El plancton marino cuenta la larga historia de la salud del océano, y quizás también de las personas

Utilizando muestras de un estudio en curso de plancton marino que tiene 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 que se encuentran en partes del océano del mundo pueden usarse para monitorear el impacto. de la actividad humana en la salud de los ecosistemas y algún día puede usarse para estudiar las relaciones entre la contaminación del océano y las tasas de contaminación de la tierra. enfermedades crónicas en la infancia y la edad adulta.

Los resultados se publicaron en la edición del 6 de enero de 2023 de la revista Ciencias Ambientales Totales.

“Este es un estudio piloto para probar la viabilidad de usar muestras de plancton archivadas de la encuesta CPR (Continuous Plankton Recorder) para reconstruir las tendencias históricas de la contaminación marina en el espacio y en horas”, 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 se ha producido en todo el mundo desde la década de 1980.

“Estudios recientes han resaltado la estrecha relación entre la contaminación del océano y la salud humana. En este estudio, hicimos la pregunta: ¿Los cambios en el exposoma del plancton (la medida de todas las exposiciones de por vida) afectan la salud de los ecosistemas y las pesquerías?

“También queremos sentar las bases para hacer una segunda pregunta: ¿Se pueden usar los productos químicos hechos por el hombre en el plancton como un barómetro para medir los cambios en la quimiosfera global que pueden contribuir a las enfermedades infantiles y adultas? En otras palabras, queremos probar la hipótesis de que la rápida renovación y la susceptibilidad a la contaminación del plancton pueden convertirlo en la versión marina del canario en la mina de carbón.»

Con sede en el Reino Unido, la encuesta CPR es la encuesta de ecología marina más antigua y geográficamente más extensa del mundo. Desde 1931, casi 300 barcos han viajado más de 7,2 millones de millas remolcando dispositivos de muestreo que miden el plancton y el medio ambiente en todos los océanos del mundo, el Mediterráneo, el Mar Báltico y el Mar 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 normalmente diminutos que proporcionan alimento a muchas otras criaturas acuáticas, desde mariscos hasta ballenero.

“El plancton marino existe en todos los ecosistemas oceánicos”, dijo la coautora del estudio Sonia Batten, PhD, ex coordinadora de CPR del Pacífico y actual secretaria ejecutiva de la Organización de Ciencias Marinas del Pacífico Norte. “Forman comunidades complejas que forman la base de la red alimentaria y juegan un papel importante 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 recolectados en tres lugares diferentes en el Pacífico Norte en diferentes momentos entre 2002 y 2020, luego usaron diferentes tecnologías para evaluar su exposición a diversos productos químicos artificiales, incluidos productos farmacéuticos; contaminantes orgánicos persistentes (COP) como los productos químicos industriales; pesticidas; ftalatos y plastificantes (productos químicos derivados de los plásticos); y productos de cuidado personal.

La cantidad de muchos de estos contaminantes ha disminuido en 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 antiguos y el antibiótico común amoxicilina han disminuido en gran medida en el Océano Pacífico Norte durante los últimos 20 años, posiblemente en parte debido a la regulación. gobierno federal y una disminución en el uso general de antibióticos en los Estados Unidos y Canadá, pero los resultados están sesgados por un aumento simultáneo en el consumo 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, hay niveles más altos y una mayor variedad de sustancias químicas que se encuentran en los taxones de plancton que habitan en estos ambientes costeros.

Los autores dicen que su proyecto piloto allana el camino para una investigación de seguimiento diseñada para examinar las relaciones entre el exposoma del plancton, las relaciones depredador-presa y las pesquerías afectadas.

“Se necesitan estudios de seguimiento por parte de epidemiólogos y ecologistas marinos para probar si el exposoma del plancton está relacionado con tendencias médicas importantes en las poblaciones humanas cercanas, como la mortalidad infantil, el autismo, el asma, la diabetes y la demencia”, dijo Naviaux.

Naviaux señaló que los hallazgos revelan nuevas pistas para explicar la naturaleza de muchas enfermedades crónicas en las que persisten los episodios de respuesta de peligro celular (CDR), lo que resulta en síntomas crónicos.

Durante más de una década, Naviaux y sus colegas han planteado la hipótesis de que la acumulación de datos sugiere que muchas 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, son al menos parcialmente consecuencias metabólicas. disfunción que resulta en una recuperación incompleta, caracterizada como CDR.

Naviaux ha publicado extensamente sobre el tema, incluido cómo la CDR puede verse afectada por factores ambientales que conducen a la disfunción metabólica y la enfermedad crónica.

“El propósito de CDR es ayudar a proteger la célula y reiniciar el proceso de curación después del daño, endureciendo las membranas celulares, reduciendo y cambiando su contacto con los vecinos, y la reorientación de la energía y los recursos para la defensa hasta que el peligro desaparezca. . . ”, dijo Naviaux.

“Pero a veces los CDR se atascaban. Esto impide que se complete el ciclo de curación natural, cambiando la forma en que la célula responde al mundo. Cuando esto sucede, las células actúan como si todavía estuvieran lesionadas o en peligro inminente, incluso si 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 impedir la finalización del ciclo de curación. Cuando esto sucede, conduce a los síntomas de una enfermedad crónica. ”

“CDR es un proceso de todo el cuerpo que comienza en las mitocondrias y en la célula. Las mitocondrias son orgánulos celulares que actúan como biocentinelas que monitorean constantemente la química de la célula y su entorno. Las mitocondrias controlan la actividad metabólica necesaria para la energía y el movimiento, innata inmunidad, para regular la salud del microbioma y para producir los componentes básicos necesarios para la reparación de tejidos después de una lesión. »

Al estudiar el plancton marino, Naviaux y sus coautores descubrieron que las sustancias perfluoroalquiladas (sustancias químicas comúnmente utilizadas para mejorar la resistencia al agua de varios productos cotidianos, desde el empaque hasta la ropa y los utensilios de cocina) dominan el exposoma del plancton.

Se sabe que estas sustancias inhiben varias 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 incluyen ftalatos de plásticos y productos de cuidado personal, como lociones y champús. Los ftalatos son disruptores endocrinos que se han incrementado en el exposoma del plancton durante más de 20 años y tienen efectos directos e indirectos sobre las mitocondrias.

“El plancton respondió a los productos químicos a los que estuvo expuesto, en parte a través de cambios en sus propias mitocondrias que cambiaron su biología”, dijo Naviaux, “y también lo hicieron, diría, los humanos”. Espero que el uso de nuestros métodos por parte de grupos de investigación de todo el mundo fortalezca la relación entre la salud de los ecosistemas y la salud humana y proporcione nuevas herramientas para rastrear la evolución de la huella química humana durante el último siglo.

“Si los vínculos resultan lo suficientemente fuertes, los exposomas de plancton de los sitios de observación de todo el mundo podrían usarse en el futuro para monitorear y reducir la contaminación que conduce a enfermedades humanas”.

Los autores 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.

La financiación de esta investigación provino, en parte, de un consorcio de financiadores a través de la Organización de Ciencias Marinas del Pacífico Norte, que consta del Consejo de Investigación del Pacífico Norte, la Junta Directiva de Derrames de hidrocarburos del Exxon Valdez a través de Gulf Watch Alaska, el Departamento Canadiense de Pesca y Océanos y la Asociación Biológica Marina; el Fondo Christini de UC San Diego y la Fundación Lennox.

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