La contaminación, impulsada por el amoníaco y el arsénico, junto con los impactos del cambio climático, se han convertido en factores críticos que alteran los sistemas acuícolas. Estos problemas no sólo amenazan los ecosistemas acuáticos sino que también tienen consecuencias de gran alcance para la salud humana.
En respuesta a estos desafíos, los investigadores del ICAR-National Institute of Abiotic Stress Management llevaron a cabo un experimento innovador para investigar el potencial de las nanopartículas de manganeso (Mn-NP) para mitigar los efectos adversos de la contaminación y el estrés por altas temperaturas en “panga” Pangasianodon hipophthalmus, una especie de bagre.
Mn-NP: un poderoso aliado contra el estrés
Para abordar los desafíos multifacéticos que enfrenta la acuicultura, el estudio expuso al panga a diversas combinaciones de contaminación por arsénico y amoníaco, así como al estrés por altas temperaturas. Paralelamente, los peces fueron alimentados con dietas enriquecidas con nanopartículas de manganeso Mn-NP.
Las nanopartículas de manganeso representan un micronutriente de profunda significancia en los procesos metabólicos y bioquímicos. Este micronutriente asume un rol multifacético, ampliando su influencia para abarcar la protección contra especies reactivas de oxígeno (ROS), la inmunomodulación, el rendimiento del crecimiento, la coagulación sanguínea, el crecimiento óseo y el funcionamiento del sistema nervioso.
El estudio representa el primero en su tipo para elucidar el rol del Mn-NP en aliviar el estrés mediante la regulación de varios genes involucrados en la respuesta del estrés.
La inclusión de Mn-NP en una concentración de 3 mg kg-1 en la dieta condujo a una notable regulación negativa del cortisol y la expresión del gen HSP 70, lo que sugiere que estas nanopartículas tienen el potencial de mitigar las respuestas al estrés en los peces.
“La presente investigación también ha revelado que la inclusión de Mn-NP en 3 mg kg-1 sirve como protección contra el daño del ADN y mejora la expresión de la proteína inducible por daño del ADN en peces sometidos a diversos factores estresantes”, reportaron los investigadores.
Estimular la inmunidad y reducir la expresión genética dañina
El estudio también reveló que las expresiones de genes relacionados con el sistema inmunológico se vieron significativamente afectadas por los factores estresantes, pero mejoraron con la dieta Mn-NP.
Además, la expresión de genes asociados con respuestas al estrés, como la óxido nítrico sintasa inducible (iNOS), caspasa (CAS), metalotioneína (MT) y citocromo P450 (CYP450), se reguló positivamente en respuesta al estrés.
Sin embargo, la inclusión de Mn-NP a 3 mg kg-1 en la dieta disminuyó significativamente la expresión de estos genes, reduciendo así el estrés en los peces.
Mejorar el crecimiento y proteger el ADN
Además de los genes relacionados con el estrés, el estudio examinó las expresiones genéticas relacionadas con el crecimiento. Los genes asociados con la hormona del crecimiento (GH), los reguladores de la hormona del crecimiento (GHR1 y GHRβ) y los factores de crecimiento similares a la insulina (IGF1 e IGF2) estuvieron significativamente regulados positivamente en peces alimentados con dietas enriquecidas con Mn-NP.
Por el contrario, los genes relacionados con la inhibición del crecimiento, como la miostatina y la somatostatina, estaban regulados a la baja.
Las Mn-NP también demostraron una capacidad notable para proteger a los peces del daño al ADN, como se ve en la expresión genética de proteínas inducibles por daño al ADN y la medición del daño al ADN en tejidos de peces.
Reducir la bioacumulación de arsénico
Uno de los hallazgos más prometedores fue que las Mn-NP mejoraron la desintoxicación del arsénico en varios tejidos de los peces, lo que resultó en una reducción de la bioacumulación de arsénico en los músculos y otras partes del cuerpo.
Esto podría suponer un punto de inflexión a la hora de reducir los riesgos asociados a la bioacumulación de arsénico en los organismos acuáticos y, posteriormente, en la cadena alimentaria.
Conclusión
Las nanopartículas de manganeso (Mn-NP) emergen como una poderosa herramienta para mitigar la contaminación y el estrés, mejorar el crecimiento, proteger el ADN y reducir los riesgos de bioacumulación en los peces.
“El estudio revela que la regulación genética relacionada con el rendimiento del crecimiento también se ve influenciada y mejorada por los Mn-NP, lo que en última instancia contribuye a mejorar las tasas de crecimiento en peces expuestos a condiciones estresantes. Sorprendentemente, la administración de Mn-NP a 3 mg kg-1 promueve eficazmente la desintoxicación de arsénico en varios tejidos de peces”, concluyeron los investigadores.
Además destacan el potencial de los Mn-NP a 3 mg kg-1 para mejorar el bienestar de las especies de peces frente a los desafíos contemporáneos que plantean el cambio climático y la contaminación.
Contacto
Neeraj Kumar
ICAR-National Institute of Abiotic Stress Management
Baramati, Pune, 413115, India
Email: neeraj_journal@live.in
Referencia (acceso libre)
Kumar, N., Thorat, S.T., Singh, A.K. et al. Manganese nanoparticles control the gene regulations against multiple stresses in Pangasianodon hypophthalmus. Sci Rep 13, 15900 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-43084-z
