Estamos expuestos a sustancias químicas y contaminación a diario. Ahora, los científicos lo vinculan con nuestra salud. El campo emergente de la «exposómica» combina grandes conjuntos de datos ambientales y datos genéticos para revelar las causas de las enfermedades crónicas.
por Shelly Fan
En la década de 1990, un pintoresco pueblo llamado Hinkley, en el desierto de Mojave, experimentó un repentino aumento de cáncer y enfermedades renales. Gracias a Erin Brockovich , los problemas de salud se relacionaron finalmente con una sustancia química peligrosa presente en los estanques de aguas residuales cercanos que contaminaba el agua potable del pueblo.
Dos décadas después, el agua potable contaminada con plomo en Flint, Michigan, expuso a decenas de miles de niños a niveles peligrosos de ese mineral, poniéndolos en riesgo de sufrir efectos cognitivos a largo plazo, como problemas de desarrollo o mayores posibilidades de padecer la enfermedad de Alzheimer.
Mientras tanto, respirar contaminación atmosférica, desde gases industriales hasta incendios forestales, aumenta la inflamación pulmonar, lo que a la larga puede desencadenar enfermedades crónicas y, potencialmente, cáncer. El consumo excesivo de carne roja se ha relacionado con mayores tasas de cáncer, y los factores de estrés social afectan el metabolismo, la salud cardíaca y la cognición, todo lo cual contribuye a la salud física a largo plazo.
Los estudios han intentado durante mucho tiempo vincular cada factor ambiental con el bienestar. Ahora, un grupo de científicos argumenta que necesitamos un mapa más completo. Denominado “exposoma”, los investigadores están utilizando herramientas de detección a gran escala para observar cómo la exposición combinada a sustancias químicas en el agua, diferentes enfoques nutricionales y los niveles de estrés impactan en las enfermedades crónicas.
Es una meta titánica. Vincular una multitud de factores ambientales con la salud es aún más complicado que descifrar el genoma. Pero un equipo interdisciplinario de biólogos, epidemiólogos y toxicólogos que participa en el Consorcio de Exposómica de Banbury planea demostrar cómo lo que comemos, bebemos y respiramos afecta nuestra salud. Los científicos presentaron recientemente una hoja de ruta en Science .
“Ahora estamos construyendo el primer marco sistemático para medir cómo todas las exposiciones, desde las químicas hasta las sociales, interactúan con la biología a lo largo de la vida”, dijo Gary Miller de la Universidad de Columbia, quien lidera el consorcio, en un comunicado de prensa.
De los genes a los cuerpos
El Proyecto Genoma Humano generó el primer mapa completo de nuestro ADN, lo que ayudó a los científicos a vincular la genética con la salud y la enfermedad. El conjunto de datos genómicos ha hecho posible el desarrollo de terapias génicas y editores genéticos que insertan, eliminan o intercambian letras de ADN. Gracias a estos avances, estamos empezando a tratar trastornos genéticos dolorosos, y a veces mortales, con una sola inyección . También se están desarrollando otros ensayos que abordan el colesterol para proteger contra las enfermedades cardíacas. Además, estas herramientas han impulsado la investigación mediante la generación de modelos animales de diferentes enfermedades o el análisis de posibles medicamentos.
Pero cuando se trata de salud, la genética es solo una parte del panorama. No vivimos en una burbuja.
Los científicos han vinculado lo que comemos, bebemos y respiramos con nuestra salud. Han encontrado microplásticos, por ejemplo, en múltiples tejidos humanos , incluido el cerebro , y han descrito sus efectos sobre la salud . Algunos estudios han vinculado la exposición prolongada a la contaminación atmosférica con el asma y el cáncer de pulmón, mientras que otros han descubierto que los pesticidas, los metales pesados y diversas sustancias químicas industriales presentes en las aguas subterráneas o en las tuberías envejecidas alteran el cuerpo a nivel molecular.
En lugar de investigar los factores ambientales uno por uno, un enfoque alternativo consiste en integrarlos en un solo mapa. Al igual que un genoma, el exposoma captura una amplia gama de factores ambientales y muestra cómo influyen colectivamente en la salud y la enfermedad.
«Solo una fracción de las enfermedades crónicas puede atribuirse principalmente a factores genéticos», escribió el equipo. «El exposoma ayudará a comprender mejor una condición de salud específica».
La exposómica no solo rastrea las tasas de enfermedad. Más bien, sigue a las personas durante largos periodos y capta cómo diversos factores ambientales influyen en diversos indicadores de salud. Este campo también busca dilucidar cómo factores específicos podrían afectar la salud física o mental en cualquier momento.
“Los seres humanos están expuestos a múltiples factores dinámicos a lo largo de sus vidas, pero los métodos de investigación y las agencias reguladoras no han seguido el ritmo de esta complejidad y continúan dependiendo excesivamente de una mentalidad de ‘una exposición a la vez’”, escribió el equipo.
Construyendo el Exposoma
La estandarización es la principal prioridad del consorcio. A diferencia de otros proyectos a gran escala, como el mapeo cerebral o los metagenomas, los proyectos de exposomas son más difíciles de evaluar.
Las mediciones específicas del entorno pueden integrarse en bases de datos existentes. Por ejemplo, la correlación de factores ambientales con genes, proteínas y moléculas metabólicas puede mostrar cómo el cuerpo se adapta a su entorno cambiante. La observación de cambios relacionados con sustancias químicas, nutrientes, señales moleculares o cambios epigenéticos puede aportar más información.
Este campo ya ha tenido varios éxitos iniciales.
Un estudio de trabajadores expuestos al tricloroetileno (una sustancia química incolora e inodora, a menudo utilizada para desengrasar metales y que aumenta el riesgo de cáncer en trabajadores de fábricas) identificó una relación con moléculas en la sangre. Otro estudio relacionó la exposición a pesticidas con un trastorno de las vías biliares que afecta la digestión. Un tercer estudio combinó datos de contaminación recopilados por satélite con información residencial para vincular la exposición con signos de la enfermedad de Alzheimer. Otro estudio analizó miles de proteínas para identificar una relacionada con el riesgo de infarto, producida tras el consumo de carne roja o productos lácteos.
Estos estudios no parecen estar relacionados. Pero todos utilizaron tecnologías de big data de vanguardia para rastrear múltiples puntos de datos en tiempo real durante un largo período.
Cabe aclarar que la exposómica es un campo muy joven. El consorcio aún está perfeccionando protocolos estandarizados, recopilación de datos y métodos de análisis que puedan compartir con la comunidad. También están trabajando en herramientas de IA personalizadas para analizar conjuntos de datos extensos y complejos.
Como primer objetivo adicional, el equipo espera utilizar la exposómica para estudiar medicamentos. Nuestros cuerpos digieren los fármacos de forma diferente según la dieta y otros factores ambientales. Añadir estos datos a los datos del metabolismo de los fármacos podría ayudar a medir mejor la eficacia de los medicamentos.
Estudios futuros podrían vincular la exposición laboral con problemas celulares o genéticos y revelar sustancias químicas peligrosas previamente no identificadas a mayor escala. Los pacientes con cáncer también podrían beneficiarse: la progresión tumoral está muy influenciada por el entorno, y los datos exposómicos podrían ayudar a los médicos a monitorear el crecimiento tumoral y su respuesta al tratamiento.
Al combinar factores ambientales y conocimiento molecular, “la exposómica permite a los investigadores replantear los estudios desde un enfoque reactivo a uno predictivo y preventivo”, escribió el equipo.
Varios centros de exposómica en EE. UU. y la UE colaboran en la creación de infraestructura para compartir datos y proyectos. El consorcio se reunirá este mayo en el Exposome Moonshot Forum inaugural en Washington, D. C. para definir con más detalle la visión del campo y encontrar casos prácticos de uso.
“La vida existe en la intersección de procesos genéticamente codificados y realidades ambientales. Lo mismo debería ocurrir con la industria biomédica que la estudia”, escribió el equipo.