Identificado un transportador celular que “confunde” elementos tóxicos con hierro y los almacena en las células

Los toxicólogos saben hace mucho tiempo que los metales tóxicos se acumulan en las células. Se había postulado que podría ser un error celular al confundirlos con metales importantes para la célula como el hierro o el manganeso, sin embargo no se había encontrado las proteínas que eran responsables de esta equivocación e introducen metales tóxicos en la célula que terminan dañándola e incluso matándola. Unos investigadores de Berkeley han identificado uno de estos transportadores, la siderocalina, normalmente implicada en el transporte de hierro, también introduce en la célula, si están disponibles, metales radioactivos actínidos como el plutonio.

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Bioindicadores: Manglares

 Información preparada por el alumno Rubén de la Torre Cerro de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

 

Una disminución de la producción de hojarasca, medida en gramos por metro cuadrado y día, así como un aumento en el porcentaje de cobertura nos indican que estos manglares se encuentran en zonas que están sufriendo eutrofización. Además la composición de especies también varía según el grado de eutrofización, por ejemplo, en zonas menos eutrofizadas tiende a haber formaciones monoespecíficas de Rhizophora, mientras que en zonas con fuerte eutrofización esta especie suele aparecer en formaciones mixtas junto con Laguncularia racemosa.

Por otro lado, se ha demostrado que la presencia de mutaciones, especialmente relacionadas con la clorofila (bajos niveles e incluso árboles albinos) son un claro indicador de contaminación por mercurio en los sedimentos.

Además, las comunidades sésiles que habitan en los manglares también pueden ser empleadas como bioindicadores. En el caso de los briozoos, suelen ser bioindicadores frente a una mala circulación del agua, concentración de sólidos en suspensión, fluctuaciones en salinidad o temperatura u oxígeno disuelto. Las fluctuaciones en salinidad son el factor que presenta unos ejemplos más claros en estos organismos, el género Bowerbankia sólo está presente en zonas donde las fluctuaciones son muy grandes, lo cual indica la presencia de vertidos de agua dulce. En el caso de los ostrácodos, parecen ser eficientes indicadores de la presencia de hidrocarburos en el agua.

Efectos de los metales pesados en las plantas

 Información preparada por el alumno Daniel Alejandro Truchado Martín de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

 

El término “metales pesados” se refiere a un conjunto de elementos metálicos y a algún semimetal, que no son esenciales (no forman parte de la materia viva) y presentan un efecto tóxico para los seres vivos. Algunos ejemplos son el cadmio (Cd), el plomo (Pb) o el mercurio (Hg).

Las plantas no son una excepción, y la presencia de metales pesados en el suelo tiene una serie de efectos negativos sobre ellas. Sin embargo, también presentan una serie de mecanismos de resistencia a este tipo de contaminantes.

Entre los efectos negativos, se puede encontrar una inhibición del crecimiento de la planta, ya sea de las raíces como del resto de órganos. También tienen lugar un gran número de daños estructurales, puesto que la presencia de metales pesados en el interior de las células provoca la aparición de especies reactivas de oxígeno (ROS), produciendo estrés oxidativo. Esto, además, produce una inestabilidad de las membranas celulares.

Los metales pesados también afectan a la planta en sus actividades fisiológicas y bioquímicas. En el caso de la anhidrasa carbónica, el átomo de zinc presente en su centro activo es reemplazado por uno de metal pesado, produciendo una gran disminución de su actividad. Lo mismo sucede con varias de las enzimas implicadas en el ciclo de Calvin. Otros efectos negativos de los metales pesados en plantas son la disminución del contenido en clorofila y del potencial hídrico en las hojas, o el cierre estomático, con la consiguiente falta de CO2 para llevar a cabo una correcta fotosíntesis.

En cuanto al banco de semillas de un medio contaminado, también se ve afectado de forma negativa por la presencia de metales pesados. La mayoría produce un retraso en la germinación, y en algunos casos como con el plomo, la germinación es inhibida. Cuando la germinación tiene lugar, los embriones presentan tales alteraciones morfológicas y/o fisiológicas que, en muchos casos, acaban muriendo.

En relación a los mecanismos de resistencia frente a metales pesados, las plantas poseen una gran variedad de ellos. A nivel celular, la planta puede bloquear o reducir el flujo de entrada del metal pesado mediante la regulación de transportadores de membrana. También puede darse un bombeo extracelular del metal. Otro mecanismo de resistencia consiste en quelar al metal en el interior de la célula para que no interfiera con el metabolismo, o incluso llegar a bioacumularlo en vacuolas para expulsarlo posteriormente.

Las plantas poseen tres tipos de moléculas capaces de quelar al metal pesado: el glutatión, las fitoquelatinas y las metalotioneínas. El glutatión es un tripéptido que contiene cisteína. Puede unirse al metal y ser excretado posteriormente, o puede atenuar el efecto de la producción de ROS producidas por la presencia del metal en las células. Las fitoquelatinas son oligopéptidos formados por la condensación de varias moléculas de glutatión. Se unen al metal para evitar que produzca daños a la célula y son las más abundantes de las moléculas capaces de quelar metales pesados. Por último, las metalotioneínas son proteínas ricas en cisteína (al igual que las anteriores, con grupos –SH que se van a unir al metal). Su expresión es inducible por el metal pesado.

Los tres tipos de moléculas van a secuestrar el metal pesado para luego ser excretado al medio externo.

Algunas plantas pueden precipitar o inmovilizar el metal pesado en la superficie o en los tejidos de la raíz para así impedir que llegue a la parte aérea.

Un grupo de plantas pertenecientes a varias familias distintas reciben el nombre de hiperacumuladoras, ya que son capaces de absorber entre el 0,1 y el 1% de su peso seco del metal pesado y acumularlo en sus partes aéreas sin sufrir efecto fitotóxico. Esto es posible gracias a la rápida translocación del metal a las hojas y su posterior detoxificación y secuestro en ellas.

Con algunos metales como el Hg, algunas plantas son capaces de absorberlo junto con el agua del suelo, metabolizarlo y liberarlo mediante transpiración en forma de dimetil mercurio a través de los estomas.

Estas últimas propiedades han sido muy utilizadas para la fitorremediación, con el objetivo de eliminar la presencia de un metal pesado de suelos contaminados.

 

Bibliografía:

Cobbett, C. 2002. Phytochelatins and Metallothioneins: Roles in Heavy Metal Detoxification and Homeostasis. Annual Review of Plant Biology. 53: 159-182

Navarro-Aviñó, J. P., Aguilar, I. & Lopez-Moya, J. R. 2007. Aspectos bioquímicos y genéticos de la tolerancia y acumulación de metales pesados en plantas. Ecosistemas. 16: 10-25

Rascio, N. 2011. Heavy metal accumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant science. 180: 169-181

Sunil Kumar, S. & Shyamasree, G. 2013. Effect of heavy metals on germination of seeds. Journal of Natural Science, Biology and Medicine. 4: 272-275

Cambios fisiológicos en peces por metales pesados

Información preparada por la alumna Laura Prieto de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

 

De todos los metales pesados que se encuentran en el medio algunos son bioelementos esenciales para el metabolismo de los peces y otros vertebrados como es el caso del Zinc, el cobre o el hierro, mientras que otros no desempeñan función alguna en el organismo, tales como el mercurio, el cadmio o el plomo (Ebrahimi & Taherianfard, 2011).

En el primer caso, se podrá dar toxicidad por metales pesados si la concentración del metal supera unos niveles, dado que para ciertos procesos bioquímicos es imprescindible tener unos niveles traza de esos metales pesados que actúan como bioelementos; pero elevadas acumulaciones de esos metales pueden provocar una intoxicación (Sandor et al, 2001). El nivel de contaminantes en peces depende de la concentración en el agua y el tiempo que estén expuestos los organismos acuáticos a los contaminantes, las características químicas del agua, como el ph, la temperatura, la salinidad (Ebrahimi & Taherianfard, 2011), así como los hábitos de alimentación, la talla y edad de los individuos y su posición en el sistema acuático. En referencia este último factor, decir que si la especie es bentónica, estará más expuesta a la contaminación y por tanto tendrá mayores concentraciones del metal en sus tejidos (Bordejani et al, 2003).

Niveles muy bajos de contaminante pueden no tener un efecto aparente sobre el pez, ya que no mostraría signos externos de enfermedad, pero podría disminuir la fecundidad de los peces, dando lugar a un declive a largo plazo y una extinción puntual de poblaciones de peces. La contaminación puede afectar a la reproducción de forma directa (afectando a los gametos libres (esperma u óvulos) que son liberados al agua) o indirectamente (acumulándose en los órganos reproductivos, pudiendo interrumpir la producción normal de esteroides, provocando una producción defectuosa tanto en machos como en hembras, disminuyendo la calidad y cantidad de producción de esperma y óvulos) (Ebrahimi & Taherianfard, 2011). Otros tejidos en los que se pueden acumular los metales pesados es en la piel, en los músculos, intestinos y en las branquias (Uysal, 2011). En las branquias, a corto plazo, se puede incrementar la densidad de mucus de las células de las branquias, y un incremento del nivel basal de cortisol, que puede estar asociado a modificaciones de la fisiología del pez para adaptarse a las elevadas concentraciones del metal (S.M. Wu et al,2007). Otro mecanismo de defensa del metabolismo, en este caso contra el estrés oxidativo causado por la ingesta de metales,  es el glutation y las enzimas asociadas, encargadas de devolver el equilibrio entre oxidantes y antioxidantes (Srikanth et al, 2013).

Bibliografía

Abad, E., Bordejandi, L.R., Fernández M.A., Gómez, G., González, M J., Rivera, J. 2003. Study on PCBs, PCDD/Fs, organochlorine pesticides, heavy metals and arsenic content in freshwater fish species from the River Turia (Spain). Chemosphere, 53: 163-171.

Alexis, M. N., Csengeri, I., Oncsik, M. B., Sandor, Z., Zubcova, E. 2001. Trace metal levels in freshwater fish, sediment and water. Environmental science & pollution Res.8 (4) 265-268.

Ebrahimi, M., Taherianfard, M. 2011. Pathological and hormonal changes in freshwater fishes due to exposure to heavy metals pollutants. Water Air Soil pollution, 217: 47-55.

Uysal, K. 2011. Heavy metal in edible portions (muscle and skin) and other organs (gill, liver and intestine) of selected freshwater fish species. International Journal of food preperities, 14:280-286.

Ho, Y. C., Shih, M-J., Wu, S. 2007. Toxicological stress response and cadmium distribution in hybrid tilapia (Oreochromis sp.) upon cadmium exposure. Comparative biochemistry and physiology, 145: 218-226.

Ahmad, I., Duarte, A. C., Pereira, E., Srikanth, K. 2013. Glutathione and its dependent enzymes’ modulatory responses to toxic metals and metalloids in fish—a review.Environ. Sci. Pollut. Res, 20:2133, 2149.

Cómo el arroz evita el arsénico | The Scientist Magazine®

La planta de arroz, por su manera de cultivo, puede absorber ciertas cantidades de arsénico si el agua de riego o el suelo donde se cultiva está contaminado con esta venenosa sustancia. Esto ocurre frecuentemente en Asia, donde el arroz es el alimento básico de la dieta. Se ha demostrado que ciertas poblaciones asiáticas sufren daños genéticos por consumir arroz contaminado.

Ahora un grupo de investigadores ha descubierto que las plantas de arroz tienen un mecanismo de defensa para evitar que el arsénico llegue de la raíz al grano. Este descubrimiento abre varias perspectivas. Una de ellas es generar transgénicos de arroz con elevados niveles de esta proteína defensiva. Otra, la más realista, es encontrar cultivares, variedades, de planta de arroz que, de forma natural, tengan esta proteína y eviten acumular arsénico en el grano, lo que mejoraría la salud pública de las áreas contaminadas.

How Rice Overcomes Arsenic