¿Pueden las toxinas ambientales alterar los ritmos circadianos, el "reloj" biológico cuya alteración está relacionada con la inflamación crónica y una serie de trastornos humanos? La investigación que muestra un vínculo entre la interrupción circadiana y el plancton que se ha adaptado a la contaminación salina vial plantea la pregunta directamentela mesa.
"Esta investigación muestra que la exposición a toxinas ambientales puede estar deprimiendo la función de nuestro reloj circadiano, cuya interrupción está relacionada con mayores tasas de cáncer, diabetes, obesidad, enfermedades cardíacas y depresión", dijo Jennifer Hurley, asistenteprofesor de ciencias biológicas, miembro del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios CBIS del Instituto Politécnico Rensselaer, y autor principal de esta investigación. "Esta es la primera vez que alguien ha demostrado que esto sucede a nivel del reloj central, quehemos considerado estar fuertemente protegidos contra este tipo de efectos ambientales "
La investigación se basa en hallazgos recientes del Proyecto Jefferson en Lake George, que muestra que una especie común de zooplancton, Daphnia pulex, puede desarrollar tolerancia a niveles moderados de sal de carretera en tan solo dos meses y medio. Esa investigación produjo cincopoblaciones de Daphnia adaptadas a concentraciones de sal que van desde la concentración actual de 15 miligramos por litro de cloruro en Lake George, a concentraciones de 1,000 miligramos por litro como se encuentran en lagos altamente contaminados en América del Norte.
"El plancton, que son consumidores clave de algas y una fuente de alimento para muchos peces, puede estar haciendo una compensación monumental para tolerar el aumento de la sal en la carretera", dijo Rick Relyea, director del Proyecto Jefferson, miembro de CBIS y coautor del estudio"El ritmo circadiano guía a estos animales a través de una migración diaria, a aguas profundas durante el día para esconderse de los depredadores y las aguas poco profundas durante la noche para alimentarse. Interrumpir ese ritmo podría afectar a todo el ecosistema del lago".
Hurley dijo que la adaptación a la sal probablemente esté afectando a Daphnia a nivel epigenético, un cambio heredable en los niveles de genes en lugar del código genético. La investigación tiene una amplia aplicabilidad en múltiples campos más allá de la salud humana y es una demostración de investigación interdisciplinaria de vanguardia resultantede la colaboración cruzada entre CBIS y el Proyecto Jefferson.
Para explorar si la sal afecta el ritmo circadiano de Daphnia, los investigadores primero establecieron que el plancton se rige por un conjunto central de genes de control de reloj que anticipa el ciclo día / noche. Los genes de control de reloj promueven y suprimen la transcripción génica, creando oscilaciones diariasen los niveles de enzimas y hormonas que afectan la función celular, la división y el crecimiento, así como los parámetros fisiológicos como la temperatura corporal y las respuestas inmunes. El genoma Daphnia incluye el gen PERIOD PER, un conjunto de genes casi idénticos al pozo- Reloj central establecido de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster .
Kayla Coldsnow, estudiante de doctorado de Rensselaer y primera autora del estudio, realizó un seguimiento de la expresión del ARNm de PER en Daphnia expuesta a niveles de sal naturalmente bajos y condiciones oscuras constantes. A pesar de estas condiciones ambientales constantes, los niveles de ARNm de Daphnia PER oscilaron conun ritmo de 24 horas, una clara indicación de un reloj circadiano funcional. Sus resultados, en combinación con investigaciones existentes, muestran que los "genes del reloj" PER están activos en Daphnia.
Para probar si la adaptación a entornos con alto contenido de sal afecta a este reloj circadiano funcional, Coldsnow realizó un experimento similar con las cinco poblaciones de Daphnia producidas durante su investigación anterior. Sus datos mostraron que los ritmos PER ARNm se deterioraron con la adaptación al aumento de las concentraciones de sal.
"Lo que vemos es una respuesta graduada y medida en este organismo; cuanto mayor es el nivel de sal a la que se adaptan las Daphnia, más suprime la expresión de su reloj circadiano", dijo Hurley. "La población se adaptó naturalmentelos bajos niveles de sal exhiben una oscilación hermosa y saludable en la expresión de ARNm PER, pero la población adaptada a los altos niveles de sal ha perdido por completo su capacidad de oscilar esta expresión de ARNm ".
Hurley dijo que los hallazgos abren una nueva puerta en la investigación circadiana.
"Las implicaciones son sustanciales", dijo Hurley. "Usted ha expuesto a Daphnia a una toxina ambiental y su reloj fue suprimido, probablemente a través de mecanismos epigenéticos. El reloj y la biología de Daphnia son muy similares al reloj y la biología tantoen nuestros cerebros y en la mayoría de los organismos. ¿Es posible que podamos ver cambios epigenéticos en el cerebro humano debido a la exposición a toxinas ambientales?
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Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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