Químicos en el medio ambiente: Un enfoque en las mezclas

Los métodos químicos y bioanalíticos combinados son capaces de caracterizar eficientemente las mezclas químicas

27.01.2020 - Alemania

En el pasado, bastaba con identificar los productos químicos individuales como la causa de los efectos perjudiciales para los seres humanos y el medio ambiente. Pero mientras tanto, se ha hecho evidente que este enfoque no está a la altura de las circunstancias. Esto se debe a que el mundo real está marcado por múltiples factores estresantes, entre ellos los cócteles de productos químicos. El artículo de revisión publicado en el número actual de la revista Science presenta enfoques metodológicos para el aislamiento, la caracterización y el seguimiento de los productos químicos de interés en las mezclas complejas. Las técnicas que combinan el análisis químico y los bioensayos son las más adecuadas para este propósito - según un equipo internacional de investigadores encabezado por la toxicóloga ambiental Beate Escher del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental (UFZ).

Los productos químicos han mejorado nuestra calidad de vida. Pero al mismo tiempo, suponen un riesgo considerable para los seres humanos y el medio ambiente: los pesticidas, los productos farmacéuticos y los plastificantes entran en el medio ambiente y en la cadena alimentaria, causando efectos no deseados además de los deseados. A pesar de la legislación vigente, la evaluación y el seguimiento de los riesgos siguen siendo insuficientes.

Esto se debe, entre otros factores, a que el enfoque actual para evaluar los peligros potenciales de los productos químicos se basa en un número relativamente pequeño de componentes individuales. Hoy en día, hay una mayor conciencia del hecho de que los seres humanos y el medio ambiente están expuestos a un cóctel de decenas de miles de sustancias químicas. Hasta la fecha sólo se ha identificado una fracción de estos productos químicos; el efecto sobre los sistemas biológicos y el papel de los productos químicos individuales y de los productos de degradación en el cóctel siguen siendo en gran medida poco claros. Al mismo tiempo, el número de nuevos productos químicos registrados está aumentando rápidamente: de 20 millones a 156 millones entre 2002 y 2019. Todo esto dificulta la detección de las relaciones causa-efecto y requiere nuevos modelos teóricos y enfoques metodológicos.

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Por esta razón, la revisión del grupo de autores dirigidos por la Prof. Beate Escher de la UFZ proporciona una visión general de las tecnologías adecuadas para identificar las sustancias químicas en mezclas complejas y captar sus efectos. Además, evalúan su potencial y sus limitaciones.

La publicación aclara que no se trata sólo de una cuestión de métodos analíticos, sino que el éxito de los procedimientos analíticos también depende de "qué" muestras se toman y "cómo" se procesan. El uso de los mismos enfoques para diferentes tipos de muestras - que van desde el agua y el suelo hasta la sangre o los tejidos - permite comparar los resultados más tarde. Las toallitas o muñequeras de silicona, entre otras cosas, se destacan por ser especialmente innovadoras en su capacidad de captar la exposición personal de los individuos a los contaminantes.

Las posibilidades que ofrece el análisis químico han experimentado enormes mejoras gracias al crecimiento, evolución y accesibilidad de la espectrometría de masas de alta resolución (HR-MS). A menudo, junto con otras tecnologías, el HR-MS puede detectar decenas de miles de señales en muestras biológicas y medioambientales. También constituye la base para la "detección de sospechosos" para identificar sustancias químicas desconocidas en mezclas complejas. "Esto nos permite, entre otras cosas, detectar nuevos contaminantes problemáticos en el medio ambiente", dice Beate Escher. "Pero nunca será capaz de capturar cada una de las sustancias. Incluso las sustancias presentes por debajo del límite de detección instrumental o por debajo del umbral de efecto pueden contribuir al riesgo".

Por ello, el grupo de investigadores recomienda complementar los procedimientos de análisis químico con herramientas bioanalíticas capaces de captar específicamente los efectos de las mezclas en la evaluación de la toxicidad de los efluentes y sedimentos de las aguas residuales. Tradicionalmente, los bioensayos in vivo de organismo entero se utilizaban para este propósito, pero tales bioensayos sufrían de un rendimiento de muestras limitado, entre otras desventajas. El avance de los bioensayos celulares in vitro ha abierto ahora nuevas posibilidades que no sólo reducen la necesidad de los ensayos con animales, sino que también son susceptibles de la robótica de alto rendimiento. "La aplicación de ensayos in vitro de alto rendimiento para la evaluación del riesgo ambiental de mezclas y muestras ambientales complejas es sólo incipiente pero tiene un gran potencial", dice Beate Escher con convicción.

Complementar la espectrometría de masas de alta resolución con herramientas bioanalíticas permite capturar información sobre los efectos de todas las sustancias químicas en una muestra. El profesor Escher opina que una combinación de estas dos herramientas tiene el potencial de revolucionar el monitoreo ambiental. Esta es una de las razones por las que la plataforma tecnológica CITEPro (Chemicals in the Environment Profiler) se estableció en la UFZ. Esta plataforma permite la preparación y el análisis de muestras mediante procedimientos analíticos y bioanalíticos de alto rendimiento. Pero CITEPro es más que un mero hardware. Es un concepto diseñado para caracterizar la exposición - en otras palabras, capturar la totalidad de todas las influencias ambientales a las que un individuo está expuesto a lo largo de su vida. Esto incluye factores externos (sustancias químicas en el aire, en el agua o en los alimentos) y sustancias químicas internas producidas por un organismo en respuesta a diversos factores de estrés.

Conclusión

El número de sustancias químicas identificadas en las muestras ambientales mediante análisis instrumentales sofisticados está aumentando constantemente. En los últimos años, se han desarrollado mejores herramientas para investigar sus efectos combinados y los mecanismos de toxicidad. Sin embargo, sigue siendo difícil dilucidar los factores de estrés químico en el medio ambiente. Los vínculos entre el medio ambiente, la vida silvestre y los seres humanos sólo pueden establecerse aplicando un enfoque integrado de supervisión y evaluación.

El seguimiento de las sustancias químicas y sus productos de transformación en el medio ambiente y en nuestros cuerpos es un inmenso desafío (bio)analítico: el muestreo, la extracción, la detección de sustancias químicas y el análisis de datos deben ajustarse entre sí para obtener una información sólida.

La cuantificación de los efectos de las mezclas es una forma de capturar todas las sustancias químicas presentes y sus productos de transformación bioactivos. La clara relevancia de las mezclas y el hecho de que hay miles de sustancias químicas presentes en el medio ambiente y en nuestros cuerpos significa que se necesita urgentemente un cambio en el paradigma regulador existente hacia los efectos de las mezclas.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.