Toxicocinética de la microcistina
Muchos mutágenos y carcinógenos ambientales pueden combinarse directa o indirectamente con el ADN de los organismos para formar aductos de ADN exógenos. Por ejemplo, la 8-hidroxidesoxiguanosina (8-OHdG) es una base modificada que no coincide. Los experimentos in vitro encontraron que los MC pueden aumentar el nivel de 8-OHdG y existe una relación dosis-respuesta entre la dosis del tratamiento y el nivel de 8-OHdG. La formación de aductos de ADN puede interferir con el error de replicación del emparejamiento de bases y los trastornos de reparación de daños durante la síntesis de ADN, afectando así la división celular.
DPC es un compuesto estable**valente formado a partir de ADN y proteínas. El DPC ha llamado la atención como biomarcador molecular de los efectos tóxicos de sustancias químicas extrañas. Si las macromoléculas del cuerpo se ven afectadas por factores físicos y químicos externos, se puede inducir un exceso de DPC. El DPC excesivo es un estado patológico que puede afectar la expresión genética y destruir la estructura cromosómica. Por tanto, el DPC tiene un valor importante como biomarcador de genotoxicidad. Los MC pueden inducir la formación de DPC en células de hígado, riñón y testículos de ratón, causando así daños en el ADN de los ratones. En comparación con otros tipos de daño al ADN, la DPC es más difícil de reparar y persiste por más tiempo en el ciclo celular. Cuando se copia el ADN, es fácil perder algunos genes importantes (como los genes supresores de tumores), lo que puede provocar tumores o algunas enfermedades graves. La microcistina es un regulador del crecimiento ecológico con un mecanismo de autorrefuerzo. Las altas concentraciones de MC pueden afectar la diversidad de las plantas acuáticas, ayudando así a las cianobacterias a obtener una ventaja competitiva hasta que se forme una floración. Las plantas acuáticas se ven directamente afectadas por los CM en el agua y pueden interactuar con algas toxigénicas a través de alelopatía. Entre los mecanismos de toxicidad de los MC para las plantas, la vía de inhibición de la fosfatasa puede no ser importante, pero la inducción de un aumento de ROS puede ser el mecanismo de toxicidad más importante. Después del tratamiento con MC-RR, el crecimiento de Synechococcus longum se inhibió significativamente y el aumento en los niveles de ROS desencadenó estrés oxidativo, lo que resultó en un aumento significativo en el contenido de malondialdehído (MDA). El estrés oxidativo inducido por MC-LR está estrechamente relacionado con la activación de enzimas clave en la vía de derivación de MAPK.
La investigación ha confirmado que el hornwort puede absorber MC-LR en el agua e inducir un aumento en los niveles de especies reactivas de oxígeno de las plantas. La actividad de los microsomas y la glutatión S-transferasa (GST) aumentó, lo que indica que MC-LR participó en la biotransformación en las plantas, se combinó con GSH para formar * * * productos conjugados y redujo el contenido de GSH. El glutatión reducido (GSH) es una sustancia importante en el sistema antioxidante que resiste el daño de la RO a los componentes celulares. Los estudios han demostrado que el producto conjugado formado por la combinación de GSH y MC es el primer paso en el proceso de desintoxicación biológica de MC. MC-LR-GSH (m/z 1302,79) confirmó directamente la existencia de un proceso de desintoxicación de MC en las plantas. El estrés MC-LR también puede inhibir el crecimiento de hornwort, reducir la producción de oxígeno de la fotosíntesis y cambiar el patrón de expresión de los pigmentos de hornwort.
Keating (1978) informó por primera vez en la revista "Science" que el extracto de Microcystis puede inhibir el crecimiento de diatomeas y especuló que la toxina podría desempeñar un papel. Singh et al. (2001) creían que los MC tienen efectos antialgas. La exposición a corto plazo a altas concentraciones de MC-LR (25, 50 μg·mL-1) inhibió el crecimiento de Nodida y Anabaena BT1 y redujo la liberación de O2, el contenido de clorofila a y la actividad de la nitrogenasa. Los resultados sugieren que los MC pueden inhibir la fotosíntesis en las algas. Sin embargo, investigaciones adicionales encontraron que los MC pueden inhibir o matar a los competidores (Synechococcus longissima y Anophylococcus aureus) y promover el crecimiento de algas posteriores (Chlorella pyrenoidosa y Scenedesmus obliquus).
Esto muestra que la producción de CM no es sólo un simple efecto inhibidor sobre el fitoplancton, sino que su importancia ecológica más importante puede ser regular (inhibir o promover) la proliferación de algas, de modo que las algas que producen CM tengan una ventaja competitiva en el ambiente acuático. . Ha habido numerosos informes bibliográficos sobre la toxicidad de las microcistinas para los peces. Por ejemplo, el tratamiento con MC puede dañar el hígado, los riñones, las branquias, los sistemas de circulación sanguínea, los órganos digestivos y el sistema inmunológico de los peces, y además provocar una serie de cambios de comportamiento en los peces. Las manifestaciones específicas incluyen actividad grupal reducida, natación lenta y, a menudo, permanecer cerca de la superficie del agua. A medida que aumenta la dosis de exposición a los MC, la actividad diaria del pez cebra primero aumentará y luego disminuirá. Cuando se expusieron simultáneamente a una concentración baja de MC-LR (0,5 μg/L), la actividad diaria del pez cebra y de los peces de escamas finas aumentó significativamente, mientras que cuando se expusieron a una concentración alta de MC-LR (50 μg/L), la la actividad diaria disminuyó significativamente. Sin embargo, los tiempos de nado de estos dos peces son diferentes. El tiempo de natación del pez de punta roja aumenta durante la noche, mientras que el pez cebra nada más durante el día.
La proliferación de cianobacterias también tiene un impacto significativo en el crecimiento y las actividades de las enzimas digestivas de los peces de cultivo. Los resultados de las pruebas de toxicidad aguda muestran que los peces son mucho más tolerantes al MC-LR que los ratones. Aún no se ha determinado la razón de la alta tolerancia de los organismos acuáticos. Puede ser que estén expuestos a más agua que contiene MC que los mamíferos. La evolución a largo plazo ha llevado a que los peces eliminen el MC mucho más rápido que los mamíferos.
La prueba de toxicidad aguda mostró que dentro de las 24 horas posteriores a la inyección intraperitoneal del extracto crudo de carpa cabezona MC, las condiciones patológicas del hígado empeoraron con el tiempo. Al mismo tiempo, se encontró que las células del hígado murieron principalmente en forma de apoptosis bajo la acción de bajas concentraciones de MC, mientras que bajo la acción de altas concentraciones de MC, murieron principalmente en forma de necrosis celular. Además, el cambio ultraestructural temprano del hígado causado por MC es el ensanchamiento de los espacios intercelulares. El tejido hepático se recupera 48 horas después de la inyección y el daño tisular va por detrás de la acumulación de toxina. Se observaron resultados similares en experimentos toxicológicos agudos con carpa plateada. Además, la exposición de los peces a CM indujo respuestas en el sistema antioxidante y cambios en los indicadores bioquímicos séricos.
Los peces respiran intercambiando oxígeno y dióxido de carbono entre sus branquias y el agua. Los estudios han encontrado que la exposición a MC puede causar degeneración de las células epiteliales de las branquias de la carpa y necrosis de los tejidos branquiales pequeños. Los síntomas pueden incluso detectarse mediante la inyección intraperitoneal de MC. MC-LR también puede inhibir directamente la bomba de iones de las células branquiales. Se ha encontrado que la exposición crónica a MC-LR (2 y 20 μg·L-1) durante 30 días aumentó significativamente la acumulación de endotoxinas y actividad fosfatasa en el hígado del pez cebra (Danio rerio), pero no la abundancia de PP2A. cambiar significativamente. Además, el retículo endoplásmico rugoso y las mitocondrias de las células hepáticas en el grupo de tratamiento se hincharon, y los núcleos y nucléolos celulares mostraron estructuras en forma de panal. En comparación con el grupo de control, la abundancia de 22 proteínas cambió significativamente en el grupo de tratamiento. Se identificó que estas proteínas están relacionadas con el ensamblaje del citoesqueleto, el metabolismo de las macromoléculas, el estrés oxidativo y la transducción de señales, lo que indica que la toxicidad de MC-LR para el hígado de los peces es compleja y diversa y, por lo tanto, el daño oxidativo bajo estrés crónico puede ser la principal vía de toxicidad. en lugar de la vía inhibidora de la fosfatasa. En condiciones de exposición crónica, las bajas concentraciones de MC-LR en el agua pueden afectar significativamente los procesos celulares, por lo que se debe prestar más atención al establecimiento de puntos de referencia de MC-LR en el agua.
Una investigación in situ realizada en julio de 2009 encontró que, aunque el contenido de MC en el cuerpo de agua de la bahía de Taihu Meiliang no excedía el estándar, el contenido de toxinas y ROS del hígado de la carpa en las cianobacterias florecen (incluido el hígado). intestino>branquias>músculo) fueron significativamente mayores que el control interior y Xukouwan. En consecuencia, los contenidos de MDA y carbonilo de proteína en el hígado de la carpa de la Bahía de Meiliang también fueron significativamente más altos que los del grupo de control, lo que indica que los peces habían sufrido daño oxidativo y el grado estaba significativamente relacionado con los niveles de ROS. Además, los cambios en la relación GSH/GSSG del índice del sistema antioxidante correspondieron bien al grado de contaminación de las floraciones de cianobacterias en cada sitio original y se relacionaron significativamente con la densidad de algas.