Impacto Ambiental

Pulgas de agua como sistema de alerta temprana para detectar la contaminación del agua

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By Milthon Lujan

Canadá.- Los investigadores de la University of Toronto están desarrollando un sistema de alerta temprana para determinar la calidad y la contaminación del agua, el sistema combina el uso de las pulgas de agua y un instrumento tan sensible que puede detectar cambios a nivel molecular.

La técnica viene siendo desarrollada por Myrna Simpson, profesora del Department of Physical and Environmental Sciences de la U of T, y la investigadora postdoctoral Tae-Yong Jeong emplearon la metabolómica para estudiar la salud de las pulgas de agua (Daphnia). Daphnia magna es un indicador clave que viene siendo usado en evaluaciones de calidad ambiental.

Los investigadores utilizaron un poderoso instrumento llamado espectrómetro de masas en tándem para ofrecer una mirada a los procesos bioquímicos que tienen lugar dentro de Daphnia cuando están expuestos a diferentes condiciones de agua.

Metabolómica para determinar la calidad del agua

La metabolómica comparativa, que compara pequeñas regulaciones biomoleculares bajo diferentes condiciones, ha emergido como una herramienta de investigación sensible e informativa para la evaluación de los estresores ambientales en la pulga de agua.

“La metabolómica es realmente dinámica: le permite detectar cambios bioquímicos en tejidos y células casi instantáneamente” dijo Simpson.

La técnica se puede incorporar en los que se llama el Sistema Biológico de Alerta Temprana para la Contaminación del Agua, que implica observar cómo los organismos responden biológicamente a los cambios en la calidad del agua. Los organismos utilizados en el sistema generalmente tienen una respuesta rápida a los contaminantes y los cambios en los nutrientes, así que la técnica es útil para el monitoreo continuo de la calidad del agua.

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“La salud de los lagos, ríos y arroyos está bajo amenaza continua de las actividades causadas por los humanos, y eso puede cambiar rápidamente las condiciones de nutrientes, el pH y la calidad del agua de los ecosistemas” manifestó Simpson.

El desafío es que no ha habido un método rápido y fácil para monitorear estos entornos de manera rutinaria. Las pruebas reproductivas actuales en Daphnia pueden tardar hasta 21 días en completarse, destacó Simpson. Por otro lado, un enfoque metabólico se puede realizar en minutos a horas, e incluso durante toda la vida del organismo.

“Las técnicas de monitoreo actuales son largas y laboriosas” dijo Simpson, cuya investigación analiza el impacto del cambio ambiental en el suelo y el agua a nivel molecular.

“En Ontario hay tanto lagos y ríos de agua dulce que no se pueden recolectar y procesar muestras los suficientemente rápido”.

Metabolitos en la pulga de agua

En el pasado, se han desarrollado enfoques de metabolómica para monitorear la salud humana y ambiental, pero esta es la primera vez que se prueba su uso en el Sistema Biológico de Alerta Temprana.

La técnica es tan granular que puede detectar niveles de picogramos de metabolitos en una muestra. Simpson dice que, en comparación con otras medidas “ómicas” altamente sensibles como la genómica (genes) o la proteómica (proteínas), la metabolómica es más barata, más fácil y más rápida.

Los investigadores midieron las concentraciones de 24 metabolitos con cambios en la calidad del agua y la variación de las abundancias de los metabolitos fue comparado dentro y entre condiciones.

“El monitoreo dependiente de la edad reveló que los individuos maduros mayores de 8 días son organismos modelos apropiados para el monitoreo basado en la su baja variación metabolómica, comparado con las pulgas de agua jóvenes” reportan los científicos.

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El tiempo y la sensibilidad son cruciales cuando se trata de monitorear la calidad del agua, señala Jeong. Una vez que las Daphnia son expuestas a contaminantes, la toxicidad puede comenzar a alterarlas fundamentalmente a nivel molecular, afectando los niveles de energía, la capacidad de reproducirse y causando cambios genéticos.

“Si Daphnia no está feliz debido a que está afectada por la contaminación, tú verás esto en cascada a través de toda la red alimentaria” dijo.

“Ellos son ideales para usar en el estudio de la contaminación del agua debido a que son representativos de lo que está sucediendo en su entorno”.

La investigación, que recibió fondos de la Krembil Foundation y Ministry of the Environment, Conservation and Parks de Ontario, ha sido publicado en la revista Water Research.

El equipo de investigadores publicaron una segundo artículo que analiza cómo los metabolitos pueden fluctuar a lo largo de la vida útil de Daphnia, que se publicó en la revista Environmental Science & Technology.

Debido a que la metabolómica es tan sensible, un siguiente paso importante para los investigadores es descubrir cómo distinguir entre los cambios metabólicos leves causados por la contaminación y las variaciones más extremas.

“Necesitamos definir qué es un pequeño cambio en el metabolismo versus un cambio realmente grande que sabemos que se manifestará en algo mucho peor” concluye Simpson.

Referencias:
Tae-Yong Jeong, Myrna J.Simpson. Daphnia magna metabolic profiling as a promising water quality parameter for the biological early warning system. Water Research, Volume 166, 1 December 2019, 115033. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115033 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135419308073 

Tae-Yong Jeong and Myrna J. Simpson. Reproduction Stage Differentiates the Time-Course Regulation of Metabolites in Daphnia magna. Environmental Science & Technology 2019 53 (21), 12764-12773 DOI: 10.1021/acs.est.9b03762 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b03762  

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