Anàlisis dirigides per estudis metabolòmics en organismes aquàtics

El desenvolupament i creixement econòmic i social està produint canvis substancials en els ecosistemes, amb conseqüències devastadores i, per tant, resulta indispensable conèixer quins són els principals efectes i canvis que es produeixen en els perfils metabòlics dels organismes vius en estar exposats a diversos agents contaminants.

La metabolòmica estudia els canvis que es produeixen en el perfil metabòlic d’un organisme i, per tant, ens proporciona una visió global del que succeeix, tot estudiant les molècules més petites i la interacció entre elles. Més concretament, la metabolòmica ambiental analitza els canvis que es produeixen en un organisme, a conseqüència de l’exposició a contaminants ambientals. Les anàlisis d’aquests canvis en els nivells de metabòlits es duen a terme mitjançant tècniques analítiques avançades, capaces de determinar i caracteritzar les molècules diana amb suficient sensibilitat. Concretament, la cromatografia de líquids acoblada a l’espectrometria de masses suposa la millor opció en termes de sensibilitat, especificitat i necessitat de preparativa de la mostra, entre d’altres.

En aquest context, la Dra. Marina Bellot Pulido va defensar recentment la seva tesi doctoral, realitzada al Departament de Química Analítica i Aplicada d’IQS. Sota el títol Targeted analysis for metabolomic studies in aquatic organisms, la tesi va ser dirigida pel Dr. Cristian Gómez Canela, professor i investigador del Grup d’Enginyeria i Simulació de Processos Ambientals – GESPA. La tesi està emmarcada en el desenvolupament i optimització de tècniques d’extracció i anàlisi, per avaluar els canvis en el perfil metabòlic de dos organismes model: un invertebrat, la Daphnia magna, i un vertebrat, el Danio rerioo peix zebra –, després d’haver estat exposats a contaminants ambientals – pesticides, fàrmacs o drogues d’abús –, presents en sistemes aquàtics i que provoquen alteracions en el sistema nerviós central.

La recerca es va dur a terme en col·laboració amb el grup del Dr. Demetrio Raldua i Dr. Carlos Barata, experts en toxicologia de l’Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l’Aigua IDAEA – CSIC i amb els Drs. David Wishart i Dra. Rupsari Mandal del The Metabolomics Innovation Centre (TMIC) de la Universitat d’Alberta, Canadà.

En la seva tesi, la Dra. Bellot va optimitzar, en primer lloc, els processos d’extracció i derivatització dels diferents metabòlits diana en els diferents teixits analitzats – organisme sencer, cervell i intestí – en els dos organismes models d’estudi, amb mètodes d’homogeneïtzació en fred, per evitar la degradació dels metabòlits.

En referència a les tècniques analítiques, en aquesta tesi es van optimitzar les condicions cromatogràfiques i espectromètriques, mitjançant cromatografia de líquids acoblada a espectrometria de masses en tàndem – UHPLC-MS/MS, per tal de millorar la separació cromatogràfica i la sensibilitat de les anàlisis, aconseguint posar a punt una metodologia analítica que, posteriorment, es va aplicar per tal d’avaluar els efectes que els diferents contaminants ambientals analitzats tenen sobre el comportament i el metabolisme dels dos casos d’organismes models esmentats: la Daphnia magna i el peix zebra, en aquest darrer cas utilitzant peixos adults i larves.

En cada cas, es van escollir els metabòlits diana depenent de la característica de la matriu i l’efecte diana del contaminant. Així, es va poder determinar i avaluar l’efecte de contaminants de caràcter neuroactiu sobre teixit cerebral, determinant en aquests estudis els canvis produïts en els nivells de neurotransmissors. Per altra banda, en aquells estudis on s’han analitzat l’efecte en el teixit intestinal, els metabòlits diana han estat neurotransmissors, àcids grassos i lípids.

En definitiva, la recerca de la Dra. Bellot ha demostrat la possibilitat d’avaluar el risc potencial que existeix en l’exposició a contaminants ambientals, mitjançant tècniques analítiques de LC-MS. I ha pogut avaluar l’alteració que ocasionen aquestes exposicions en els perfils metabòlics i de comportament de les espècies estudiades, una evidència de la necessitat de controlar i regular la presència de contaminants ambientals en els ecosistemes.

Daphnia magna:

M. Bellot et al., (2021), Aqueous stability and degradation of psychiatric and neuroactive compounds and its biological activity in Daphnia magna, The Science of the Total Environment, 798: 149252

M. Bellot et al., (2021), Pharmacological Modulation of Behaviour, Seronotnin and Dopamine Levels in Daphnia magna exposed to the Monoamine Oxidase Inhibitor Deprenyl, Toxics 9(8):187

M. Bellot et al., (2022), Phototactic behaviour and neurotransmitter profiles in two Daphnia magna clones: Vertical and horizontal responses to fish kairomones and psychotropic drugs, Science of Total Enviroment, 830, 154684

M. Bellot et al., (2024), Daphnia magna an emerging environmental model of neuro and cardiotoxicity of illicit drugs, Enviromental Pollution 344:123355

Peix zebra:

M. Bellot et al., (2021) Differential Modulation of the Central and Peripheral Monoaminergic Neurochemicals by Deprenyl in Zebrafish Larvae, Toxics, 9(6), 116

M. Bellot et al., (2024), Short-term exposure to environmental levels of nicotine and cotinine impairs visual motor response in zebrafish larvae through a similar mode of action: Exploring the potential role of zebrafish α7 nAChR, Science of the Total Environment, 912, 169301.

M. Bellot et al., (2021), A zebrafish Model of Neurotoxicity by Binge-like Methamphetamine Exposure, Front.Pharmacology, 12:770319

M. Bellot et al., (2024), From dysbiosis to neuropathologies toxic effects of glyphosphate in zebrafish, Ecotoxicology and Enviromental Safety, 270, 115888.

Aquesta tesi s’ha dut a terme dins del projecte COGNIRISK (PID2020-113371RA-C22) – COGNICHEM amb ajuts del Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación del Govern d’Espanya.