Análisis de compuestos neurotóxicos en el agua. Proyecto COGNIRISK

Los seres vivos, incluidos los seres humanos, están expuestos de forma habitual a compuestos clasificados como neuroactivos y/o neurotóxicos, algunos de los cuales han sido relacionados con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o la enfermedad de Parkinson. Entre estos compuestos encontramos algunos fármacos (inhibidores de serotoninas, benzodiazepinas, etc.), neurotoxinas, pesticidas y disruptores neuroendocrinos, así como productos químicos persistentes como PCBs, PCFs y microplásticos. El destino final de todos estos compuestos suelen ser los ecosistemas acuáticos.

Debido a esta situación, la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECA) y la  Agencia de Protección Ambiental de EEUU (US-EPA), así como otros organismos reguladores, han propuesto recientemente la utilización de nuevas metodologías –NAMs – que den soporte a las decisiones sobre el uso de estas sustancias químicas. Estas nuevas metodologías incluyen desde aproximaciones in silico, ensayos in vitro y ensayos in vivo con invertebrados o embriones vertebrados (como la Daphnia magna, o los ensayos con embriones de pez cebra). Así mismo, las propuestas incluyen nuevas herramientas de análisis – genómicas, proteómicas y metabolómicas –, dado que con los procedimientos estándares de análisis solo es posible detectar una pequeña fracción de los tóxicos presentes en aguas superficiales.

En este contexto surge COGNIRISK, un proyecto multidisciplinar que combina toxicología con conocimientos y experiencia en monitorización de agentes químicos. En este proyecto participa IQS, de la mano del Dr. Cristian Gómez del Departamento de Química Analítica y Aplicada, experto en análisis de aguas, Metabolómica, Quimiometría y análisis multivariantes , junto con el Dr. Carlos Barata y el Dr. Demetrio Raldúa, expertos en toxicología ambiental del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC). Estos dos grupos colaboran en este campo de investigación desde hace varios años^{1, 2, 3 ,4}.

Una metodología disruptiva para el análisis y control de neurotóxicos

COGNIRISK está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación, dentro de la convocatoria ‘Retos para la sociedad’, en la categoría Reto 5: Cambio climático y utilización de recursos naturales y materias primas.

Los principales objetivos de este proyecto son tres: el primero, analizar y caracterizar las ‘huellas químicas’ presentes en las muestras (IQS); el segundo, caracterizar las huellas toxicológicas utilizando respuestas ómicas y conductuales (IDAEA); y finalmente relacionar los dos anteriores utilizando métodos multivariantes (IQS/IDAEA).

Así, COGNIRISK se subdivide en dos subproyectos:

• COGNITOX, centrado en el desarrollo y aplicación de metodologías basadas en el comportamiento, para la identificación de efectos cognitivos peligrosos producidos por productos químicos neuroactivos presentes en agua. Este subproyecto será coordinado por los investigadores del IDAEA-CSIC.
• COGNICHEM, focalizado en el desarrollo e implementación de análisis para la determinación de productos químicos neuroactivos en agua y sus efectos metabolómicos en organismos acuáticos, coordinado por el equipo de IQS.

La hipótesis de trabajo es que el uso combinado del análisis químico no dirigido, junto con ensayos  refinados, precisos y de alto rendimiento para la evaluación de efectos neuroconductuales en Daphnia magna y pez cebra, permitirá abordar efectos adversos complejos  producidos por los contaminantes químicos (conocidos y desconocidos) presentes en nuestras aguas superficiales.  Como prueba de concepto, se utilizará esta metodología disruptiva para analizar dos modos de acción que difícilmente pueden ser abordados con los métodos clásicos: (1) los efectos en adultos resultantes de la exposición durante los primeros estadios del desarrollo y (2) los efectos neuroconductuales debidos a alteraciones de la microbiota intestinal, a través del eje microbiota-intestino-cerebro

_________________________________________________________________________________________________________________________

¹Bellot, M., Faria, M., Gómez-Canela, C., Raldúa, D., Barata, C. Pharmacological modulation of behaviour, serotonin and dopamine levels in daphnia magna exposed to the monoamine oxidase inhibitor deprenyl. Toxics. 2021, 9(8), 187.

²Faria M., Prats E., Bellot M., Gómez-Canela C., Raldúa D. Pharmacological modulation of serotonin levels in zebrafish larvae: Lessons for identifying environmental neurotoxicants targeting the serotonergic system. Toxics. 2021, 9 (62021), 118. 

³Bellot, M., Bartolomé, H., Faria, M., Gómez-Canela, C., Raldúa, D. Differential modulation of the central and peripheral monoaminergic neurochemicals by deprenyl in Zebrafish Larvae. Toxics. 2021, 9 (62021),116.  

⁴Bedrossiantz, J., Martínez-Jerónimo, F., Bellot, M., Raldua, D., Gómez-Canela, C., Barata, C. (2020) A high-throughput assay for screening environmental pollutants and drugs impairing predator avoidance in Daphnia magna. Science of the Total Environment, 740, 2020, 140045.