La gente está expuesta rutinariamente a miles de productos químicos fabricados por el hombre, algunos con efectos conocidos sobre la salud, pero la mayoría están lejos de ser comprendidos completamente.
En 2020, el número de productos químicos registrados alcanzó los 167 millones. Cada día la gente está expuesta a ellos a través de los alimentos, el agua, el aire contaminado, las medicinas, los cosméticos y otras sustancias artificiales.
Solo 250 de las 84,000 sustancias químicas registradas para uso comercial en Estados Unidos han sido probadas por agencias gubernamentales, según la investigación del Centro para un Gobierno Efectivo.
Soy un toxicólogo ambiental que estudia los efectos de las sustancias químicas artificiales en nuestra salud. Decidí desarrollar un enfoque computacional para comparar objetivamente la sensibilidad de todos los genes a todas las sustancias químicas e identificar los procesos biológicos más vulnerables.
Enfoque imparcial
Para nuestro estudio, mis colegas de investigación y yo utilizamos datos de la Base de Datos Toxicogenómica Comparativa. La base de datos recoge información de miles de estudios publicados sobre cómo las sustancias químicas cambian la actividad de los genes. Los genes son secciones de ADN que codifican proteínas que realizan una amplia gama de funciones en las células, desde la construcción de tejidos hasta el metabolismo de nutrientes. Cuando las sustancias químicas afectan a los genes, ello da lugar a un aumento o una disminución de la producción de proteínas.
Los métodos modernos de biología molecular pueden detectar cambios en la actividad de todos los genes del genoma en respuesta a una agresión química. Desarrollé un enfoque que superpone listas de genes alterados de diferentes estudios para calcular cuántas veces se ha afectado cada gen. Los números resultantes reflejan la sensibilidad de los genes a las sustancias químicas en general.
Utilizando 2169 estudios en ratones, ratas, humanos y sus células, mi grupo de investigación clasificó la sensibilidad de 17,338 genes a las exposiciones químicas. Estos estudios probaron el impacto de 1239 sustancias químicas diversas, desde medicamentos de prescripción hasta contaminantes ambientales.
En el siguiente paso, hicimos pruebas para asegurarnos de que esta muestra de más de 1000 productos químicos era lo suficientemente grande como para representar de forma confiable todas las clases de productos químicos fabricados por el hombre, a los que la gente está expuesta. Para ello, medimos la sensibilidad de los genes para la mitad de esta lista y luego para otra, para comprobar si incluso un número más pequeño de sustancias químicas puede identificar de forma segura los genes sensibles. Los resultados fueron alentadores: los valores de sensibilidad de los genes fueron casi idénticos en los dos ensayos.
El sistema de defensa celular responde a los químicos
Nuestras células no están completamente indefensas cuando se exponen a ataques químicos. De hecho, poseen estrategias para lidiar con el estrés y el daño inducido por los químicos. Nuestros datos confirman que estas medidas de seguridad se activan en respuesta a las exposiciones.
Esta línea de defensa incluye enzimas que eliminan los químicos tóxicos, alivian el estrés oxidativo (la acumulación de radicales reactivos en las células), reparan el ADN y las proteínas dañadas e identifican las células altamente dañadas para desencadenar su muerte y evitar que se vuelvan cancerosas.
El metabolismo de los lípidos y los carbohidratos es vulnerable
Sorprendentemente, encontramos que las redes moleculares involucradas en la regulación del metabolismo celular son más sensibles a las exposiciones químicas. Una de ellas es la señalización PPAR. Las PPAR son un grupo de proteínas que regulan el equilibrio energético y el metabolismo de los lípidos y la glucosa.
Los aumentos o disminuciones en la actividad de las PPAR contribuyen a la obesidad, el síndrome metabólico, la diabetes y la enfermedad del hígado graso. La capacidad de algunos productos químicos ambientales para afectar a las PPAR se demostró anteriormente. Sin embargo, no esperábamos ver la sensibilidad de las PPAR a un rango muy amplio de compuestos.
También descubrimos que los genes involucrados en el desarrollo de las células beta pancreáticas, que secretan insulina y juegan un papel clave en el metabolismo de la glucosa, son suprimidos por la mayoría de los químicos de nuestra lista. La disfunción de las células beta da lugar a la diabetes. Por lo tanto, las exposiciones químicas acumuladas pueden ser un factor de riesgo significativo para la diabetes.
Hoy en día, una epidemia de enfermedades metabólicas es un problema importante de salud pública. La prevalencia de la obesidad casi se triplicó entre 1975 y 2016. Aproximadamente el 40 % de los estadounidenses desarrollarán diabetes de tipo 2 durante su vida, y entre el 33 y el 88 % tendrán hígado graso. La conexión entre la exposición y las enfermedades metabólicas se demostró anteriormente para algunos químicos con propiedades de disrupción endocrina. Sin embargo, el papel de la más amplia gama de sustancias químicas producidas por el hombre en esta epidemia no fue reconocido antes, pero puede ser significativo.
Esa importancia se debe en gran parte a la influencia que los químicos tienen en nuestras vías biológicas. Estas vías son la serie de acciones que las moléculas de nuestras células utilizan para crear un cambio en la célula. Por ejemplo, las vías biológicas pueden estimular el ensamblaje de nuevas moléculas, como una grasa o una proteína. También pueden activar y desactivar genes, entre otras innumerables funciones. En un sentido muy real, nuestro cuerpo vive a través de un proceso de acciones y reacciones que ocurren a través de estas vías biológicas.
El crecimiento, el envejecimiento y el sistema inmunológico
Dos hormonas implicadas en el crecimiento —la hormona de crecimiento (GH) y el factor de crecimiento similar a la insulina (IGF1)—también se ven afectadas por la exposición a sustancias químicas.
El IGF1 es una hormona secretada principalmente por el hígado. Se reconoce como un importante regulador del crecimiento corporal. Además, múltiples experimentos con ratones muestran que la disminución de la señalización de la GH-IGF1 resulta en una vida más larga. Esta vía biológica, también determina si las células utilizarán energía para construir nuevas moléculas que el cuerpo necesita, o si descompondrán las moléculas existentes para liberar energía para que el organismo la utilice. La capacidad de los productos químicos para afectar a este regulador central del crecimiento y el envejecimiento es un hallazgo novedoso. Aún no se ha descubierto qué problemas de salud pueden deberse a la sensibilidad de la GH-IGF1.
Nuestro análisis indica que los genes que controlan la respuesta inmune también son altamente sensibles a los químicos.
Dos resultados importantes de un sistema inmunológico disfuncional son las alergias y la autoinmunidad. La prevalencia de ambas condiciones sigue una tendencia ascendente. Las alergias alimentarias aumentaron del 3.4 al 5.1 % entre 1997 y 2011 entre los niños de Estados Unidos. Las alergias cutáneas aumentaron del 7.4 al 12.5 % durante el mismo período. Otro estudio mostró un aumento del 5 % en los marcadores sanguíneos de las enfermedades autoinmunes en los estadounidenses durante el período de 1988 a 2012.
Todas las vías moleculares son sensibles a los químicos
En general, encontramos que casi todas las vías conocidas pueden estar afectadas por los productos químicos. Ese hallazgo tiene implicaciones significativas para la toxicología regulatoria.
Con un número cada vez mayor de productos químicos fabricados por el hombre, la sociedad necesita desarrollar métodos rápidos y rentables de pruebas de toxicidad.
Una pregunta importante que sigue sin respuesta es qué vías deben ser cubiertas por las pruebas para asegurar que los organismos reguladores no aprueben productos químicos que dañen o interrumpan los circuitos moleculares críticos. Nuestros datos sugieren que necesitamos desarrollar pruebas que cubran todas las vías moleculares conocidas sin excepción.
Nuestro estudio esboza nuevas prioridades para la investigación toxicológica, incluyendo el papel de las exposiciones químicas para la salud metabólica, el sistema inmunológico, el desarrollo y el envejecimiento.
Alexander Suvorov es un profesor asistente en la Universidad de Massachusetts–Amherst. Este artículo se publicó por primera vez en The Conversation.
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