Ensayos microbianos para la detección de sustancias genotóxicas

Juan Carlos Codina


Entre las sustancias con efecto tóxico merecen ser destacadas aquéllas que por su estructura son capaces de interaccionar con los ácidos nucleicos, presentando una posible actividad mutagénica y/o carcinogénica. La toxicidad que afecta al material genético y que manifiesta una expresión retardada en el tiempo se denomina genotoxicidad [Hofnung y Quillardet, Mutat. Res., 132, 141 (1984)]. Algunas sustancias genotóxicas son mutágenos, es decir, son sustancias capaces de incrementar la tasa de mutación; algunas otras son carcinógenos, capaces de incrementar la tasa de aparición de un tumor. Se ha demostrado experimentalmente que existe una correlación positiva entre agentes genotóxicos y carcinogénicos [Purchase, Mutat. Res., 99, 53 (1982)]. No todos los agentes que contribuyen al desarrollo de cánceres humanos son genotóxicos. Un posible mecanismo de acción para estos carcinógenos no genotóxicos consiste en su capacidad de interferir con los mecanismos de reparación del DNA o de incrementar la respuesta mutagénica a otros agentes, motivo por el cual se les suele designar con el término de comutágenos [Rossman et al. En: Genetic Toxicology of Environmental Chemicals. Alan R. Liss (1986)].
Muchas de estas sustancias pueden alcanzar el medio ambiente, fundamentalmente el acuático, y producir efectos directos o indirectos sobre el hombre y los animales, incluso a bajas concentraciones. Esto obliga a la adopción de estrictas medidas de control, siendo imprescindible la realización de pruebas de determinación de genotoxicidad, mutagenicidad y/o carcinogenicidad de todas las sustancias químicas de uso frecuente, así como de mezclas complejas debidas a actividad humana presentes en el medio ambiente.
Los estudios epidemiológicos han servido para determinar agentes específicos asociados con una determinada ocupación laboral y el riesgo de desarrollar algunos tipos de cáncer. No obstante, estos métodos de detección de sustancias genotóxicas presentan también numerosas desventajas debidas principalmente a su naturaleza de investigación no experimental. Entre los marcadores biológicos estudiados se encuentran las aberraciones cromosómicas, el intercambio de cromátidas hermanas, micronúcleos en células somáticas, etc. [Forni y Bertazzi, Mutat. Res., 181, 289 (1987)]. Son también numerosos los ensayos que emplean a diversos organismos como elementos de investigación para determinar el potencial genotóxico de una sustancia química o muestra ambiental. Entre los ensayos de genotoxicidad con organismos superiores cabe citar el ensayo de intercambio de cromátidas hermanas en peces o el ensayo de determinación de micronúcleos en los linfocitos periféricos de larvas de anfibios de los géneros Pleurodeles o Xenopus [Herricks et al., Wat. Sci. Tech., 23, 271 (1991)]. También, un vegetal tan trivial como la cebolla (Allium cepa), ha sido empleado en un ensayo de determinación de la genotoxicidad en el que se investigan parámetros citológicos como el índice mitótico, aberraciones cromosómicas, aneuploidía y c-mitosis. Los ensayos con células de mamíferos, roedores fundamentalmente, son asimismo muy útiles en la predicción de mutagénesis celular. El ser humano o al menos alguno de sus componentes también han sido empleados en ensayos de este tipo [Fiskesjö, Ambio 14(2), 99 (1985)].
Frente a estos clásicos ensayos de determinación de toxicidad a nivel genético, la tendencia actual es el empleo de ensayos a corto plazo que permiten la obtención de resultados en intervalos de tiempo relativamente cortos. A la rapidez hay que sumarle las ventajas de la economía y la de emplear grandes poblaciones en los ensayos. La mayoría de estos ensayos utilizan como elementos de experimentación a microorganismos, sobre todo bacterias, o a cultivos celulares [Venitt y Perry, Mutagenicity Testing: A Practical Approach. IRL Press (1984)]. Entre tales ensayos se pueden distinguir las siguientes categorías:
  1. Ensayos de mutagenicidad directa. Tales ensayos están basados en la selección de mutaciones directas en varios loci génicos. Estos ensayos conllevan la pérdida de una función o estructura de la cepa salvaje, tal como el ensayo arar de Salmonella typhimurium. La cepa empleada en el ensayo, S. typhimurium SV3 presenta una mutación en el gen araD que la hace incapaz de convertir a la L-ribulosa-5-fosfato a D-xilulosa-5-fosfato, en la ruta metabólica de la arabinosa. La acumulación de L-ribulosa-5-fosfato, un intermediario tóxico, ocasiona la muerte celular. Por consiguiente, la cepa SV3 es sensible a la L-arabinosa. Las células se convierten en resistentes debido a la producción de mutaciones directas en al menos uno de los tres loci genéticos situados antes del gen araD en el operón de la arabinosa [Ruiz-Rubio y Pueyo, Mutat. Res., 105, 383 (1982)].
  2. Ensayos de reversión o retromutación. En ellos se evalúa la producción de mutaciones inversas que suprimen el efecto de una mutación original sobre un rasgo fenotípico claramente observable. Sin duda alguna, el ensayo más conocido y empleado de este tipo es el de reversión de la auxotrofia para histidina de cepas de S. typhimurium, mejor conocido por el nombre de test de Ames. Si las cepas de S. typhimurium auxotrofas para histidina son expuestas a sustancias mutagénicas, se producirá una reversión a la prototrofia de las mismas, que puede ser evaluada mediante recuento en un medio mínimo carente de histidina. Con objeto de simular la posible incidencia de estas sustancias en mamíferos y, por consiguiente, en seres humanos, suele incluirse en el ensayo el empleo de la fracción microsomal (S9) de hígado de rata o humano [Maron y Ames, Mutat. Res., 113, 173 (1983)].
  3. Ensayos de genotoxicidad basados en el sistema SOS de reparación de daños genéticos. La expresión de un gen del sistema SOS puede ser medida directamente por medio de su fusión con el gen lacZ, el gen estructural de la ß-galactosidasa en Escherichia coli. En el ensayo SOS Chromotest, las cepas de E. coli se mezclan con las sustancias a ensayar, determinándose tras un periodo de incubación de 2 horas los niveles de ß-galactosidasa. Cuando tales sustancias son genotóxicas ocasionan un aumento en los niveles de ß-galactosidasa respecto a los controles, pues se inducen los genes de mecanismo SOS [Llagostera et al., Environ. Mutag. 8, 571 (1986)].
La gran variedad de ensayos de determinación de la genotoxicidad indica la importancia que se le está dando actualmente a las sustancias genotóxicas. Pero me gustaría terminar con la siguiente reflexión de Heinrich V. Malling [Environ. Mutag. 3, 103 (1981)]:
Puedo recordar la excitación que me causó hace años saber que algunas sustancias químicas a las que se encuentra expuesto el hombre eran mutagénicas. Hoy en día sabemos que el humo de los cigarrillos, la comida cocinada, el café, las drogas, los tintes del pelo y muchas otras sustancias, contienen mutágenos. Pero, ¿es acaso esta situación peor que la que existía cuando vivíamos en cavernas, inhalando el humo de los fuegos y comíamos granos mohosos?

Juan Carlos Codina Escobar es Profesor de Enseñanza Secundaria en el I.B. Sierra Bermeja.