Uso de biomarcadores
Debido a que los organismos bentónicos están expuestos a múltiples estresores y a que no siempre es posible analizar la presencia de contaminantes concretos en los tejidos, se han buscado indicadores que demuestren la toxicidad de los contaminantes. Los biomarcadores solían definirse como respuestas celulares o bioquímicas a los estresores ambientales, pero esta definición se ha ampliado para incluir respuestas fisiológicas, químicas, genotóxicas, moleculares o de comportamiento (Scott y Sloman, 2004; Monserrat et al., 2007). Los biomarcadores se utilizan actualmente para evaluar el estado de las aguas costeras europeas (Hagger et al., 2009).
Aunque los biomarcadores se han clasificado de diferentes maneras, se agrupan en tipos específicos o no específicos. Entre los ejemplos de biomarcadores específicos se encuentran los MT, que representan las concentraciones de metales traza en los tejidos corporales, y la actividad de la colinesterasa, que se ha propuesto como biomarcador específico para los pesticidas organofosforados, carbomatos y neurotoxinas (Monserrat et al., 2007). Por otra parte, existen biomarcadores no específicos, como el daño al ADN, la oxidación de las proteínas y las respuestas antioxidantes, que reflejan combinaciones de factores de estrés (Geracitano et al., 2004). Los biomarcadores de daño en el ADN son herramientas valiosas para evaluar los efectos de la exposición aguda y crónica de los animales acuáticos a sustancias genotóxicas (Amado et al., 2006). Cualquier cambio positivo o negativo es importante porque puede transmitirse a las generaciones futuras y tener consecuencias ecológicas.
La investigación sobre biomarcadores en los últimos 10 años ha sido amplia y, aunque se ha centrado en los mejillones y los peces (van der Oost et al., 2003), también ha habido estudios sobre moluscos, ostras, almejas, vieiras, poliquetos y crustáceos. En el caso de los mejillones, se ha probado una amplia gama de biomarcadores en Europa. Mariogomez et al. (2013) han evaluado recientemente cinco sistemas de biomarcadores, incluido un biomarcador de respuesta integrado (IBR) que utiliza biomarcadores bioquímicos, histoquímicos e histológicos de efecto. Utilizando un conjunto de datos a largo plazo de mejillones recogidos como parte de un programa de vigilancia de mejillones tras el vertido de petróleo del Prestige, investigaron qué biomarcadores eran sensibles al estrés ambiental. También concluyeron que, aunque los índices diferían en sensibilidad y resultados, todos eran útiles para simplificar la interpretación de los efectos biológicos de la contaminación. Sin embargo, concluyeron que para que fueran eficaces era necesario comprender los mecanismos que subyacen a las respuestas al estrés. Además, es necesario entender si hay cambios estacionales en las respuestas de los biomarcadores y algunos índices parecen más potentes cuando aumenta el número de biomarcadores utilizados. Por último, es necesario conocer los niveles de fondo y los valores de referencia de las zonas estudiadas. Uno de los mejores biomarcadores de la exposición a los metales es la carga de metales en los tejidos, que varía en función del tejido concreto analizado. Además, los MT son proteínas de bajo peso molecular que regulan los niveles de metales esenciales lábiles, como el Zn y el Cu, en las células y reducen los efectos perjudiciales de las especies reactivas del oxígeno. Algunos científicos cuestionan la especificidad de las MT alegando que se producen en respuesta a otros factores de estrés y en estudios más antiguos se encontró poca correlación entre la inducción de MT y la exposición a metales (Chapman et al., 2003). La expresión de esta proteína también es inducida por la hipoxia, las señales endocrinas y el estrés oxidativo y también se ve afectada por el desarrollo de las gónadas y la disponibilidad de alimentos. La capacidad de sintetizar MT difiere entre los moluscos marinos en algunos los niveles aumentan en las regiones donde las concentraciones son más altas. Los niveles en la vieira, A. gibbus, eran más altos en las branquias de vieiras contaminadas por aguas residuales municipales (Quinn et al., 2005).
Para examinar los efectos de la exposición a metales en las vieiras, Regoli et al. (1998) midieron las respuestas lisosomales y antioxidantes en la glándula digestiva de la vieira antártica tras la exposición al cobre y al mercurio. Más recientemente, Liu et al. (2012) tomaron muestras de C. farreri en lugares que diferían en cuanto a contaminantes. Se analizó el agua y los tejidos de la vieira (branquias y glándulas digestivas) para detectar metales traza (Cu, Cd, Pb y Zn) y 16 HAP. También se midieron la GST (glutatión-S-transferasa), las roturas de la cadena de ADN, el contenido de proteínas y la peroxidación de lípidos. La GST estaba inhibida y la aril hidrocarburo hidroxilasa (responsable del paso oxidativo inicial en el metabolismo de una variedad de HAP) estaba elevada en un lugar donde los niveles de HAP eran altos. Para Argopecten purpuratus, Zapata et al. (2012) también midieron las concentraciones de metales para Cu, Cd y Pb en las branquias y la glándula digestiva, tres genes implicados en el estrés y el metabolismo oxidativo (GPx, GST y HSP70) y un marcador de proteínas (MT). Un conjunto de biomarcadores aumenta el potencial para distinguir los sitios que tienen diferentes niveles de contaminantes. Encontraron que los genes de choque térmico fueron inducidos; esto se ha encontrado para otros bivalvos expuestos a metales traza como el Hg y puede reflejar el daño celular que también se produce con el aumento de las temperaturas.
Usando una combinación de factores de estrés, Nahrgang et al. (2013) midieron los niveles de referencia de los metales y HAP en los mejillones y la vieira islandesa, Chlamys islandica, estacionalmente en 2010. Midieron una buena gama de biomarcadores, incluyendo la estabilidad de las membranas lisosomales en los hemocitos, las reservas de energía en las glándulas digestivas, y el estrés oxidativo y las enzimas antioxidantes (GST, CAT y GPX), y la peroxidación de los lípidos (TBARS-sustancias reactivas tiobarbitúricas), junto con la capacidad total de barrido oxidativo (TOSC). Descubrieron que algunos de los niveles de los biomarcadores variaban estacionalmente, quizá en respuesta al aumento de nutrientes y a las temperaturas más altas, y concluyeron que las medidas conjuntas de TBARS y TOSC proporcionaban una mejor medida del estrés oxidativo durante el año que las mediciones de CAT, GPX y GST. Esta investigación proporciona ahora una plataforma para realizar más estudios en zonas donde se sabe que hay una elevada exposición a metales traza u otros contaminantes. Sin embargo, es importante entender la variabilidad natural y cómo los contaminantes afectan a los biomarcadores y si interactúan de forma sinérgica o antagónica.
Los biomarcadores de estrés oxidativo son útiles porque pueden proporcionar algunas de las primeras señales de estrés a los organismos (Regoli et al., 2000; Valko et al., 2005; Valavanidis et al., 2006). Los biomarcadores comúnmente utilizados tanto en peces como en mejillones incluyen la catalasa (CAT), la glutatión peroxidasa (GPX) y la peroxidación lipídica, junto con el TOSC. Camus et al. (2002) inyectaron a la vieira islandesa dos concentraciones de benzo(a) pireno (BaP)-PAH en el músculo aductor durante 4 días y tomaron muestras de la hemolinfa de los tejidos del músculo aductor y del hepatopáncreas. La presencia de antioxidantes deprimió la actividad de la TOSC, demostrando un efecto contaminante. En un trabajo más reciente, Pan et al. (2009) midieron las respuestas de los biomarcadores antioxidantes del pequeño Chlamys farreri al mismo HAP, utilizando tejidos de las branquias y de la glándula digestiva. Se encontró una relación dosis-respuesta fiable entre el BaP y la actividad de la 7-etoxirresorufina-O-detilasa en la glándula digestiva, y se propusieron GST, SOD, CAT, GPx y LPO como herramientas para su uso en estudios de estrés y toxicidad. Hannam et al. (2010) encontraron pruebas de estrés oxidativo y respuestas inmunotóxicas en la vieira islandesa Chlamys islandica tras la exposición a niveles de HAP de 163 µg L-1 durante un período de 21 días. Tras el cese de la exposición, no se recuperó la función inmunitaria, lo que sugiere que existe la posibilidad de que continúen los efectos subletales a largo plazo.
Las colinesterasas (ChE) y la AChE son serina hidrolasas que desempeñan un papel en la neurotransmisión y son las enzimas objetivo de los pesticidas organofosforados (OP) y carbamatos (CB). Bocquene (1997) no encontró pruebas de inhibición de la AChE en extractos de músculo aductor que indicaran la presencia de contaminantes insecticidas, pero Owen et al. (2002) informaron de la inhibición de la actividad de la AChE y la BChE en la hemolinfa de la vieira tropical Euvola (Pecten) ziczac al pesticida OP cloropirifos. Regoli et al. (1997, 1998) propusieron utilizar las respuestas lisosomales y antioxidantes en Adamussium colbecki como herramienta de alerta temprana para detectar perturbaciones ambientales en el entorno antártico. También se han determinado las actividades de la ChE para otros sustratos en los tejidos de la vieira antártica A. colbecki (Bonacci et al., 2004; Corsi et al., 2004; Bonacci et al., 2008), que mostraron respuestas dependientes de la dosis de cloropirifos, como se encontró en otros bivalvos. Mientras que las ChE se habían considerado biomarcadores específicos para estos compuestos, otros científicos sugieren que podrían verse afectadas por una serie de contaminantes que incluyen HAP, metales traza y mezclas complejas. Esto se ha encontrado para los extractos de cuerpo entero de dos especies de mejillones expuestos a dosis crecientes de Cd y Zn (Najimi et al., 1997). Bonacci et al. (2008) probaron las respuestas de la ChE de Pecten jacobaeus al OP azamethiphos y al diisopropilfluorofosfato, al cadmio y al zinc utilizando tejidos de las branquias, la glándula digestiva y el músculo aductor. Encontraron respuestas específicas de los tejidos y una inhibición de la ChE dependiente de la dosis en respuesta a la exposición in vitro al cadmio y al azamethiphos, pero la sensibilidad al zinc y al DFC fue menor. La susceptibilidad de las branquias fue la más alta de los tres tejidos analizados y pone de manifiesto los efectos del daño, ya que éstas son el lugar principal para la respiración y el intercambio iónico. Es importante probar los efectos de los biomarcadores en otros contaminantes y en especies de vieiras de regiones templadas, tropicales y polares. Bonacci et al. (2009) midieron las respuestas de la ChE de la vieira antártica, A. colbecki, expuesta a organofosforados e hidrocarburos policíclicos, PAH y PCB. Los resultados para PAH y PCB sugirieron una respuesta de la ChE, pero ésta no fue dependiente de la dosis y el PCB por sí solo no provocó una respuesta. La falta de una respuesta de concentración-dosis sugiere que la actividad de la ChE puede no ser una herramienta sensible para medir las mezclas de los productos químicos mencionados en el medio ambiente marino.