La polución por la quema de biomasa provoca la muerte de células pulmonares

En pruebas realizadas en Brasil, partículas provenientes de incendios en la Amazonia indujeron inflamación, estrés oxidativo y perjuicios genéticos en células de pulmones humanos

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Cuando se exponen células de pulmones humanos en laboratorio a concentraciones de contaminantes comparables a las encontradas en la atmósfera amazónica en épocas de incendios, las mismas sufren severos daños en su ADN y dejan de dividirse. Al cabo de 72 horas de exposición, más del 30% de las células en cultivo están muertas.

¿Quién es el principal responsable de este estrago? Por lo que todo indica, es el reteno, un compuesto químico perteneciente a la clase de los hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPAs).

Estas conclusiones surgen de un estudio publicado el 7 de septiembre pasado en la revista Scientific Reports por un grupo de investigadores brasileños.

“No encontramos en la literatura científica información sobre la toxicidad del reteno. Espero que nuestros hallazgos sirvan como incentivo para que este compuesto sea estudiado mejor y para que sus concentraciones ambientales pasen a ser reguladas por las organizaciones de salud”, dijo Nilmara de Oliveira Alves Brito, primera autora del artículo y becaria posdoctoral de la FAPESP.

Esta investigación se realizó bajo la supervisión del profesor Carlos Menck, del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB-USP), y Silvia Regina Batistuzzo, de la Universidad Federal de Rio Grande del Norte (UFRN), ambas en Brasil. Y contó con la participación de Paulo Saldiva, docente de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FMUSP), y de Paulo Artaxo, del Instituto de Física (IF-USP), además de investigadores de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) y de la Fundación Oswaldo Cruz (Fiocruz), todas de Brasil, y de la Washington University en Saint Louis, en Estados Unidos.

“Durante mi maestría en la UFRN, observé que la exposición de las células de los pulmones a ese material en partículas emitido por la quema de biomasa inducía una mutación en su ADN. El objetivo en este estudio más reciente fue investigar los mecanismos a través de los cuales sucede esto”, dijo De Oliveira Alves Brito.

De acuerdo con la investigadora, el primer paso consistió en determinar la concentración de contaminantes que se utilizaría en las pruebas in vitro, a los efectos de mimetizar la exposición que sufren los habitantes del llamado “arco del desmonte”, una extensión de 500 mil km² de tierras que va desde el este y el sur del estado de Pará en dirección al oeste, pasando por los estados de Mato Grosso, Rondônia y Acre.

Mediante el uso de modelos matemáticos, los investigadores calcularon la capacidad de inhalación de material en partículas a través de los pulmones humanos en el apogeo del período de incendios, como así también el porcentaje de contaminantes que efectivamente se deposita en los referidos órganos. “Con base en esa masa teórica, determinamos las concentraciones que se testearían en los cultivos celulares”, dijo De Oliveira Alves Brito.

Los contaminantes que se utilizaron in vitro se recolectaron en un área natural cercana a Porto Velho (Rondônia) durante la estación de quemas, cuyo pico se registra entre los meses de septiembre y octubre.

“Realizamos la recolección con equipos que aspiran el aire y depositan el material en partículas finas –con un diámetro de menos de 10 micrones– en un filtro. Nuestro interés era estudiar las partículas pequeñas, puesto que son las que logran llegar a los alvéolos pulmonares”, dijo De Oliveira Alves Brito.

Tal como explicó Artaxo, los filtros se congelaron inmediatamente después de la recolección del material en partículas, toda vez que los compuestos orgánicos encontrados en la pluma de contaminación son extremadamente volátiles.

“Se transportó ese material a São Paulo, donde se lo diluyó en una solución nutritiva que después se les aplicó a los cultivos. Se empleó la misma proporción de contaminantes presente en el aire que respira la población de Porto Velho”, dijo Artaxo.

Los cultivos tratados con la solución se compararon con un grupo de células de control a la cual se le aplicó únicamente el solvente utilizado para extraer los contaminantes del filtro. El objetivo era confirmar que los eventuales efectos adversos observados eran causados por el material en partículas y no por el solvente.

Con efecto inmediato

Desde los primeros momentos de exposición, las células pulmonares empezaban a producir grandes cantidades de moléculas proinflamatorias. La inflamación venía seguida por un aumento de la liberación de especies reactivas de oxígeno (ERO), sustancias que provocan el llamado estrés oxidativo y que, en grandes cantidades, dañan las estructuras celulares.

“Para entender los caminos que estaban llevando a esa condición de estrés, analizamos el ciclo celular y notamos que el mismo se veía perjudicado debido al aumento de la expresión de proteínas tales como la P53 y la P21. Las células habían parado de replicarse, lo que sugería que estaban produciéndose daños en el ADN”, dijo De Oliveira Alves Brito.

Mediante pruebas específicas, los investigadores confirmaron los daños genéticos. Gracias al aumento de la expresión de la proteína LC3 y de otros marcadores específicos, notaron también que las células estaban entrando en un proceso de autofagia, es decir, estaban autodegradándose en sus estructuras internas.

“Todos estos daños se observaron en tan sólo 24 horas de exposición. A medida que el tiempo pasaba, el daño genético aumentaba y las células entraban en proceso de apoptosis [una especie de muerte celular no inflamatoria] y de necrosis [un tipo de muerte en la cual la célula libera su contenido interno, induciendo una inflamación en la zona]”, dijo De Oliveira Alves Brito.

Mientras que en el cultivo de control sólo un 2% de las células se habían muerto por necrosis al cabo de 72 horas, en el cultivo tratado con los contaminantes el índice llegó al 33%.

“No todas las células se mueren. Pero las que sobreviven siguen sufriendo daños en su ADN, lo que puede predisponer al desarrollo de cáncer en el futuro”, comentó la investigadora.

Antes incluso de empezar el experimento con los cultivos celulares, De Oliveira Alves Brito y sus colaboradores concluyeron un análisis de las sustancias presentes en el material en partículas recolectado en la Amazonia. Se detectó la presencia de diversos compuestos de la clase de los HPAs, muchos de éstos reconocidamente carcinogénicos. Los resultados de este análisis salieron publicados en 2015 en la revista Atmospheric Environment.

“Observamos que el compuesto existente en mayor cantidad era el reteno. Decidimos entonces repetir el experimento con las células empleando esa sustancia en forma aislada, pero en la misma concentración encontrada en el material en partículas. Observamos que el reteno soçlo también inducía daños en el ADN y muerte celular”, dijo De Oliveira Alves Brito.

Según Artaxo, en caso de que la cantidad de células pulmonares muertas sea grande in vivo, pueden surgir dificultades respiratorias e incluso enfermedades graves como el enfisema pulmonar.

“En un estudio anterior, demostramos que la disminución del desmonte –que era de 27.000 km² en 2004 y pasó a 4.000 km² en 2012– evitó la muerte de al menos 1.700 personas por enfermedades asociadas a la polución atmosférica. Lo curioso es que la mayoría de esas muertes no habrían ocurrido en la Amazonia sino en el sur de Brasil, a causa del transporte a larga distancia de los contaminantes y también porque acá la densidad poblacional es mucho mayor”, dijo.

Alcance mundial

Aunque el reteno no se emite debido a la quema de combustibles fósiles –la principal fuente de contaminación en regiones urbanas en Brasil–, los científicos destacan que ese compuesto puede hallarse en la atmósfera de ciudades como São Paulo, probablemente como consecuencia de la quema de caña de azúcar y de otros tipos de biomasa en las cercanías.En el artículo, los investigadores subrayan que la mayoría de los estudios realizados se enfocaron en el papel de los combustibles fósiles en la polución atmosférica. Sin embargo, aproximadamente 3.000 millones de personas en todo el mundo están expuestas a contaminantes provenientes de la quema de biomasa ocasionada por prácticas agrícolas, por la deforestación o por la quema de madera o carbón para su uso como combustible en cocinas o para la calefacción residencial.

Un informe de la Organización Mundial de la Salud (OMS) dado a conocer en 2012 indicó que aproximadamente siete millones de muertes –una de cada ocho de las muertes en el mundo– eran producto de la exposición a la polución atmosférica.

“La combinación de incendios forestales con la ocupación humana ha transformado la quema de biomasa en una seria amenaza a la salud pública. La mayoría de los incendios forestales ocurren en el arco del desmonte, con impactos directos sobre más de 10 millones de personas de la región. En muchos estudios se han detectado severos efectos sobre la salud humana, tales como el aumento de la incidencia de asma y la elevación de la morbilidad y la mortalidad, fundamentalmente entre la población más vulnerable, compuesta por niños y ancianos”, apuntan los autores.

Puede leerse el artículo intitulado Biomass burning in the Amazon region causes DNA damage and cell death in human lung cells (DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.08.059), de Nilmara de Oliveira Alves, Joel Brito, Sofia Caumo, Andrea Arana, Sandra de Souza Hacon, Paulo Artaxo, Risto Hillamo, Kimmo Teinilä, Silvia Regina Batistuzzo de Medeiros y Pérola de Castro Vasconcellos, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-017-11024-3.