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Malattie senza diagnosi e terapie non funzionanti perchè e cosa fare? (quinta parte)

23/01/2018 - AUTORE: Tiziana Scotti

Cosa sono i biomarkers.Uno dei problemi più importanti da affrontare nelle indagini ecotossicologiche riguarda la valutazione dell'esposizione e dell'effetto di composti inquinanti sulle comunità naturali. La moderna tossicologia ambientale, per affrontare queste problematiche, ha gradualmente affiancato alle indagini di biomonitoring, basate sulla stima dei livelli di residui negli organismi bioindicatori, un nuovo approccio metodologico basato sulla valutazione delle risposte che un organismo, una popolazione o una comunità naturale può generare, nei confronti di uno stress chimico ambientale. Ciascuna di queste risposte, comunemente definite come biomarkers, rappresenta un segnale integrato del livello di contaminazione di una determinata area e, di conseguenza, costituisce un indicatore del livello di rischio tossicologico a cui una determinata popolazione naturale può essere sottoposta (Bayne et al., 1985; McCarthy e Shugart, 1990, Depledge e Fossi, 1994).

Viene convenzionalmente definito come biomarker "...quella variazione, indotta da un contaminante, a livello delle componenti biochimiche o cellulari di un processo , di una struttura o di una funzione, che può essere misurata in un sistema biologico" (NRC, 1989). Tale variazione puo' fornire informazioni sia qualitative che semiquantitative sulla natura dell'insulto chimico, sia sulla connessione consequenziale fra effetti biologici e livelli di contaminazione ambientale. Uno dei concetti fondamentali su cui si basa questo nuovo approccio metodologico riguarda l'intercorrelabilita' degli effetti di un contaminante ai vari livelli di organizzazione strutturale (Bayne et al., 1985). La tossicita' primaria di un contaminante si esercita, in linea generale, a livello biochimico e molecolare (modificazioni di attivita' enzimatiche, alterazioni a livello del DNA, ecc.), e solo successivamente gli effetti si possono riscontrare, con un meccanismo a cascata, ai livelli successivi dell'organizzazione gerarchica, organello, cellula, tessuto, organismo, fino a giungere a livello di popolazione. Le diverse risposte omeostatiche e non che l'organismo genera nei confronti dell'insulto chimico rappresentano quindi potenziali biomarkers utilizzabili in indagini ecotossicologiche (McCarthy e Shugart, 1990, Depledge e Fossi, 1994).

Quale è quindi il contributo di questo approccio metodologico nella valutazione di rischio ambientale da composti inquinanti ? La stima di biomarkers, in organismi bioindicatori, campionati in una o piu' aree sospette di contaminazione, e posti a confronto con organismi provenienti da un'area di controllo puo' permettere di valutare il pericolo potenziale della o delle comunita' oggetto di studio (Depledge 1989; McCarthy e Shugart, 1990; Fossi, 1991; Depledge e Fossi, 1994). I vantaggi ed i limiti dell'utilizzo di tale approccio metodologico rispetto ai convenzionali metodi di biomonitoraggio vengono riportati di seguito:

i biomarkers forniscono una risposta integrata dell'esposizione complessiva della specie bioindicatrice, considerando sia la sommatoria delle diverse vie di assunzione che dell'esposizione nel tempo entro un determinato range spaziale; i biomarkers forniscono una risposta integrata dell'insieme delle interazioni tossicologiche e farmacologiche della miscela di composti a cui e' sottoposto l'organismo sentinella;

i biomarkers forniscono una risposta immediata all'esposizione al tossico. Una delle attuali limitazioni dei biomarkers, oggetto di future linee di ricerca, riguarda l'individuazione delle relazioni esistenti fra le risposte a livello dell'individuo e gli effetti a livello ecologico. In questo contesto la valutazione potenziale dell'effetto ecologico a lungo termine di un contaminante dipende se l'organismo risulta esposto (o no) ad un livello di contaminazione che eccede i livelli di normale omeosatasi o di compensazione; certe reazioni multienzimatiche (sistema MFO), subiscono modificazioni in funzione dello stato ormonale, dell'età e del sesso dell'organismo. La conoscenza dei cicli riproduttivi dell'organismo "sentinella", o bioindicatore, delle sue caratteristiche fisiologiche, della variabilità tra individui, permette in parte di eliminare tali fattori di disturbo.

In tabella I vengono riportati alcuni dei principali biomarkers utilizzati in indagini ecotossicologiche in relazione a due delle principali classi di contaminanti ambientali quali i metalli pesanti ed i composti organici.

Tali biomarkers possono fornire, a livello interpretativo, tre tipi di informazioni: il segnale di un problema potenziale, la presenza di una specifica classe di contaminanti ed infine un' indicazione su un possibile effetto ecologico a lungo termine a livello di popolazione e comunità.

BIBLIOGRAFIA

  • Bayne B.L., D.A. Brown, K. Burns, D,R. Dixon, A. Ivanovici, D.R. Livingstone, D.M. Lowe, M.N. Moore, A.R.D. Stebbing and J. Widdows (1985). The effects of stress and pollution on marine animals. Prager Scientific.
  • Colborn, T., Vom Saal, F. e Soto , A.M. (1993). "Developmental effects of endocrine-disrupting chemicals in wildlife and humans." Environ. Health Perspec. 101,(5):378-384. Depledge M. (1989). The rational basis for detection of the early effects of marine pollutants using physiological indicators. AMBIO, 18:301-302.
  • Fossi M.C. (1991). L'utilizzo dei "Biomarkers" nella valutazione del rischio ambientale: metodologie ed applicazione. Inquinamento. 12, 44-50.
  • Fossi, M.C. e Leonzio, C. (1994). Nondestructive Biomarkers in Vertebrates. Lewis Publishers, CRC Press, United States. pp. 345.
  • Fossi M.C. (1994). Nondestructive biomarkers in ecotoxicology. Environ. Health Perspect. 102, (12):49-54.
  • McCarthy F. e L. R. Shugart (1990). Biomarkers of environmental contamination. Lewis Pub., Chelsea USA.
  • NRC (1989). Biologic markers in reproductive toxicology. National Academy Press.Washington, D.C.