Explorando el Espacio Químico del Exposoma: ¿Qué tan lejos hemos llegado?

La revista de acceso abierto Journal of the American Chemical Society (JACS Au) acaba de publicar una perspectiva invitada del Dr. Saer Samanipour y su equipo sobre el desafío desalentador de mapear todos los productos químicos que nos rodean. Samanipour, profesor asistente en el Instituto Van ‘t Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Ámsterdam (UvA), hace un inventario de la ciencia disponible y llega a la conclusión de que actualmente no es factible una gestión química realmente proactiva. Para controlar realmente el vasto y expansivo universo químico, Samanipour aboga por el uso del aprendizaje automático y la IA, complementando las estrategias existentes para detectar e identificar todas las moléculas a las que estamos expuestos.

En la jerga científica, el conjunto de todas las moléculas a las que estamos expuestos se denomina ‘espacio químico del exposioma’ y es central en las actividades científicas de Samanipour. Su misión es explorar este vasto espacio molecular y cartografiarlo hasta los rincones más ‘remotos’. Lo impulsa la curiosidad, pero aún más la necesidad. La exposición directa e indirecta a una miríada de productos químicos, en su mayoría desconocidos, supone una amenaza significativa para la salud humana. Por ejemplo, se estima que el 16% de las muertes prematuras a nivel mundial están relacionadas con la contaminación. El medio ambiente también sufre, lo que se puede ver, por ejemplo, en la pérdida de biodiversidad. Se puede argumentar, según Samanipour, que la humanidad ha superado el espacio operativo seguro para la introducción de productos químicos de origen humano en el sistema del planeta Tierra.

El enfoque actual es intrínsecamente pasivo

“Es bastante insatisfactorio que sepamos tan poco sobre esto”, dice. “Sabemos poco sobre los productos químicos que ya están en uso, ni que decir tiene que podamos mantenernos al día con los nuevos productos químicos que actualmente se fabrican a una velocidad sin precedentes”. En un estudio anterior, estimó que menos del 2% de todos los productos químicos a los que estamos expuestos han sido identificados.

“La forma en que la sociedad afronta este problema es intrínsecamente pasiva y, en el mejor de los casos, reactiva. Solo después de que observemos algún tipo de efecto de la exposición a productos químicos sentimos la necesidad de analizarlos. Intentamos determinar su presencia, su efecto en el medio ambiente y la salud humana, e intentamos determinar los mecanismos por los que causan algún daño. Esto ha provocado muchos problemas, el último de los cuales es la crisis con los productos químicos PFAS. Pero también hemos visto problemas importantes con los retardantes de llama, los PCB, los CFC, etc.”

Además, las medidas reguladoras están dirigidas principalmente a productos químicos con una estructura molecular muy específica que se producen en grandes cantidades. “Hay innumerables cantidades de otros productos químicos que existen y de los que no sabemos mucho. Y estos no solo son hechos por el hombre; la naturaleza también produce productos químicos que pueden dañarnos. A través de rutas sintéticas puramente naturales, o a través de la transformación de productos químicos hechos por el hombre”. En particular, esta última categoría se ha pasado por alto sistemáticamente según Samanipour. “Los métodos convencionales solo han catalogado una fracción del exposioma, pasando por alto los productos de transformación y, a menudo, dando resultados inciertos”.

Necesitamos un enfoque basado en datos

El artículo en JACS Au revisa a fondo los últimos esfuerzos para mapear el espacio químico del exposioma y analiza sus resultados. Un cuello de botella principal es que el análisis químico convencional está sesgado hacia estructuras conocidas o propuestas, ya que esto es clave para interpretar los datos obtenidos con métodos analíticos como la cromatografía y la espectrometría de masas (GC/LC-HRMS). Por lo tanto, se pasan por alto los productos químicos más ‘inesperados’. Este sesgo se evita en el llamado análisis no dirigido (NTA), pero incluso entonces los resultados son limitados. En los últimos 5 años se han identificado 1600 productos químicos, mientras que cada año se introducen alrededor de 700 nuevos productos químicos solo en el mercado estadounidense. Samanipour: “Cuando se tienen en cuenta los posibles productos de transformación de estos nuevos productos químicos, hay que concluir que la velocidad de los estudios de NTA es demasiado lenta para poder ponerse al día. A este ritmo, nuestro exposioma químico seguirá siendo desconocido”.

El artículo enumera estos y muchos otros cuellos de botella en la ciencia analítica actual y sugiere formas de mejorar los resultados. En particular, el uso del aprendizaje automático y la inteligencia artificial realmente impulsará el campo, argumenta Samanipour. “Necesitamos un enfoque basado en datos en varios aspectos. En primer lugar, deberíamos intensificar los esfuerzos de minería de datos para extraer información de las bases de datos químicas existentes. Las relaciones ya registradas entre la estructura, la exposición y el efecto de los productos químicos identificados nos conducirán a nuevas perspectivas. Podrían, por ejemplo, ayudar a predecir los efectos en la salud de productos químicos relacionados que aún no se han identificado. En segundo lugar, tenemos que realizar análisis retrospectivos sobre los datos analíticos ya disponibles obtenidos con métodos establecidos, expandiendo el espacio químico identificado. Seguro que encontraremos moléculas allí que se han pasado por alto hasta ahora. Y en tercer lugar, podemos utilizar la IA para trabajar en la comprensión de la estructura y el alcance del espacio químico del exposioma”.

Trabaja duro para hacer frente a esto

Por supuesto, todo esto es un asunto muy complejo y desalentador, se da cuenta Samanipour. Pero como una especie de astronauta en el espacio molecular, al igual que los exploradores del universo real, no dejará que esa complejidad lo desanime. “Tenemos que trabajar duro para hacer frente a esto. No me hago ilusiones de que durante mi carrera científica podamos cartografiar completamente el espacio químico del exposioma. Pero es imperativo que enfrentemos su complejidad, la discutamos y demos los primeros pasos para controlar este tema”.

Samanipour colaboró con colegas del Instituto de Biodiversidad y Dinámica de Ecosistemas de la UvA, la Escuela de Salud Pública del Imperial College de Londres (Reino Unido) y la Alianza de Queensland para las Ciencias de la Salud Ambiental de la Universidad de Queensland (Australia). El trabajo fue apoyado por TKI ChemistryNL y el Centro de Datos Científicos de la UvA, con financiación local adicional para los socios en el Reino Unido y Australia.

Detalles del artículo

Saer Samanipour, Leon Patrick Barron, Denice van Herwerden, Antonia Praetorius, Kevin V. Thomas y Jake William O’Brien: Exploring the Chemical Space of the Exposome: How Far Have We Gone? JACS Au 2024, Fecha de publicación: 20 de junio de 2024 DOI: 10.1021/jacsau.4c00220

Ver también

• Grupo de investigación de Samanipour Modelado ambiental y espectrometría de masas computacional (EMCMS)
• El científico analítico Saer Samanipour es nombrado profesor asistente “Interpretación inteligente de datos espectrales”
• Hay mucho que mejorar en la identificación de todos los productos químicos que nos rodean