Respuestas biológicas a contaminantes del entorno de Doñana. Integración de metodologías ómicas que evalúan el estrés ambiental en animales de ecosistemas acuáticos

La contaminación ambiental es uno de los mayores retos a los que se enfrenta el mundo actual. A medida que el impacto de las actividades humanas y los problemas de salud ambiental se convierten en globales en escala y extensión, la necesidad de identificar y hacer frente a los riesgos para la salud asociados a la contaminación se vuelve más urgente. Sin embargo, para realizar una actuación eficaz hay que comprender no sólo la magnitud del problema, sino también sus causas y los procesos subyacentes, pues solo así puede esa intervención enfocarse a donde más se necesita y donde puede ser más efectiva. El parque Nacional de Doñana (PND), fundado en 1969 y declarado Patrimonio de la Humanidad en 1981, es un ecosistema de marismas, arroyos y dunas de arena situado en la desembocadura del río Guadalquivir (SO de España), que alberga millones de aves migratorias y especies en peligro de extinción. Las marismas del PND se alimentan de los arroyos de la Rocina, el Partido y el Guadiamar y del río Guadalquivir. A pesar de ser un espacio protegido, el PND se ve amenazado por la presencia de áreas de agricultura intensiva localizadas en sus inmediaciones y por los polígonos industriales ubicados en la ría de Huelva (40 km al Oeste). Es, por tanto, esencial el desarrollo de nuevas herramientas para una evaluación preventiva de la salud ecológica del PND. Las respuestas a nivel molecular o celular en organismos centinela que habitan zonas contaminadas pueden dar información completa y biológicamente relevante del posible impacto de mezclas complejas de contaminantes tóxicos en la integridad del ecosistema. Ventajas importantes de esta aproximación son la capacidad de las especies bioindicadoras elegidas para detectar la aparición temprana diversas condiciones de estrés, y su utilidad para monitorizar la progresión o la regresión de esa perturbación ambiental a distintos niveles de organización biológica. Los biomarcadores "convencionales", como la medida de cambios de actividad de enzimas antioxidantes o biotransformadoras, tienen un sesgo importante para evaluar la contaminación, pues se centran solo en algunas respuestas biológicas, excluyendo otras cuya relación con la contaminación es aún desconocida. En contraposición, las tecnologías ómicas se están convirtiendo en una poderosa estrategia en estudios medioambientales. Las ómicas difieren de la investigación tradicional dirigida por hipótesis en que son aproximaciones para el descubrimiento de nuevas respuestas. En este sentido, la Proteómica Ambiental identifica las relaciones entre los cambios de expresión de proteínas y la contaminación. La determinación de cambios en los perfiles proteicos puede proporcionar una muy valiosa información sobre los mecanismos de respuesta a la exposición a un contaminante o cualquier otro factor de estrés ambiental. La metabolómica es otro método eficaz para evaluar el estado de salud de los organismos basado en la identificación de metabolitos de bajo Mr, cuya producción y niveles varían con el estado fisiológico, patológico o de desarrollo de células, tejidos, órganos o el organismo completo. Este trabajo se ha propuesto desarrollar algunas de estas nuevas herramientas analíticas para evaluar la salud ambiental de los ecosistemas que rodean al PND, para dar respuesta a la preocupación social originada por la supuesta presencia de contaminantes en el corazón del Parque. Se utilizó Procambarus clarkii como especie bioindicadora. Este crustáceo decápodo (cangrejo rojo) fue introducido en 1973 en la cuenca baja del Guadalquivir (SO España), donde su población alcanzó alta densidad. Su largo ciclo de vida, amplia distribución geográfica y sedentarismo, hacen de esta especie un buen bioindicador para evaluar los efectos de los contaminantes, tanto en condiciones controladas como en entornos reales. Este trabajo se ha propuesto desarrollar algunas de estas nuevas herramientas analíticas para evaluar la salud ambiental de los ecosistemas que rodean al PND, para dar respuesta a la preocupación social originada por la supuesta presencia de contaminantes en el corazón del Parque. Se utilizó Procambarus clarkii como especie bioindicadora. Este crustáceo decápodo (cangrejo rojo) fue introducido en 1973 en la cuenca baja del Guadalquivir (SO España), donde su población alcanzó alta densidad. Su largo ciclo de vida, amplia distribución geográfica y sedentarismo, hacen de esta especie un buen bioindicador para evaluar los efectos de los contaminantes, tanto en condiciones controladas como en entornos reales. Considerando las distintas actividades antropogénicas que amenazan al PND y las vías por las que los contaminantes pueden acceder a él, se capturaron ejemplares de P. clarkii en puntos clave de varios de los arroyos que alimentan los acuíferos del PND, y que traen aguas desde zonas urbanas o donde se practican labores de agricultura intensiva situadas en los alrededores. Al NE, las capturas se hicieron en la zona del Matochal (MAT) en las marismas entre el Guadiamar y el Guadalquivir, donde están los campos que producen la mayor parte del arroz de nuestro país. Hacia el NO, se capturaron animales en los arroyos del Partido (PAR) y la Rocina (ROC), donde se cultivan cítricos y fresas y se usan grandes cantidades de agroquímicos. Como referencia se capturaron animales en una laguna del interior del Parque (LP), en principio, alejada de las fuentes de contaminación. Hay una enorme deficiencia de conocimiento acerca de cómo la contaminación por agroquímicos está afectando la calidad medioambiental del Parque, pues este tipo de contaminación es difusa y difícil de evaluar. La agricultura convencional utiliza gran cantidad de productos agroquímicos (fertilizantes, herbicidas, insecticidas, pesticidas) que pueden causar la entrada inadvertida de metales pesados en el medio ambiente. Los metales son muy tóxicos para la vida acuática, ya que persisten en el ambiente y se acumulan en los organismos, por lo que se magnifican sus efectos a través de la cadena alimentaria. Varios estudios han demostrado que las especies reactivas de oxígeno y el estrés oxidativo juegan un papel clave en la toxicidad y carcinogenicidad de los metales, pues la exposición a metales afecta a los orgánulos y componentes celulares, como la membrana celular, mitocondria, lisosomas, retículo endoplasmático, el núcleo y algunas enzimas implicadas en el metabolismo, la desintoxicación y reparación del daño al DNA. Se usó la metodología ICP-MS para analizar el contenido de metales en tejidos de P. clarkii y los sedimentos de las zonas donde viven y que pueden ingerir, encontrándose una correlación directa entre los niveles de metales de la glándula digestiva y branquias y de los sedimentos. También se analizaron los daños oxidativos de lípidos y proteínas (carbonilación) y se midieron los niveles de tioles reversiblemente oxidados en residuos Cys proteicos, como indicadores de alteraciones en rutas de señalización controladas por el estatus redox celular. La acumulación de metales esenciales o tóxicos en los animales iba en paralelo con la cantidad de daños observados en lípidos y proteínas, y con una importante desregulación del estado de oxidación de tioles de muchas proteínas implicadas en estrés del retículo endoplásmico, defensa enzimática antioxidante, desbalance de la respiración mitocondrial, disminución de la tasa glucolítica y en un cambio metabólico que dirige la glucosa hacia la ruta de las pentosas fosfato, para generar poder reductor necesario para que funcionen las enzimas antioxidantes y el metabolismo de la glucosa. Para profundizar en el conocimiento de las alteraciones metabólicas causadas por la contaminación ambiental en los tejidos de P. clarkii, se llevó a cabo un estudio mediante proteómica cuantitativa (2DE-DIGE) para identificar cambios en los niveles de expresión de proteínas que pudieran dar nueva información sobre los mecanismos de toxicidad que se generan tras la exposición a contaminantes. Los cangrejos de zonas contaminadas presentaron alteraciones en los niveles de proteínas implicadas en el estrés oxidativo, procesos inflamatorios y de regulación epigenética de la expresión génica. En estos cangrejos se detectó un cambio metabólico dirigido hacia la glucolisis aerobia, para generar ATP y NADPH en una situación de estrés oxidativo que altera la integridad mitocondrial. Estas proteínas diferencialmente expresadas podrían servir como biomarcadores de exposición, además de permitir identificar los procesos metabólicos y fisiológicos alterados por los contaminantes presentes en PND y sus alrededores. Por último, para obtener información más completa sobre la respuesta bioquímica de P. clarkii a la exposición crónica a contaminantes ambientales, se usó la metabolómica como un método eficaz para evaluar el estado de salud de los organismos. Los resultados del estudio metabolómico mediante espectrometría QqQ-TOF-MS, corroboran y complementan los datos proteómicos. Los metabolitos cuyos niveles se vieron alterados por contaminación indicaban estrés oxidativo, disfunción metabólica y dislipidemia. Los estudios a gran escala utilizando ómicas se han aplicado con éxito para explorar las diferencias en la abundancia de metabolitos y proteínas y de modificaciones post-traduccionales que pueden sufrir éstas. Integrados con los datos bioquímicos, los resultados presentados en esta tesis dan un nuevo punto de vista sobre los procesos celulares que ocurren en células de organismos expuestos a contaminantes ambientales. La integración de las distintas aproximaciones omicas empleadas permite establecer que la exposición crónica de cangrejos de río P. clarkii a la contaminación provoca cambios en muchas funciones fisiológicas relacionadas con la defensa contra el estrés oxidativo, tales como el estrés del retículo endoplasmático, la inflamación y la respuesta inmune, y cambios en el metabolismo energético para adaptarse a una situación en la que la función mitocondrial se ve comprometida por el daño oxidativo en lípidos y membranas biológicas

Molecular basis of the beneficial effects of Salicornia spp. consumption on algerian mouse Mus spretus global health

Resumen de la comunicación presentada al XX Congreso de la Sociedad Española de Mutagénesis Ambiental – Córdoba 201

Evaluación de la calidad ambiental de ecosistemas acuáticos en el entorno del Parque Nacional de Doñana

Resumen de la comunicación presentada al XX Congreso de la Sociedad Española de Mutagénesis Ambiental – Córdoba 201

Proteómica para la identificación de biomarcadores en estudios medioambientales

Comunicaciones a congreso

Omic approaches in environmental risk assessment

Resumen de la comunicación presentada al XX Congreso de la Sociedad Española de Mutagénesis Ambiental – Córdoba 201

Superficial Characteristics and Functionalization Effectiveness of Non-Toxic Glutathione-Capped Magnetic, Fluorescent, Metallic and Hybrid Nanoparticles for Biomedical Applications

An optimal design of nanoparticles suitable for biomedical applications requires proper functionalization, a key step in the synthesis of such nanoparticles, not only for subsequent crosslinking to biological targets and to avoid cytotoxicity, but also to endow these materials with colloidal stability. In this sense, a reliable characterization of the effectiveness of the functionalization process would, therefore, be crucial for subsequent bioconjugations. In this work, we have analyzed glutathione as a means to functionalize four of the most widely used nanoparticles in biomedicine, one of which is a hybrid gold-magnetic-iron-oxide nanoparticle synthetized by a simple and novel method that we propose in this article. We have analyzed the colloidal characteristics that the glutathione capping provides to the different nanoparticles and, using information on the Z-potential, we have deduced the chemical group used by glutathione to link to the nanoparticle core. We have used electron microscopy for further structural and chemical characterization of the nanoparticles. Finally, we have evaluated nanoparticle cytotoxicity, studying cell viability after incubation with different concentrations of nanoparticles, showing their suitability for biomedical applications

Ex situ and in situ functionalized Yb/Fe nanoparticles obtained by scanning pulsed laser ablation in liquids: A route to obtain biofunctionalized multiplatform contrast agents for MRI and CT imaging

Two distinct strategies were used to improve the colloidal properties of hybrid Yb/Fe oxide NPs previously prepared by the pulsed liquid laser ablation process for use as a contrast agent in medical imaging. First, an exhaustive optimization process of the laser ablation synthesis parameters was carried out to reduce the hydrodynamic diameters of the Yb/Fe NPs. The hydrodynamic size was successfully reduced to <200 nm, thereby decreasing the polydispertivity index. Second, ex situ and in situ functionalization processes using glutathione, cysteamine, or polyethylenimine as capping agents have been developed to increase their colloidal stability at physiological pH values. Transmission electron microscopy, dynamic light scattering, Z-potential measurements, and Fourier Transform Infrared spectroscopy were used to examine the structure, morphology, colloidal and surface properties of Yb/Fe NPs. Colloidal stability of the Yb/Fe NPs as well as the linkage mechanism of functionalization have been studied extensively. This last parameter provides a critical information for subsequently bioconjugations in biomedical applications. Additionally, the biocompatibility of the Yb/Fe NPs was evaluated by MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) experiments. These results indicate more appropriate colloidal characteristics and higher biocompatibility for ex situ-functionalized Yb/Fe NPs, especially when the capping agent is glutathione. Additionally, these Yb/Fe NPs show good magnetic resonance imaging and X-ray computerized tomography imaging abilities, thereby indicating promising potential as dual contrast agents.This research has been funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and FEDER [research projects MAT2015-67354R], the H2020 Action H2020-MSCA-IF-2014_ST [grant 656908-NIMBLIS] of the Executive Agency for Research Manages of EU Commission, the Proyectos Integradores MdM-IMEYMAT 2020 call (research project ULST-NANO), and the projects PECART-0096-2020 (Consejería Salud y Familias. JA Spain) and P20_01293 (Consejería Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad. JA Spain). In addition, we acknowledge the received technical assistance from the SC-ICYT of the University of Cádiz. We also acknowledge to the Networking Research Centre on Bioengineering, Biomaterials, and Nanomedicine (CIBERBBN) (which is financed by the Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) with assistance from the European Regional Development Fund (ERDF)) and the ICTS “NANBIOSIS”, specifically the FVPR/U20 (http://www.nanbiosis.es/portfolio/u20-in-vivo-experimentalplatform/) for providing access to the micro-CT. M.L. was supported by a post-doctoral grant of the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología from Mexico (CONACYT, no 619639).Peer reviewe

Assessment of pharmaceutical mixture (ibuprofen, ciprofloxacin and flumequine) effects to the crayfish Procambarus clarkii: A multilevel analysis (biochemical, transcriptional and proteomic approaches)

The knowledge about the effects of pharmaceuticals on aquatic organisms has been increasing in the last decade. However, due to the variety of compounds presents in the aquatic medium, exposure scenarios and exposed organisms, there are still many gaps in the knowledge on how mixtures of such bioactive compounds affect exposed non target organisms. The crayfish Procambarus clarkii was used to analyze the toxicity effects of mixtures of ciprofloxacin, flumequine and ibuprofen at low and high concentrations (10 and 100 μg/L) over 21 days of exposure and to assess the recovery capacity of the organism after a depuration phase following exposure during additional 7 days in clean water. The crayfish accumulated the three compounds throughout the entire exposure in the hepatopancreas. The exposure to the mixture altered the abundance of proteins associated with different cells functions such as biotransformation and detoxification processes (i.e. catalase and glutathione transferase), carbohydrate metabolism and immune responses. Additionally changes in expression of genes encoding antioxidant enzymes and in activity of the corresponding enzymes (i.e. superoxide dismutase, glutathione peroxidase and glutathione transferase) were reported. Alterations at different levels of biological organization did not run in parallel under all circumstances and can be related to changes in the redox status of the target tissue. No differences were observed between control and exposed organisms for most of selected endpoints after a week of depuration, indicating that exposure to the drug mixture did not produce permanent damage in the hepatopancreas of P. clarkii.Ministerio de Economía y Competitividad CTM2012-38720-C03-03, CTM2016-75908-

Impacto de la COVID-19 en el tratamiento del infarto agudo de miocardio con elevación del segmento ST. La experiencia Española

The COVID-19 outbreak has had an unclear impact on the treatment and outcomes of patients with ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI). The aim of this study was to assess changes in STEMI management during the COVID-19 outbreak. Using a multicenter, nationwide, retrospective, observational registry of consecutive patients who were managed in 75 specific STEMI care centers in Spain, we compared patient and procedural characteristics and in-hospital outcomes in 2 different cohorts with 30-day follow-up according to whether the patients had been treated before or after COVID-19. Suspected STEMI patients treated in STEMI networks decreased by 27.6% and patients with confirmed STEMI fell from 1305 to 1009 (22.7%). There were no differences in reperfusion strategy (> 94% treated with primary percutaneous coronary intervention in both cohorts). Patients treated with primary percutaneous coronary intervention during the COVID-19 outbreak had a longer ischemic time (233 [150-375] vs 200 [140-332] minutes, P < .001) but showed no differences in the time from first medical contact to reperfusion. In-hospital mortality was higher during COVID-19 (7.5% vs 5.1%; unadjusted OR, 1.50; 95%CI, 1.07-2.11; P < .001); this association remained after adjustment for confounders (risk-adjusted OR, 1.88; 95%CI, 1.12-3.14; P = .017). In the 2020 cohort, there was a 6.3% incidence of confirmed SARS-CoV-2 infection during hospitalization. The number of STEMI patients treated during the current COVID-19 outbreak fell vs the previous year and there was an increase in the median time from symptom onset to reperfusion and a significant 2-fold increase in the rate of in-hospital mortality. No changes in reperfusion strategy were detected, with primary percutaneous coronary intervention performed for the vast majority of patients. The co-existence of STEMI and SARS-CoV-2 infection was relatively infrequent.S