La salute delle pulci d'acqua comuni come questa viene esaminata dai ricercatori dell'Università di T che utilizzano un potente strumento chiamato spettrometro di massa tandem. Credito:Don Campbell
I ricercatori dell'Università di Toronto stanno sviluppando un sistema di allarme rapido per la qualità dell'acqua e l'inquinamento che combina minuscole pulci d'acqua e uno strumento così sensibile da essere in grado di rilevare i cambiamenti a livello molecolare.
La tecnica sviluppata da Myrna Simpson, un professore nel dipartimento di scienze fisiche e ambientali dell'Università di T Scarborough, e il ricercatore post-dottorato Tae-Yong Jeong usa qualcosa chiamato metabolomica per studiare la salute delle pulci d'acqua comuni (Daphnia). Utilizza un potente strumento chiamato spettrometro di massa tandem per offrire una finestra sui processi biochimici che si verificano all'interno di Daphnia quando sono esposti a diverse condizioni dell'acqua.
"La metabolomica è davvero dinamica:consente di rilevare i cambiamenti biochimici nei tessuti e nelle cellule quasi istantaneamente, "dice Simpson.
La tecnica può essere incorporata in quello che viene chiamato il Sistema di allerta precoce biologico per l'inquinamento dell'acqua, che implica osservare come gli organismi rispondono biologicamente ai cambiamenti nella qualità dell'acqua. Gli organismi utilizzati nel sistema di solito hanno una risposta rapida agli inquinanti e ai cambiamenti nei nutrienti, quindi la tecnica è utile per il monitoraggio continuo della qualità dell'acqua.
"La salute dei laghi, fiumi e torrenti sono continuamente minacciati da attività causate dall'uomo, e che possono cambiare rapidamente le condizioni dei nutrienti, pH e qualità dell'acqua degli ecosistemi, "dice Simpson.
La sfida è che non c'è stato un metodo semplice e veloce per monitorare regolarmente questi ambienti. Gli attuali test riproduttivi su Daphnia possono richiedere fino a 21 giorni per essere completati, dice Simpson. Un approccio metabolomico, d'altra parte, può essere fatto in pochi minuti o ore, e anche nel corso della vita dell'organismo.
"Le attuali tecniche di monitoraggio sono lunghe e laboriose, "dice Simpson, la cui ricerca esamina l'impatto del cambiamento ambientale nel suolo e nell'acqua a livello molecolare.
"In Ontario ci sono così tanti laghi e fiumi d'acqua dolce che non puoi semplicemente raccogliere ed elaborare campioni abbastanza velocemente".
La professoressa Myrna Simpson e il borsista Tae-Yong Jeong stanno sviluppando un sistema di allarme rapido per l'inquinamento idrico che utilizza minuscole pulci d'acqua. Credito:Don Campbell
In passato sono stati sviluppati approcci metabolomici per il monitoraggio della salute umana e ambientale, ma questa è la prima volta che viene testato per l'uso nel sistema di allerta precoce biologico.
La tecnica è così granulare da poter rilevare livelli di picogrammi (un trilionesimo di grammo) di metaboliti in un campione. Simpson dice che rispetto ad altre misure "omiche" altamente sensibili come la genomica (geni) o la proteomica (proteine), la metabolomica è più economica, più facile e veloce.
Tempo e sensibilità sono fondamentali quando si tratta di monitorare la qualità dell'acqua, osserva Jeong. Una volta che le Daphnia sono esposte agli inquinanti, la tossicità può iniziare ad alterarli fondamentalmente a livello molecolare, che influenzano i livelli di energia, capacità di riprodursi e di provocare alterazioni genetiche.
"Se le Daphnia non sono felici perché colpite dall'inquinamento, lo vedrai a cascata in tutta la rete alimentare, " lui dice.
"Sono ideali da utilizzare nello studio dell'inquinamento idrico perché, come organismo chiave di volta, sono rappresentativi di ciò che sta accadendo nel loro ambiente circostante."
La ricerca, che ha ricevuto finanziamenti dalla Fondazione Krembil e dal Ministero dell'Ambiente dell'Ontario, Conservazione e Parchi, è pubblicato sulla rivista Ricerca sull'acqua .
La coppia ha anche scritto un secondo articolo che esamina come i metaboliti possono fluttuare nel corso della vita di Daphnia, che viene pubblicato sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali .
Poiché la metabolomica è così sensibile, un importante passo successivo per i ricercatori è capire come distinguere tra lievi cambiamenti metabolici causati dall'inquinamento e variazioni più estreme.
"Dobbiamo definire cos'è un piccolo cambiamento nel metabolismo rispetto a un cambiamento davvero grande che sappiamo si manifesterà in qualcosa di molto peggio, " dice Simpson.
