libre Mus spretus para evaluar el estrés ambiental de ecosistemas terrestres

Resumen

La diagnosis del estrés ambiental, precisa la combinación de ensayos químicos de los contaminantes en el medio, con el conocimiento de la respuesta biológica a dichos contaminantes. Esta respuesta puede evaluarse mediante experiencias de exposición, que integren los procesos de sinergismo/antagonismo entre contaminantes y la interacción con sustancias de los ecosistemas. Durante todo el período de la presente Tesis Doctoral, se ha utilizado el ratón de vida libre Mus spretus como bioindicador de la contaminación terrestre ocasionada por metales tóxicos en un entorno ecológico de referencia como es el Parque Nacional de Doñana. Estos estudios se han centrado en el uso de las tecnologías ómicas en este bioindicador en la zona de referencia amenazada por la contaminación de metales tóxicos. Los estudios realizados han permitido profundizar en el conocimiento relacionado con el tráfico de metales, interacciones entre ellos y homeostasis en estos organismos de vida libre. El Parque Nacional de Doñana, a pesar de haber sido declarado como Reserva de la Biosfera, especialmente para aves migratorias, se ve amenazado por diversas actividades naturales y antropogénicas que se desarrollan en su entorno, como actividades agrícolas, mineras e industriales. Para este propósito, se han desarrollado y aplicado metodologías metalómicas que han permitido el estudio de la contaminación metálica presente en la zona de estudio centradas en el uso de un detector de plasma acoplado inductivamente-espectrometría de masas (ICP-MS). Además, se han aplicado metodologías metabolómicas basadas en la infusión directa a un espectrómetro de masas de alta resolución (DI-ESI-QTOF- MS) y la cromatografía de gases con detector de masas (GC-MS), seguido del análisis discriminante de los resultados (PLS-DA), para comparar la respuesta biológica de Mus spretus procedentes de diferentes áreas del Parque Nacional de Doñana y sus alrededores. Por otro lado, se han desarrollado estudios paralelos de la Tesis para la evaluación de los efectos toxicológicos de metales como As, Cd, Hg en el ratón de laboratorio Mus musculus sometido a experimentos de exposición controlados. Además, se ha desarrollado un enfoque metalómico basado en el uso de la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC) acoplada a ICP-MS, con objeto de conocer mejor los cambios funcionales de las metalobiomoléculas, los procesos de desintoxicación y la regulación de los metales en los ratones (Mus musculus) bajo estas experiencias de exposición que pueden ser comparadas con procesos análogos que se produzcan en el medio ambiente. Estos estudios han sido complementados con técnicas innovadoras basadas en el uso de la dilución isotópica (IDA) para cuantificar el selenio y el cobre asociado a las proteínas citosólicas y las presentes en el torrente sanguíneo, utilizando un sistema ICP-MS como detector multielemental. Esta metodología ha sido desarrollada y validada por cromatografía multidimensional basada en 2D/SEC-AF-HPLC-SUID-ICP-ORS-MS, 3D/SEC-AF- AEC-HPLC-SUID-ICP-ORS-MS para la cuantificación absoluta de especies de selenio y 2D/SEC-AEC-HPLC- SUID-ICP-ORS-MS para la especiación de metalo proteínas que contienen Cu. Además, se ha utilizado un procedimiento de deconvolución isotópica (IPD) para estudiar el transporte y destino final del 77Se (selenito) en ratones Mus musculus sometidos a la exposición a cadmio y el efecto de este elemento tóxico en las selenoproteínas del plasma. Los estudios medioambientales dirigidos a identificar respuestas biológicas de contaminantes ambientales encuentran serias dificultades en su aplicación, ya que deben enfrentarse a la complejidad de los ecosistemas, en los que coexisten numerosos xenobióticos que afectan a los organismos, pero que además interaccionan entre sí y se comportan de forma diferente ante los diversos filtros biológicos, y como consecuencia de ello, resulta difícil establecer claramente las relaciones causa-efecto por la multiplicidad de posibles respuestas. Por ello, para establecer de forma segura los mecanismos de acción de los contaminantes hay que recurrir a estudios de exposición en el laboratorio que permitan un control adecuado de todas las variables relacionadas con dichos compuestos. Por último las conclusiones que resulten pueden extrapolarse y validarse en animales de vida libre en campañas adecuadas de muestreo en el campo. Todos estos aspectos considerados en relación al estudio de la contaminación y sus efectos, constituyen la finalidad de esta Tesis Doctoral, sobre la que se apoyan los objetivos que se proponen más adelante.