Algunas sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) son poco biodegradables y también se las conoce como “sustancias químicas eternas”. Tienen efectos adversos para la salud y pueden provocar daños hepáticos, obesidad, trastornos hormonales y cáncer. Un equipo de investigación del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental (UFZ) investigó los efectos de las PFAS en el cerebro. Utilizando una combinación de métodos modernos de biología molecular y modelos de pez cebra, los investigadores revelaron el mecanismo de acción e identificaron los genes implicados. Estos genes también están presentes en los humanos. Los métodos de prueba desarrollados en la UFZ se pueden utilizar para evaluar el riesgo de otras sustancias químicas neurotóxicas. El estudio fue publicado recientemente Perspectivas de salud ambiental.
Debido a sus propiedades especiales (resistencia al calor, resistencia al agua y a la grasa y alta durabilidad), los PFAS se utilizan en muchos productos cotidianos (como cosméticos, ropa para exteriores y utensilios de cocina recubiertos). Pero son estas características las que los hacen tan problemáticos. “Dado que algunos PFAS son químicamente estables, se acumulan en el medio ambiente y entran en nuestro cuerpo a través del aire, el agua potable y los alimentos”, afirma la profesora Dra. Tamara Tal, toxicóloga de la UFZ. Incluso con un consumo cuidadoso, es casi imposible evitar este grupo de sustancias, que se producen desde los años 50 y que ahora incluyen miles de compuestos diferentes. “Existe una gran necesidad de investigación, especialmente cuando se trata de desarrollar sistemas de prueba rápidos, confiables y rentables para evaluar los riesgos de la exposición a PFAS”, afirmó Tal. Hasta ahora, las consecuencias ambientales y sanitarias han sido difíciles de evaluar.
En su estudio actual, los investigadores investigaron cómo la exposición a las PFAS afecta el desarrollo del cerebro. Para ello, utilizaron el modelo del pez cebra, que se utiliza a menudo en investigaciones toxicológicas. Una ventaja de este modelo es que aproximadamente el 70% de los genes se encuentran en el pez cebra (danio rayrio) también se encuentra en humanos. Los hallazgos del modelo del pez cebra probablemente sean transferibles a los humanos. En sus experimentos, los investigadores expusieron al pez cebra a dos sustancias del grupo de las PFAS (PFOS y PFHXS), que son estructuralmente similares. Luego, los investigadores utilizaron biología molecular y métodos bioinformáticos para determinar qué genes en el cerebro de las larvas de peces expuestas a PFAS estaban alterados en comparación con los peces de control, que no estuvieron expuestos. “En el pez cebra expuesto a PFAS, se activó especialmente el grupo de genes del receptor activado por proliferador de peroxisomas (PPR), que también está presente en una forma ligeramente modificada en humanos”, dijo Sebastian Gutsfeld, estudiante de doctorado en la UFZ y primer autor. Estudio “Los estudios de toxicidad han demostrado que esto se debe a la exposición a PFAS en el hígado. Ahora podemos demostrarlo también en el cerebro”.
Pero, ¿qué consecuencias tiene la actividad alterada del gen PPR provocada por la exposición a PFAS para el desarrollo y el comportamiento del cerebro en las larvas de pez cebra? Los investigadores investigaron esto en estudios posteriores utilizando el modelo del pez cebra. Utilizaron el método CRISPR/Cas9, también conocido como tijeras genéticas. “Utilizando tijeras genéticas pudimos cortar selectivamente genes de pimiento individuales o múltiples e impedir que funcionaran normalmente”, explica Gutsfeld. “Queríamos descubrir qué genes PPR están directamente asociados con cambios en el comportamiento de las larvas inducidos por la exposición a PFAS”. La evidencia del mecanismo subyacente se proporcionó directamente. A diferencia del pez cebra genéticamente no modificado, los peces derribados en los que se utilizó escisión genética no mostraron cambios de comportamiento después de la exposición a PFAS.
Dos criterios de valoración conductuales
En una serie de experimentos, los investigadores expusieron continuamente al pez cebra al PFOS o PFHXS durante sus primeras etapas de desarrollo, desde el primer al cuarto día, y en otra serie de experimentos solo en el quinto día. Al quinto día, los investigadores observaron el comportamiento de natación. Utilizaron dos criterios de valoración de comportamiento diferentes para este propósito. Como criterio de valoración, se midió la actividad de natación durante la fase de oscuridad prolongada. Los peces expuestos a PFAS nadaron más que los peces no expuestos a PFAS, ya sea que estuvieron expuestos a PFAS durante el desarrollo del cerebro o poco antes de las pruebas de comportamiento. Curiosamente, la hiperactividad se producía sólo cuando la sustancia química estaba presente. Cuando los investigadores eliminaron el PFOS o el PFHxS, la hiperactividad disminuyó. En el segundo criterio de valoración, se midió la respuesta de sobresalto después de un estímulo oscuro. “En el pez cebra expuesto al PFOS durante cuatro días, observamos un comportamiento de natación hiperactivo en respuesta a la estimulación”, dijo Gutsfeld. Por el contrario, el pez cebra expuesto solo a PFOS o PFHxS no tuvo una respuesta de sobresalto hiperactiva el quinto día.
Basándose en estas respuestas, los investigadores concluyeron que la exposición al PFOS se asocia con resultados anormales, particularmente durante la etapa de desarrollo sensorial del cerebro. Utilizando el pez cebra, los investigadores identificaron dos genes del grupo de los pimientos que median el comportamiento provocado por el PFOS.
“Dado que estos genes también están presentes en los humanos, es posible que las PFAS también tengan efectos correspondientes en los humanos”, concluyó Tal. Los científicos que trabajan con Tal quieren investigar los efectos neuroactivos de otros PFAS en futuros proyectos de investigación y ampliar el método para que eventualmente pueda usarse para evaluar el riesgo de sustancias químicas en el medio ambiente, incluidos los PFAS.