Explorando el espacio químico de exposición: ¿hasta dónde hemos llegado?

En lenguaje científico, el conjunto de todas las moléculas expuestas a nosotros se denomina “espacio químico exhibible” y es fundamental para los esfuerzos científicos de Samanipour. Su misión es explorar este vasto espacio molecular y mapearlo hasta los rincones «más lejanos». Le mueve la curiosidad, pero más aún la necesidad. La exposición directa e indirecta a innumerables sustancias químicas, en su mayoría desconocidas, supone una grave amenaza para la salud humana. Por ejemplo, se estima que el 16% de las muertes prematuras en todo el mundo están relacionadas con la contaminación. El medio ambiente también sufre, lo que se nota, como la pérdida de biodiversidad. Según Samanipour, se puede argumentar que la humanidad ha excedido el espacio operativo seguro para introducir sustancias químicas artificiales en el sistema del planeta Tierra.

El enfoque actual es de naturaleza pasiva.

«Es bastante decepcionante que sepamos tan poco al respecto», afirma. «Sabemos poco sobre los productos químicos que ya se utilizan, y mucho menos que podemos realizar un seguimiento de los nuevos productos químicos que ahora se están produciendo a un ritmo sin precedentes». En un estudio anterior, estimó que se han identificado menos del 2% de todas las sustancias químicas a las que estamos expuestos.

«La forma en que la sociedad aborda este tema es de naturaleza pasiva y, en el mejor de los casos, reactiva. Sólo después de haber observado los efectos de la exposición a las sustancias químicas sentimos la necesidad de analizarlas. Estamos tratando de determinar su presencia, sus efectos sobre la medio ambiente y la salud humana, y estamos tratando de determinar los mecanismos por los cuales causan algún daño. Esto ha creado muchos problemas, el último de los cuales es la crisis con los químicos PFAS, pero también hemos visto grandes problemas con los retardantes de llama. PCB, etcétera.»

Además, las medidas regulatorias se centran principalmente en sustancias químicas con una estructura molecular muy específica que se producen en grandes cantidades. «Existen innumerables otras sustancias químicas de las que no sabemos mucho. Y no son sólo creadas por el hombre; la naturaleza también produce sustancias químicas que pueden dañarnos. A través de rutas sintéticas puramente naturales o modificando sustancias químicas creadas por el hombre». Según Samanipour, esta última categoría en particular ha sido sistemáticamente ignorada. «Los métodos convencionales han catalogado sólo una parte de la exposición, ignorando los productos de transformación y dando a menudo resultados ambiguos.»

Necesitamos un enfoque basado en datos

El artículo de JACS Au analiza de cerca los esfuerzos recientes para mapear el espacio químico expuesto y analiza sus resultados. Un obstáculo importante es que el análisis químico convencional está sesgado hacia estructuras conocidas o propuestas, ya que esto es clave para interpretar los datos obtenidos mediante técnicas analíticas como la cromatografía y la espectrometría de masas (GC/LC-HRMS). Por lo tanto, se ignoran más sustancias químicas “inesperadas”. Este sesgo es eliminado por el llamado análisis no dirigido (NTA), pero aun así los resultados son limitados. En los últimos cinco años, se han identificado 1.600 sustancias químicas, mientras que cada año se introducen aproximadamente 700 nuevas sustancias químicas en el mercado estadounidense. Samanipour: «Teniendo en cuenta los posibles productos de transformación de estos nuevos productos químicos, hay que concluir que el ritmo de investigación de la NTA es demasiado lento para alcanzarlo. A este ritmo, nuestra exposición química seguirá siendo desconocida».

El artículo enumera estas y muchas otras debilidades de la ciencia analítica actual y sugiere formas de mejorar los resultados. En particular, el uso del aprendizaje automático y la inteligencia artificial realmente impulsará este campo, sostiene Samanipour. «Necesitamos un enfoque multifacético basado en datos. En primer lugar, debemos intensificar nuestros esfuerzos de extracción de datos para extraer información de las bases de datos químicas existentes. Las relaciones ya registradas entre la estructura, la exposición y los efectos de las sustancias químicas identificadas nos permitirán ganar nuevos conocimientos, por ejemplo, ayudan a predecir los efectos en la salud de sustancias químicas relacionadas que aún no han sido identificadas. En segundo lugar, debemos realizar un análisis retrospectivo de los datos de análisis ya disponibles obtenidos mediante ciertos métodos, ampliando el espacio químico identificado. Y en tercer lugar, podemos utilizar. IA para comprender la exposición química. la estructura y el volumen de la habitación.

Trabaja duro para resolverlo

Por supuesto, todo esto es una pregunta muy complicada y aterradora, entiende Samanipour. Pero como una especie de astronauta en el espacio molecular, al igual que los exploradores del universo real, no permitirá que esta complejidad lo desanime. «Tenemos que trabajar duro para resolver esto. No me hago ilusiones de que en mi carrera científica seamos capaces de mapear completamente el espacio químico de exposición. Pero es imperativo que enfrentemos su complejidad, la discutamos y demos los primeros pasos para tratar con él.»

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 Ciencias de Salud Ambiental de Queensland de la Universidad de Queensland (Australia). El trabajo contó con el apoyo de TKI ChemistryNL y el Centro de Ciencia de Datos de la UVA con financiación local adicional de socios del Reino Unido y Australia.