Microscòpia electrònica de transmissió de cèl·lules de Chlamydomonas reinhardtii per mostrar alteracions causades per cadmi i mercuri. El pirenoide (p) es veu aberrant, amb proliferació de vesícules lipídiques (punta de fletxa verda) i grans de midó. Els metalls també van desencadenar l’aparició de vesícules d’autofàgia (punta de fletxa vermella). Dreta: imatge de Chlamydomonas reinhardtii (Wikimedia Commons).
Cerdanyola del Vallès, 25 agost 2021 La contaminació per metalls com el cadmi o el mercuri es considera una greu amenaça pel medi ambient i la salut. Activitats humanes com la mineria, la indústria metal·lúrgica i l’ús extensiu de fertilitzants minerals són les principals fonts de contaminació contínua per metalls en nombrosos ecosistemes. Aquest risc ambiental es veu potenciat pels fenòmens de bioacumulació i biomagnificació de la cadena tròfica, associats a la llarga persistència dels metalls tòxics en l’ambient. Els ecosistemes aquàtics i terrestres afectats per escorrenties carregades de metalls tòxics són particularment vulnerables, on els organismes fotosintètics -productors primaris com fitoplàncton i microalgues del sòl- representen la primera etapa de l’acumulació de contaminació. El coneixement dels mecanismes de toxicitat en aquests organismes és essencial per una avaluació adequada dels riscos ambientals globals.
Un equip científic del Laboratori de Fisiologia Vegetal del Departament de Biologia, també afiliat amb el Centre d’Investigació en Biodiversitat i Canvi Global, a la Universitat Autònoma de Madrid (UAM), ha descobert grans canvis en les biomolècules de la microalga Chlamydomonas reinhardtii causats pel cadmi i el mercuri.
L’ús de llum de sincrotró a la línia de llum MIRAS ha estat una eina valuosa i ha fet possible el fet d’analitzar en detall les variacions en el patró biomolecular causades pels metalls pesants, a nivells de resolució rarament descrits abans. “Entre els components cel·lulars que canvien fàcilment davant l’exposició als metalls, detectem alteracions en la composició lipídica amb els experiments d’espectroscòpia infraroja a ALBA, que correspondrien a una acumulació de lípids neutres i a l’augment de la insaturació”, especifica Ángel Barón, científic de la UAM.
Cada metall ha desencadenat un patró de resposta específic, informació rellevant per comprendre els mecanismes de toxicitat induïda. Sota l’exposició al cadmi, en concret s’ha produït una major insaturació d’àcids grassos lliures, mentre que el mercuri condueix a una insaturació més forta en el monogalactosil diacilglicerol.
Els científics també han observat que el cloroplast és un orgànul cel·lular particularment vulnerable a la presència d’aquests metalls, que alteren les seves funcions bàsiques com la fotosíntesi.
L’alt nivell descriptiu d’aquest estudi destaca la rellevància dels resultats obtinguts, que permetrien avançar en el disseny i desenvolupament de noves tecnologies en el camp de la descontaminació de metalls tòxics i la bioremediació d’ecosistemes aquàtics i edàfics.
Llum de sincrotró per desxifrar els efectes dels contaminants metàl·lics
Mostres de microalgues es van exposar als metalls tòxics, cadmi o mercuri, en diferents concentracions i en diferents intervals de temps. Van ser sotmeses a anàlisis d’espectroscòpia FTIR (Fourier Transform Infrared) acoblada a llum de sincrotró (SR-FTIR) amb la finalitat d’obtenir els seus espectres d’absorció. Els resultats a la línia de llum MIRAS han mostrat múltiples variacions en el perfil biomolecular de les algues que coincidien amb les observacions complementàries i els resultats obtinguts al laboratori de la UAM, on es va detectar l’alt nivell d’estrès oxidatiu generat per aquests metalls tòxics.
L’equip científic de Madrid continua estudiant els efectes dels metalls en els organismes fotosintètics. Actualment s’estan realitzant altres anàlisis SR-FTIR a ALBA per determinar les respostes de les microalgues exposades a un altre contaminant metal·loide (l’arsènic) i la seva relació amb els nivells de fòsfor. “Cal destacar que la contaminació de l’aigua per arsènic afecta a gran part de la població mundial i suposa un greu risc per la salut humana”, explica Ángel Barón.
Por altra banda, també s’estan avaluant les alteracions biomoleculars produïdes per mercuri, cadmi i arsènic en plantes de cultiu com el blat i l’alfals, amb l’objectiu de comprendre els seus mecanismes de desintoxicació i proposar el desenvolupament de noves tècniques de fitoremediació. En aquest sentit, el grup de recerca del Dr. Luis E. Hernández del Departament de Biologia de la UAM compta amb una dilatada experiència en el camp de la resposta d’organismes fotosintètics (plantes i algues) a l’estrès oxidatiu generat per metalls tòxics i metal·loides.
Exemples d’espectres SR-FTIR recol·lectats en diferents regions, com anàlisi estadístic de components principals i càrregues per determinar canvis en grups funcionals específics de biomolècules.
Referència: Ángel Barón-Sola, Margarita Toledo-Basantes, María Arana-Gandía, Flor Martínez, Cristina Ortega-Villasante, Tanja Dučić, Ibraheem Yousef, Luis E. Hernández. Synchrotron Radiation-Fourier Transformed Infrared microspectroscopy (μSR-FTIR) reveals multiple metabolism alterations in microalgae induced by cadmium and mercury. Journal of Hazardous Materials (2021). Volume 419, 126502. ISSN 0304-3894. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126502.
Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-20-15798.
