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Susceptibilidad y efectos genotóxicos de los plaguicidas INTRODUCCIÓN Cada día el uso de los plaguicidas se incrementa más, especialmente en los países en desarrollo, en la agricul- tura y los programas de salud pública para el control de vectores que transmiten enfermedades. Se estima que en Colombia el 40% de la población colombiana está directamente expuesta a plaguicidas (Sánchez et al, 1995). Es indudable que los plaguicidas nos han proporcionado grandes beneficios a nivel económico y en la salud pública, sin embargo por su gran actividad biológica y por su persistencia en el ambiente estos compuestos son potencialmente riesgosos para la sa- lud no sólo por los efectos a corto plazo sino también por los efectos a largo plazo, como los genotóxicos (mutagénicos y carcinogénicos), los cuales no han sido cuidadosamente evaluados. Según estudios epidemiológicos es bien claro que varios problemas de salud han sido asociados con la expo- sición a plaguicidas (Brown et al,1990 y Blair and Zahm, 1995), pero no todas las personas expuestas a estos com- puestos desarrollan problemas de salud. Igual pasa con los fumadores, según Mattson et al (1978), sólo cerca de un 10-15% de los fumadores desarrollan cáncer de pulmón. Luego es fácil concluir que entre una población expuesta a agentes químicos existen individuos más susceptibles y en mayor riesgo que otros para desarrollar problemas de salud por exposición a químicos. Igualmente puede suceder con la exposición ocupacional a los plaguicidas por las diferencias en la respuesta entre individuos y poblaciones registrados en los estudios epidemiológicos. Existe una gran preocupación a nivel mundial acerca de los efectos genotóxicos de los plaguicidas en pobla- ciones expuestas ocupacionalmente. Estudios (in vitro, in vivo y epidemiológicos) sobre la evaluación de los efectos genotóxicos de los plaguicidas han constituido en los últimas décadas el objeto de trabajo de muchos laboratorios (de la industria, instituciones académicas y agencias gubernamentales). A pesar de una buena cantidad de literatura científica sobre los efectos geno- tóxicos tempranos y ocurrencia del cáncer relacionada con la exposición a plaguicidas, aún no se puede llegar a concluir al respecto. Futuros estudios de monitoreo genético de pobla- ciones expuestas a plaguicidas para evaluar efectos ge- notóxicos se deben implementar además de las pruebas citogenéticas tradicionales (AC, ICH, MN) otras pruebas que permitan evaluar la real exposición y las variaciones genotípicas y fenotípicas entre individuos expuestos, las cuales pueden estar influenciadas por la expresión de diferentes grados de susceptibilidad a los efectos geno- tóxicos de los plaguicidas. El avanzado conocimiento de las bases genéticas de las variaciones metabólicas de los individuos, ha ofrecido nuevas oportunidades y metodologías para estudios sobre los efectos genotóxicos de los plaguicidas en poblaciones expuestas, que permiten identificar diferentes tipos de respuestas entre individuos a los efectos genotóxicos de los plaguicidas y susceptibilidad al cáncer ambiental. Es un reto para los investigadores de cada país reali- zar estudios en poblaciones expuestas a plaguicidas que permitan identificar las poblaciones o individuos que, por sus características genéticas, son más susceptibles a los efectos genotóxicos y a desarrollar ciertos problemas de salud por la exposición a los plaguicidas y, de esta forma tomar medidas preventivas a la exposición a estos agentes genotóxicos y así reducir los riesgos de cáncer y otras enfermedades. 256 • Toxicología EFECTOS GENOTÓXICOS DE LOS PLAGUICIDAS Estudios sobre la evaluación de efectos genotóxicos inducidos por los plaguicidas han sido realizados en su gran mayoría in vitro e in vivo, los cuales han aportado información de gran valor sobre absorción, biotransfor- mación, eliminación de los plaguicidas y sobre los efectos genotóxicos por exposición aguda. Uno de los problemas de los estudios in vivo es que requieren de extrapolación de resultados de una especie a otra, de los efectos a altas dosis a efectos de bajas dosis. Estudios en poblaciones ocupacionalmente expuestas a plaguicidas aún no son concluyentes y por el contrario muchos estudios han re- gistrado resultados contradictorios en diferentes partes del mundo, los cuales pueden atribuirse a deficientes diseños metodológicos (tamaño de la muestra), características químicas de los plaguicidas, farmacocinética, concen- tración, condiciones de exposición (tiempo-frecuencia), empleo de elementos protectores, insuficiente control de factores que pueden confundir los resultados, como el consumo de cigarrillo, estado nutricional, salud, estilo de vida, factores genéticos individuales y de poblacio- nes, determinantes de diferencias en el metabolismo y deficiencias en la reparación de daños en el DNA, y a la expresión alterada de protooncogenes y genes supresores (Perera y Santella, 1993). Las pruebas citogenéticas como las aberraciones cro- mosómicas (AC), intercambio de cromátidas (ICH) y la de micronúcleos (MN) en linfocitos de sangre periférica de personas expuestas, han sido las más frecuentemente empleadas para evaluar los efectos biológicos tempranos por exposición a plaguicidas en los diferentes estudios. Estas pruebas están bien estandarizadas y han mostrado buena correlación para muchos químicos, con la capa- cidad de inducir mutaciones puntuales sólo detectables a nivel molecular e inducir cambios detectables a nivel microscópico (quiebres y rearreglos cromosómicos y cambio de partes cromatídicas). En la mayoría de los casos la exposición a bajas dosis de plaguicidas no induce a suficientes daños que puedan ser detectables por las pruebas citogenéticas estándar, pero la exposición podría causar problemas de salud a largo plazo. Según estudios in vitro, in vivo y epidemiológicos, la exposición a plaguicidas ha sido asociada con una gran variedad de efectos genotóxicos. Resultados de estudios en poblaciones ocupacionalmente expuestas son muy contradictorios. Algunos estudios reportan incremento significante y otros no significante de la frecuencia de daños genéticos entre el grupo expuesto y el control. Otros estudios registran resultados negativos para varios biomarcadores citogéneticos. En conclusión el incremento en la frecuencia de AC, ICH y MN ha sido informado en algunos estudios por exposición ocupacional a pla- guicidas, principalmente en aplicadores, pero algunos de estos estudios fallaron en documentar una real exposi- ción. Otros estudios que documentaron exposición no registraron incremento en la frecuencia de los efectos genotóxicos. De Cassia et al, 1982, no reportó incremento en la frecuencia de AC en manufactureros del methylparathion con bajos niveles de colinesterasa, expuestos sólo a este compuesto organofosforado. En 1983 Linnainmaa reportó resultados negativos en la inducción de ICH en aplica- dores del ácido 2,4-D(2,4-dichlorophenoxyacetic) y del MCPA (2-melthyl-4chlorophenoxy acetil). Steenland et al (1985, 1986) evaluó la frecuencia de ICH y AC en linfocitos de sangre periférica de trabajadores ocupa- cionalmente expuestos a ethylenedibromi de (EDB); en ambos estudios se evaluaron niveles de exposición al EDB. En el estudio de 1985 realizó análisis citogenéticos en 14 aplicadores, antes y después de la exposición al EDB. En el estudio de 1986, en 60 individuos con un tiempo promedio de exposición de cinco años. Ambos estudios registraron incrementos nulos en la frecuencia de AC y de ICH. De Ferrari et al, 1991, evaluaron AC e ICH en linfocitos de 32 individuos expuestos y hospitalizados por cáncer de vejiga y 31 controles. Un significante in- cremento en la incidencia de AC e ICH fue observadoen ambos grupos expuestos. Pacientes con cáncer mostraron rearreglos cromosómicos (dicéntricos, anillos y cuadrirra- dios) los cuales no fueron observados en controles y ob- servados en baja frecuencia en los individuos expuestos. Carbonell et al, 1993, evaluaron ICH y AC en linfocitos de trabajadores expuestos a plaguicidas y sólo registraron un efecto clastogénico no afectado por los hábitos de fumar. Balognesi et al, 1993, en un estudio realizado con floricultores de Italia expuestos a diferentes mezclas de plaguicidas observaron una significante asociación entre la frecuencia de MN y la exposición ocupacional a plagui- cidas, un positivo gradiente dosis-respuesta con los años de empleo como floricultores. Individuos que trabajan en espacios confinados (greenhouses) mostraron mayores niveles de MN que los individuos que trabajan en lugares abiertos. Pasquini et al, 1996, evaluaron la frecuencia de ICH y MN y la presencia de daños en el DNA (prueba del cometa) en linfocitos de una población expuesta a fungicidas en Italia (48 agricultores). El grupo expuesto y el grupo control no mostraron diferencias significantes en la frecuencia de ICH. Aunque fumadores del grupo expuesto y del grupo experimental presentaron una mayor frecuencia de ICH que los no fumadores, por el contrario la frecuencia de MN mostró diferencias entre el grupo expuesto y el control. Hoyos et al, 1996, en un estudio con un número adecuado de agricultores expuestos (30) a plaguicidas (organofosforados y carbamatos) por 10 años como mí- nimo, los cuales no usaban guantes ni vestidos especiales protectores y que definitivamente estaban expuestos. La población expuesta y la no expuesta fue cuidadosamente Susceptibilidad y efectos genotóxicos de los plaguicidas • 257 seleccionada y bien apareada. Los resultados indicaron que la exposición a plaguicidas no indujo daños cromo- sómicos como lo mostraron las pruebas de AC e ICH en linfocitos de sangre periférica. La falta de influencia en los fumadores de cigarrillo es consistente con las observa- ciones de Kourakis et al, 1992. Aunque previos estudios han mostrado efectos genotóxicos por la exposición a plaguicidas, los resultados negativos de este estudio sugieren que quizá la población estaba expuesta a bajas concentraciones de plaguicidas, o que los plaguicidas son menos mutagénicos que antes. Puede ser también posible que las pruebas estándar empleadas no son lo suficiente- mente sensitivas para detectar pequeñas diferencias entre el grupo expuesto y el no expuesto. Estudios epidemiológicos y de monitoreo genético también han permitido evidenciar una variable suscep- tibilidad entre individuos de una misma población y entre poblaciones, y entre diferentes grupos étnicos a diferentes agentes genotóxicos. Es posible que los plagui- cidas al igual que otros químicos como los del cigarrillo y el butadieno estén causando efectos no detectables mediante las pruebas citogéneticas estándar, tales como deficiencia en la reparación de daños en el DNA y pro- blemas en el metabolismo (activación-detoxificación) de los compuestos o metabolitos de los plaguicidas, efectos que pueden producir una mayor o menor susceptibilidad entre los individuos de una población expuesta a plagui- cidas (expresada en mayores o menores riesgos de salud como el cáncer). SUSCEPTIBILIDAD Diferencias individuales Las variaciones fenotípicas y genotípicas entre los indivi- duos es una característica fundamental de los seres vivos. Variaciones individuales han sido observadas a nivel de grupos sanguíneos, proteínas, cromosomas, secuencia del DNA (heteromorfismo), enzimas y además en procesos fisiológicos. Las diferencias biológicas entre los indivi- duos hacen que algunas personas sean más susceptibles a los problemas de salud (como el cáncer) inducido por agentes ambientales. Factores ambientales y genéticos son determinantes en el desarrollo de problemas de salud y responsables de variaciones entre individuos y entre poblaciones en las consecuencias de salud (Wold Health Organization, 1993; Schachter et al, 1993; Cohen, 1994), pero el ambiente (ejemplo, fumar cigarrillo) es un deter- minante mayor del riesgo de cáncer y otros problemas de salud. La variabilidad genética de las personas puede influir en la farmacocinética de los plaguicidas (absorción, distribución, metabolismo, activación, detoxificación y excreción) y en la actividad de las enzimas de reparación de las lesiones causadas en el material genético, por los agentes químicos como los plaguicidas. La susceptibilidad individual o de una población a los efectos genotóxicos de los plaguicidas (cáncer) puede de- pender de varios factores (heredados y adquiridos) como diferencias en la exposición (ambiental y ocupacional), el metabolismo, la eficiencia de reparación de lesiones primarias en el DNA, la expresión alterada de protoonco- genes y genes supresores de tumor, el estilo de vida y el estado nutricional (Perera y Santella, 1993). No sólo las diferencias en susceptibilidad entre especies sino también entre humanos han dejado grandes interrogantes, aún no esta clara una directa asociación entre el incrementado uso de los plaguicidas y la incidencia de enfermedades crónicas (Hayes, 1969). Aunque existe una gran preo- cupación por identificar cuáles grupos de la población pueden estar en mayor riesgo por exposición a químicos (Omenn, 1974), no se le ha prestado mucha atención a las diferencias individuales de susceptibilidad entre individuos o entre poblaciones expuestas a plaguicidas. Variaciones fenotípicas y genotípicas en el metabolis- mo de los químicos han sido identificadas en poblaciones de etnias diferentes y entre individuos, constituyendo este hecho una limitante para extrapolar resultados de efectos genotóxicos por exposición a plaguicidas entre grupos de poblaciones diferentes. Se ha identificado polimorfismo fenotípico en una variedad de enzimas responsables de los procesos de activación y detoxificación de químicos carcinógenos. Se han identificado variaciones del meta- bolismo entre individuos, las cuales son referidas como polimorfismo genético. Se ha identificado y clonado un gran número de genes codificadores de enzimas metabo- lizantes de carcinógenos. Los procesos metabólicos y la reparación de lesio- nes en el DNA están bajo control genético. Recientemen- te se ha demostrado que la variabilidad en la respuesta a agentes genotóxicos, que se correlaciona con diferentes genotipos juega un papel esencial en la respuesta a los efectos genotóxicos de los plaguicidas. Alteraciones feno- típicas resultantes de mutaciones pueden causar cambios, entre otros, ,en las actividades normales de la enzima del metabolismo y de reparación de daños en el DNA y frecuentemente traen como consecuencias problemas de salud como el cáncer (por ser la mutación considerada como el primer paso en el proceso de la carcinogénesis). En el metabolismo La mayoría de químicos son metabolizados por una gran variedad de enzimas citosólicas y microsomales. Los pla- guicidas (componentes) al igual que otros químicos una vez absorbidos (piel, pulmones y tracto gastrointestinal), como un mecanismo de defensa del organismo y gracias a un gran número de enzimas, pueden ser biotransfor- mados antes que éstos sean capaces de interactuar y alterar macromoléculas como el DNA (material genético) induciendo lesiones que pueden producir mutaciones y 258 • Toxicología otros ser excretados (hidrofílicos). En el proceso de la biotransformación se han descrito dos fases la I y la II. Las enzimas implicadas en el proceso de biotransfor- mación de tóxicos ambientales (Caporaso et al, 1992) son de dos tipos, las que participan en las reacciones de oxidación, reducción e hidrólisis de lafase I (activando) y las que participan en las reacciones de biosíntesis y conjugación y de la fase II (detoxificando). La activación y detoxificación de cualquier agente químico está bajo control genético. Recientemente se ha demostrado que los genes que codifican las diferentes enzimas metabólicas presentan variaciones y polimorfismos en las poblaciones humanas, originando diferentes grados de susceptibilidad y de respuesta entre individuos y poblaciones a los efectos genotóxicos y carcinogénicos de agentes químicos como los plaguicidas. Las variaciones entre los individuos en el metabolismo de los carcinógenos se consideran como un factor determinante de susceptibilidad al cáncer. El avance en las técnicas moleculares (PCR y RFLP) ha permitido identificar polimorfismo genético para varias enzimas metabólicas. La relación del polimorfismo gené- tico y carcinogenicidad ha sido extensamente estudiada para las enzimas de la fase I, en los genes de citocromo P 450 1A1 (CYP1A1), del citocromo P 450 2D6 (CYP2D6) y del citocromo P 450 2E1 (CYP2E1), los cuales transfor- man químicos inactivos a formas genotóxicas y para la paraoxonasa (PON A y B) involucradas en reacciones de detoxificación, para las enzimas de la fase II en los genes de la glutation-S-transferasa (GSTM1) y de la N-acetyl transferasa2 (NAT2) las cuales detoxifican especies reac- tivas. Diferencias individuales en el metabolismo de una variedad de químicos han sido identificados y realizan un papel muy esencial en el desarrollo de problemas de la salud como el cáncer. Variaciones metabólicas fenotípicas y genotípicas han sido informadas en diferentes grupos étnicos y en poblaciones geográficas (Butler et al, 1992, Bell et al, 1993 y Lin et al, 1993). Genotipos responsables de las diferencias interindividuales en la habilidad para activar o detoxificar agentes genotóxicos son reconoci- dos como biomarcadores de susceptibilidad. Variaciones genéticas en el metabolismo de los plaguicidas se han implicado como modificadoras de los efectos genotó- xicos, como el inicio en el proceso de la carcinogénesis, dando origen a diferencias en la susceptibilidad a efectos genotóxicos y carcinogénicos. Diferencias individuales en metabolismo de los compuestos (fenotipo metabólico) desempeñan un pa- pel muy importante en la susceptibilidad de los efectos genotóxicos de los plaguicidas (desarrollo del cáncer). Genes que codifican enzimas metabolizantes de car- cinógenos han sido identificados y clonados y se tiene conocimiento de variantes alélicas o defectos genéticos que dan lugar a diferentes variaciones. Se han identificado genotipos individuales para una variedad de polimorfis- mos metabólicos. Todo este avanzado conocimiento ha abierto nuevas posibilidades para enfocar los estudios sobre efectos genotóxicos de los plaguicidas, teniendo en cuenta las diferentes susceptibilidades (inducida o heredada) entre individuos o poblaciones. Muchos de los genes polimórficos del metabolismo de carcinógenos muestran diferencias étnicas en la estructura génica y distribución alélica, lo cual ha sido un obstáculo para la extrapolación de resultados entre diferentes grupos étnicos. Dado el número y variabilidad de las enzimas en el metabolismo de carcinógenos ahora identificados y a la complejidad de exposición química, la evaluación de una sola enzima polimórfica o genotipo puede no ser suficiente. Mediante técnicas moleculares los individuos objeto pueden ser genotipados por el polimorfismo de algunos genes relevantes en el metabolismo de los pla- guicidas (Kadlubar et al, 1992 y Idle and Daly, 1993). El sistema del citocromo P 450 (CYP) representa la primera línea de defensa contra los químicos lipofílicos por su papel en la incorporación de un átomo de oxígeno molecular en un compuesto (sustrato). Infortunadamente algunos compuestos son activados a formas genotóxicas. Luego las enzimas del citocromo P 450 CYP pueden bien activar o detoxificar y realiza un importante papel en la carcinogénesis química. Variaciones en estas enzimas pueden tener una fuerte influencia sobre el riesgo de efectos genotóxicos por exposición a químicos, entre ellos los plaguicidas organofosforados porque algunos compuestos pueden ser biotransformados por el CYP a compuestos reactivos que puedan interactuar con el DNA. Hasta el presente han sido caracterizados más de 35 citocromos P 450 en humanos. CYP1A1 y CYP2D6 han sido las enzimas biotransformadoras más estudiadas, la exposición polimórfica de ambas enzimas ha sido asociada con susceptibilidad al cáncer (Idle, 1991; Nebert, 1991 y Harris, 1991). De acuerdo con la rata metabólica de los individuos CYP2D6 han sido clasificados como me- tabolizadores lentos (PMs) y metabolizadores extrarrá- pidos (EMs) de debrisoquina por ser éste el sustrato del CYP2D6. El fenotipo EM es asociado con un incremen- tado riesgo de varios tipos de cáncer, otros indican que no existe tal asociación con el polimorfismo CYP2D6A, CYP2D6B, CYP2D6D. PARAOXONASA Los insecticidas organofosforados y carbamatos son acti- vados por el sistema citocromo P 450 a metabolitos tóxicos chlorpyrifos-oxón y paraoxón, metabolito del insecticida parathion (Playfer et al, 1976) los cuales son hidrolizados e inactivados por la enzima paraoxonasa (PON) (La Du, 1988 y Omenn, 1987). En humanos se ha identificado polimorfismo genético (debido a su mutación puntual), dependiente del sustrato y los individuos, pueden tener diferencias en la actividad en la isoenzima A y B con paraoxón, parece ser debido a que la forma B es más ac- Susceptibilidad y efectos genotóxicos de los plaguicidas • 259 tiva (siete veces más) comparado con la A. Sin embargo, ciertos sustratos de la paraoxonasa como el metabolito chlorpyrifos-oxón de los plaguicidas parece ser no dis- criminatorio entre las dos isoenzimas, mostrando igual actividad con cada una (Furlong et al, 1988, 1989). Es probable que individuos homocigóticos para la forma B de la enzima sean protegidos de los efectos tóxicos de los compuestos organofosforados, por lo cual dos formas paraoxonasas muestran un metabolismo discriminatorio. La baja o alta actividad (fenotipo A y B respectivamente) de la PON depende no sólo de su genotipo sino también de los niveles de las enzimas. El registro de los estados de la paraoxonasa en estudios de monitoreo genético sirven como un biomarcador de susceptibilidad, a insec- ticidas organofosforados y carbamatos específicos cuyos compuestos o metabolitos activos sean hidrolizados por esta enzima. La paraoxonasa provee protección contra la inhibición de la colinesterasa por el paraoxón y el chlor- pyrifos-oxón. Se ha aislado y caracterizado en humanos la paraoxonasa (Hassett et al, 1991). ENZIMA GLUTATIÓN-S-TRANSFERASA (GST) Las enzimas glutation-s-tranferasa (GST) han sido las más estudiadas y pertenecen a una familia de enzimas de de- toxificación, que sirven como defensa contra los químicos reactivos intermedios involucrados en el metabolismo de una gran variedad de compuestos eletrofílicos de origen exógeno y endógeno. Las GST son reconocidas como enzimas de detoxificación por su habilidad para catali- zar la conjugación de una gran variedad de compuestos hidrofóbicos y electrofílicos con glutationes. Su principal función es la detoxificación de compuestos electrofílicos. Los sustratos para la GST en su mayoría son xenobióti- cos de origen ambiental, muchos de ellos mutágenos y carcinógenos como también compuestos terapéuticos. Algunos de los sustratos endógenos GST incrementan la solubilidad acuosa de los compuestos (Boyland y Chas- seaud, 1969), pero las GSTs detoxifican hidrocarburos policíclicos aromáticos presentes en la dieta y el humo de cigarrillo. También tienen un importante papel en seavengingde radicales libres, además protege a la célula de efectos deletéreos del estrés oxidativo (Sies y Kettener, 1988). La GST está involucrada en un metabolismo de rango amplio de compuestos de origen endógeno y exó- geno. Deficiencia de GST incrementa la susceptibilidad a carcinógenos ambientales y una elevada expresión ha sido implicada en la resistencia a drogas terapéuticas. Las GSTs también pueden ser involucradas en los procesos de activación de algunos carcinógenos como haloalkanos y haloalkenos (Coles y Kettener, 1990; Ha- llier et al, 1993). Se conoce que las enzimas GST están involucradas en la detoxificación de plaguicidas (Hodg- non et al, 1991). Deficiencia de GST puede incrementar la susceptibilidad de individuos a carcinógenos (Board, 1981 y Seide Grad et al., 1986). Se han identificado en humanos algunas isoenzimas llamadas clase alpha, mu, phi y theta. En humanos han sido caracterizados dos genes polimórficos GSTM1 y GSTT1. En la clase mu hay una isoenzima específica, la GSTM1, la cual está ausente en el 40-45% de los caucásicos. Luego se dice que ellos tienen un fenotipo nulo para la GSTM1 y se sugiere que tienen un mayor riesgo de desarrollar cáncer de pulmón. Riesgo de cáncer de colon y estómago es mayor en individuos sin GSTM1 activa (Strange, 1991). La susceptibilidad genética ha sido más estudiada con relación al polimorfismo genético de la GSTM1 (hereda- da en forma autosómica como dominante) responsable de la detoxificación de algunos carcinógenos como los hidrocarburos policíclicos aromáticos en el humo de ci- garrillo. Entre el 40-60% de la población expresa GSTM1. El polimorfismo genético expresado por la GSTM1 es un factor determinante en la susceptibilidad individual a agentes genotóxicos. Se sugiere que esta isoenzima pueda servir como marcador genético de susceptibilidad para ciertas formas de cáncer. Recientemente el gen de glutatión-s-transferasa-T1 (GSTT1) ha sido identificado en humanos (Meyer et al, 1991). Este gen produce una enzima que cataliza la detoxificación de monophalometa- nos epóxidos. Polimorfismo de GSTT1 ha sido informado en diferentes etnias. El polimorfismo genético en ambos genes (GSTM1 y GSTT1) es modificador del cáncer de vejiga entre egipcios (Abdel Rahman, 1997). Individuos homocigóticos para los alelos GSTT1-nulo tendrán un mayor riesgo de cáncer. ENZIMA N-ACETILTRANSFERASA Las isoenzimas N-acetiltransferasa (NAT) son codificadas en dos loci (Blum et al, 1990). Un loci codifica la enzima NAT monomórfica (NATm) la cual no varía entre los humanos y es ampliamente expresada en todos los tejidos. El otro loci codifica la NAT polimórfica y láminas (NATp) presentan diferencias de distribución entre tejidos y este locus se expresa en hígado y probablemente en epitelio intestinal. Es responsable de las diferencias entre los individuos para acetilar ciertas arylaminas e hydrazinas. Diferencias en el metabolismo acetilador de estos com- puestos fenotípicamente se habla de acetiladores lentos (recesivo) y rápidos (dominante). El fenotipo acetilador ha sido asociado con diferencias en la susceptibilidad a enfermedades. La asociación entre fenotipo acetilador y carcinogénesis química ha sido extensivamente investi- gada. La N-acetilación representa un mecanismo impor- tante de detoxificación en la vejiga para compuestos tales como benzidina y 2-naphthylamina a los cuales ciertos trabajadores están expuestos ocupacionalmente. Los acetiladores lentos se encuentran en un incrementado riesgo de cáncer de vejiga, inducido por benzidine (Car- twright et al, 1982) y el fenotipo “acetiladores” rápidos 260 • Toxicología están en mayor riesgo de diferentes cánceres al de vejiga, por la habilidad para activar procarcinógenos (Ladero et al, 1991). Las N-acetiltransferasa pueden competir por la detoxificación de las aminas aromáticas presentes en los plaguicidas. La herencia de ciertas enzimas polimórficas que participan en las reacciones de la fase I y fase II del metabolismo de tóxicos ambientales (Caporaso et al, 1992), pueden explicar las variaciones de respuesta a los agentes genotóxicos como los plaguicidas. Quienes hayan heredado un juego desfavorable de genes polimórficos, como CYP2D6, CYP2E1 para la activación y GSTM1, GSTT1 para detoxificación, presentarán una respuesta anormal a los químicos ambientales (Lennard et al, 1983; Guengerich et al, 1991; Daly et al, 1993). Además estas personas han sido asociadas con el desarrollo de una variedad de cánceres (Bartsch y Hietanen, 1996). Estudios epidemiológicos han demostrado que algunas familias muestran predisposición hereditaria al cáncer (Tokuhata y Lilenfeld, 1963), predisposición que puede ser causada por variaciones individuales en la habilidad para metabolizar compuestos químicos. No todas las personas expuestas a plaguicidas desarrollan problemas de salud por significantes variaciones entre las personas y por significantes variaciones étnicas. Luego es bien im- portante el papel de la interacción genética y ambiental. REPARACIÓN DE DAÑOS DEL DNA Los plaguicidas una vez biotransformados pueden inte- ractuar y alterar el material genético (DNA) causando lesiones primarias como aductos al DNA. Estas lesiones pueden ser reparadas (removidas) por un complejo enzimático que cuida el genoma de las consecuencias de estas lesiones en problemas de salud. Como ejemplo, la exposición al cigarrillo puede inducir problemas de infidelidad en la reparación de daños en el DNA, lo cual puede constituir uno de los mecanismos para la inducción de serios problemas de salud (Au, 1991). Algún tipo de estas lesiones en el DNA por su gravedad pueden llevar a la célula a su muerte programada o apoptosis, mientras que algunas lesiones la célula las puede reparar correcta- mente, otras lesiones repararlas mal o no repararlas. Una reparación incorrecta o la no reparación de los daños de lesiones primarias pueden permitir mutaciones. Las mutaciones pueden ser expresadas en células somáticas y en células germinales. Las mutaciones en el DNA son eventos irreversibles que cambian el genotipo, el resul- tado de un genotipo alterado es un fenotipo cambiado. Mutaciones en loci involucrados en la reparación del DNA pueden ser responsables de un fenotipo mutador y en consecuencia de una mayor susceptibilidad a los mutágenos químicos (Haynes and Kunz, 1981). Loeb (1991) propuso que “un paso inicial en la progresión de tumor es la inducción de un fenotipo mutador”, y que la rata espontánea de mutaciones no induce el número su- ficiente requerido para muchos tipos de cánceres, pero la inducción de un “fenotipo mutador” puede incrementar la rata de mutación. Luego el fenotipo mutador es un factor de riesgo para el desarrollo de cáncer. La ineficiencia en la reparación de daños en el DNA contribuye a la inducción de un fenotipo mutador. En los procesos de reparación se han identificado más de 50 genes y defectos, cualquiera de estos genes puede llevar a la célula a una ineficiente reparación y en conse- cuencia a una acumulación de daños genéticos causados por agentes ambientales que pueden ser expresados luego en mutaciones. La infidelidad en los procesos de reparación del DNA puede ser un mecanismo crucial en la generación de alteraciones genéticas múltiples, espe- cíficas para el proceso de carcinogénesis. La herencia de genes que codifican enzimas defectuosas para reparación, causan errores durante los procesos de reparación y predispondría a los individuos a desarrollar cáncer. Este fenómeno ha sido bien establecido en pacientes quienes tienen deficiencias en la reparación de daños en el DNA y están predispuestos a desarrollar cáncer (ejemplos: pacientes con xeroderma pigmentosum y síndrome de bloom) (los pacientes con xeroderma pigmentososon más sensibles a la luz UV) a dosis que no causan problemas a la población en general. Las células tienen diferencias en la eficiencia para reparar daños en los diferentes genes (Hanawalt, 1991). Personas con deficiencias heredadas en los procesos de reparación de DNA son muchos más sensibles para expresar aberraciones cromosómicas y están en mayor predisposición para desarrollar cáncer por exposición a agentes genotóxicos. Las deficiencias de reparación, causadas por el bloqueo de los procesos de reparación sobre el DNA (aductos) o por mutaciones de genes que codifican enzimas de repara- ción, pueden ser detectadas por la prueba de Challenger, la cual es más sensitiva que la prueba de AC estándar que permite registrar rearreglo cromosómico, es como indica- dor de problemas de reparación del DNA (traslocaciones cromosómicas). En conclusión, personas con una limitada capacidad para reparar daños en el DNA pueden registrar una incrementada frecuencia de efectos genotóxicos por la exposición a plaguicidas. Las radiaciones UV han sido consideradas como uno de los agentes inductores de daño genético (Engel et al, 1988). De Cleaver (1968) fue el primero en reportar defectos en la reparación enzimática de daños inducidos en el DNA por la luz UV, en pacientes con xeroderma pigmentosum (XP). Estudios posteriores indican que la mayoría de personas con cáncer tienen deficiencias en la reparación de daños en el DNA (Leh- mann et al, 1989). Deficiencias en la reparación pueden ser documentadas citogenéticamente por el incremento de aberraciones cromosómicas en células de pacientes, cuando sus células son expuestas a agentes genotóxicos como la luz UV en cultivo (Natarajan and Meyers, 1979; Susceptibilidad y efectos genotóxicos de los plaguicidas • 261 Bondy et al, 1993; Knight et al, 1993). Además muchos síndromes de predisposición al cáncer son debidos a deficiencias en la reparación del DNA. Au (1992) basado en los conocimientos antes men- cionados, desarrolló la prueba de challenger para evaluar infidelidad o deficiencia en el proceso de reparación del DNA, empleando una prueba citogenética para identificar problemas de reparación del DNA basado en la hipótesis de que agentes físicos y químicos pueden reaccionar con el DNA y proteínas (ejemplo: enzimas de reparación) y que pueden aún en bajas dosis interferir con los procesos de reparación del DNA. La prueba consiste en tomar células de personas ex- puestas y no expuestas e irradiar con luz UV para inducir daño y de esta forma retar a las células a reparar los daños inducidos por la radiación. Por errores en la reparación, piezas de DNA pueden unirse a piezas de DNA que no les corresponden y rearreglos cromosómicos pueden ser detectados como traslocaciones cromosómicas. Aberra- ciones, como cromosomas dicentrícos, se forman luego de la irradiación y antes de la replicación del DNA (Natara- jan et al, 1992). El doctor Au asume que las aberraciones cromosómicas observadas inducidas por la radiación son indicativas de infidelidad en la reparación del DNA. Luego, con la prueba challenger se espera que las células de personas expuestas a químicos presenten un mayor número de rearreglos cromosómicos que las células de personas del grupo control (no expuestos). Si esto ocu- rre en estudios con personas expuestas a plaguicidas se podría concluir que la exposición a éstos puede inducir errores de reparación del DNA y que la infidelidad en los procesos de reparación pueden contribuir al desarrollo de problemas de salud como el cáncer. Luego las diferencias individuales hereditarias en el metabolismo (activación-detoxificación) de compues- tos xenobióticos como los plaguicidas, para identificar individuos susceptibles y no susceptibles, se debe incluir en los estudios de monitoreo genético en poblaciones ex- puestas a plaguicidas. Los biomarcadores de exposición y de efecto de susceptibilidad deben ser tenidos en cuenta, los cuales son indicadores de la habilidad de un organismo para responder a la exposición de un agente xenobíotico y permiten identificar polimorfismo genético entre indi- viduos, expresado fenotípicamente en diferencias en el metabolismo y reparación de daños del DNA, lo cual in- fluye en el desarrollo del cáncer y otras enfermedades. Los biomarcadores de susceptibilidad son de gran relevancia en la identificación a tiempo de poblaciones e individuos en riesgo para establecer una relación exposición-respues- ta y en la capacidad de reparación de daños en el DNA inducidos por los plaguicidas, pueden explicar por qué personas expuestas en iguales condiciones a los plaguicidas no son igualmente susceptibles para desarrollar problemas de salud. (Schulte y Perera, 1997). Y se podría hablar de personas susceptibles y menos susceptibles a los riesgos de salud (cáncer) por la exposición a plaguicidas. Luego es importante conocer los factores que determinan diferen- cias en la predisposición a la genotoxicidad en las personas expuestas a plaguicidas y poder identificar individuos o poblaciones más o menos susceptibles. Por lo tanto es un error extrapolar resultados por expo- sición ocupacional a plaguicidas de un grupo de personas expuestas a otro igualmente expuesto, de diferentes gru- pos étnicos. Se deben hacer estudios en diferentes pobla- ciones expuestas a plaguicidas y en diferentes condiciones de exposición, para tener un mejor conocimiento sobre los efectos genotóxicos por exposición a los plaguicidas. SUSCEPTIBILIDAD Y EFECTOS GENOTÓXICOS DE LOS PLAGUICIDAS El avance de las técnicas moleculares (PCR, RFLPs) han permitido identificar formas polimórficas y variación en la distribución y en la expresión de genes de enzimas de las fases I y II del metabolismo y relacionarlos con una susceptibilidad variable a químicos, como indicador de predisposición y riesgo de salud. Los pocos estudios epidemiológicos moleculares para evaluar los efectos ge- notóxicos de los plaguicidas asociados con susceptibilidad, se han centrado en la identificación de mutaciones en los genes de enzimas del citocromo P 450 (CYP1A1, CYP2D6 y CYP2E1) involucrados en la activación, en los genes de la glutatión-S-transferasa mu y theta (GSTM1, GSTT1), la N-acetil transferasa (NAT acetiladores rápidos y lentos) y en la paraoxonasa (PON A y B) involucrados principal- mente en reacciones de detoxificación. Scarpato et al. (1996) estudiaron la influencia de los genotipos GSTM1, GSTT1 y NAT2 sobre la frecuencia de AC, ICH y MN en floricultores expuestos a diferentes tipos de plaguicidas. Los daños genotóxicos no fueron significantemente diferentes en las personas expuestas con respecto al nivel de plaguicidas empleados. Los genotipos GSTM1, GSTT1, y NAT2 no influenciaron la frecuencia de daños genotóxicos entre el grupo de floricultores y el grupo control. Personas con genotipo GSTM1 nulo quienes fumaban registraron una mayor fre- cuencia de aberraciones cromosómicas que los fumadores GSTM1 positivo. El polimorfismo NAT2 no pudo ser relacionado con una espontánea diferencia inducida en los registros genotóxicos estudiados. Más tarde Scarpato et al. (1997) incrementaron el número de trabajadores en su estudio de 23 a 30 sujetos y los fumadores GSTM1 nulos presentaron un significante incremento de aberraciones tipo cromatídico. Los efectos fueron más pronunciados en las personas con genotipo GSTM1 y GSTT1 nulos, lo cual sugiere una posible interacción. El más completo y cuidadoso estudio de monitoreo genético de una población expuesta a plaguicidas ha sido realizado en la Universidad de Texas (Au, in press). El estudio evaluó la influencia del genotipo para varios genes 262 • Toxicología metabolizantes polimórficos, entre población expuesta (20) a plaguicidas y la población control(20) sobre la frecuencia de aberraciones cromosómicas en linfocitos de sangre periférica. El estudio registró una mayor fre- cuencia de aberraciones cromosómicas y deficiencia en la reparación del DNA. Análisis genotípico indicó que los agricultores con una desfavorable combinación de genes del metabolismo (CYP2E1, GSTM1, GSTT1, y PON) registraron mayores efectos biológicos que los agricultores con un grupo favorable de genes y que los controles. En el grupo expuesto a plaguicidas con relación al control evaluó en la totalidad de personas del grupo expuesto y no expuesto la influencia del polimorfismo de la enzima GSTM1 y la GSTT1, CYP2E1 y PON sobre la frecuen- cia de AC. Con base en la estratificación genotípica un significante incremento de AC se registró en individuos expuestos con delección homocigótica del gen GSTT1 comparado con los que tenían el gen intacto. Individuos sin GSTM1 y GSTT1 presentaron un mayor incremento de la frecuencia de AC que los individuos positivos para GSTM1 y GSTT1. Diferencias no significantes en la fre- cuencia de AC se encontraron en relación con CYP2E1 y PON. Ellos hallaron que la población expuesta tenía un gran número de individuos que poseían una combinación de genes favorables. 50% presentaron intactos los alelos GSTM1/ GSTT1 comparado con el 20% de la población control. 90% de los individuos expuestos tenían el alelo normal CYP2E1 comparado al 75% en el control. 45% de expuestos tenían el alelo PON B (efecto protector) com- parado con 31% del control. Una distribución irregular de los genotipos en la población pudo explicar por qué los trabajadores expuestos tuvieron más baja frecuencia de AC que el control. Como ya se dijo antes, estudios epidemiológicos han demostrado que algunas familias y grupos étnicos están en mayor riesgo de salud por exposición a químicos. Lo cual sugiere una predisposición hereditaria que puede ser causada por variaciones interindividuales en la habilidad para metabolizar procarcinógenos y/o para reparar daños en el DNA. En conclusión dependiendo del juego de ge- nes heredados por los individuos se determina una mayor activación y/o menor detoxificación y eliminación de mu- tágenos ambientales asociados con los efectos biológicos de los plaguicidas. Individuos que han heredado un juego favorable de ciertos genes metabolizantes polimórficos pueden estar protegidos contra los efectos genotóxicos de los plaguicidas y en consecuencia a la iniciación de cáncer. La identificación de polimorfismo genético en múltiples genes de las enzimas metabolizantes en los estudios de monitoreo genético, permitirá un mejor entendimiento y explicar los resultados contradictorios sobre la genotoxicidad de los plaguicidas y, además, aclarar en forma más acertada los riesgos de salud por exposición a plaguicidas en individuos, en lugar de predecir riesgos para la población como un todo. FUTURAS DIRECCIONES EN EL MONITOREO DE POBLACIONES EXPUESTAS A PLAGUICIDAS Variaciones entre los individuos en el metabolismo de carcinógenos y reparación del DNA son influenciados por una compleja interacción entre factores adquiridos y heredados. Estudios sobre los efectos genotóxicos de los plaguicidas hasta el presente, dejan muchos vacíos por fallas en los diseños experimentales, falta de control de factores que confunden los resultados y por no tenerse en cuenta factores genéticos que determinan diferencia en la susceptibilidad individual. Los principales problemas que se presentan en los estudios que evalúan los efectos genotóxicos por exposición a plaguicidas, son el pequeño tamaño de la población objeto de estudio, lo que dificulta un correcto aparejamiento que controle factores que puedan confundir los resultados como edad, sexo, estilo de vida... El número de células analizadas por persona y la falta de cálculos estadísticos preliminares fueron descritos por Whorton et al. (1979) para estimar el tamaño correcto de la muestra y el número correcto de células que deben ser analizadas por persona y de la mínima diferencia entre el grupo expuesto y el control que debe ser detectado en el estudio. La detección de un pequeño incremento de AC sobre el control requiere de más sujetos o de más células por sujeto, se debe incrementar el número de sujetos y el número de células. La sensibilidad de la prueba puede ser mejorada incrementando el número de sujetos, además con un mayor número de individuos se pueden controlar mejor los factores que confunden los resultados, con el objeto de detectar diferencias en la frecuencia de daños genotóxicos entre el grupo de expuestos y el de control, si tal diferencia existe. Es bien importante comparar la diferencia del grupo y estimar el tamaño de la muestra necesaria si la detección de un pequeño incremento re- quiere de más sujetos y más células. Recientemente se ha podido concluir gracias a las técnicas moleculares, que las variaciones individuales en el metabolismo de agentes genotóxicos y en la eficiencia de reparación de daños en el DNA realizan un papel determinante en las diferentes respuestas a los efectos genotóxicos de los químicos. La herencia de cierto juego de genes como por ejemplo GSTM1 y GSTT1 afecta la in- ducción de efectos biológicos para fumadores de cigarrillo e igualmente los efectos de muchos agentes genotóxicos (Norpa, 1997). El genotipo de los genes GSTM1 y GSTT1 involucrados en procesos de detoxificación puede ser una buena opción porque los genes mutados son mantenidos en una frecuencia alta en la población (50 y 30% respec- tivamente) y por esta razón se deben realizar estudios con poblaciones con un buen número de individuos. Es difícil extrapolar hallazgos negativos en trabajadores para producir similares resultados negativos en otras poblacio- nes igualmente expuestas y no se han dado explicaciones satisfactorias a los resultados contradictorios. Susceptibilidad y efectos genotóxicos de los plaguicidas • 263 Es prioritario evaluar los efectos genotóxicos de los plaguicidas en diferentes grupos de poblaciones expues- tas (productores, aplicadores, agricultores). Se debe dar preferencia a los formuladores o manufacturadores, quienes representan el grupo de mayor riesgo cuidando o poniendo mayor atención a los diseños metodológicos como tamaño de la muestra, control de factores que confunden los resultados, medidas o estimación de expo- sición, selección de población expuesta y control, tiempo de toma de las muestras. Futuros estudios para evaluar los efectos genotóxi- cos por exposición a bajas dosis de plaguicidas además de las pruebas citogenéticas estándar (AC, ICH y MN) deben incluir la prueba de hibridación fluorescente in situ (“tandem probe FISH labeling), la cual mediante el empleo de sondas de DNA específicas de centrómeros y/o telómeros ha incrementado la resolución para identificar y cuantificar cambios en humanos y en otros mamíferos, es más sensible (Pin Kely Straume, 1986; Eastmond y Pinkel, 1990). Permite detectar quiebres cromosómicos e intercambios en metafases y en interfases de poblaciones expuestas a bajas concentraciones de plaguicidas. Rupa (1995) reportó una significante frecuencia mayor de quiebre e hiperdiploidias en células de personas expues- tas a plaguicidas comparados con el control. Además la identificación de polimorfismo genético para identificar variaciones individuales que permitan relacionar los efec- tos genotóxicos con un polimorfismo genético especifico entre individuos y establecer información más precisa para la predicción de riesgos de salud (ejemplo, cáncer), por exposiciones a los plaguicidas y en consecuencia poder establecer un control de exposición y presenta- ción de los riesgos individuales al cáncer y la prueba de challenger, para evaluar la eficiencia de reparación de dañosen el DNA. Según Au (1998) “todas estas nuevas metodologías incluidas en los estudios serán muy útiles en reducir discrepancias en los resultados sobre efectos genotóxicos de los plaguicidas y permiten evaluar en forma más consistente los riesgos de salud”. Objetivo más específico de los estudios de monitoreo genético en poblaciones expuestas a plaguicidas, es poder identificar individuos que se encuentren en un mayor riesgo de desarrollar problemas de salud. CONCLUSIONES La inclusión de factores de susceptibilidad en los estu- dios de monitoreo genético en poblaciones expuestas a plaguicidas, sería de gran utilidad en los problemas de salud ocupacional y en las medidas de regulación del uso de plaguicidas. El empleo del polimorfismo genético como biomar- cador de susceptibilidad en los estudios de monitoreo genético en poblaciones expuestas a plaguicidas, es clave para obtener una más confiable información sobre los efectos genotóxicos de los plaguicidas. Se deben incluir biomarcadores de exposición, efecto y susceptibilidad (genotipos) para evaluar el riesgo de poblaciones expuestas a plaguicidas y poder tomar me- didas de prevención entre personas y poblaciones más susceptibles a los efectos genotóxicos de los plaguicidas. Los estudios de monitoreo genético en poblaciones expuestas a plaguicidas deben ser cuidadosamente selec- cionados y diseñados 264 • Toxicología BIBLIOGRAFÍA ABDEL-RAHMAN, S.Z.; EL-ZEIN, R.A.; ANWAR, W.A. and AU, W.W. A multiplex PCR procedure for genetic polymorphism of the GSTM1 and GSTT1 genes in human. En: Cancer Lett. Vol. 107 (1996); 229-233. AU, W.W.; WALKER, D.M.; WARD, J.B.; WHORTHON, E.; LEGATOR, M.S. and SINGH, V. Factors con- tributing to chromosome damage in lymphocytes of cigarette smokers. En: Mutation Res. Vol. 260 (1991); 137-144. AU, W.W. Monitoring human populations for effects of radiation and chemical exposures using cytogene- tic techniques. Occup. Med. 6 (1991); 597- 611. AU, W.W.; HEO, M.Y. 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