ARTICULO ORIGINAL Rev. Methodo 2021;6(2):63-70

https://doi.org/10.22529/me.2021.6(2)03

Recibido 04 Ago. 2020 | Aceptado10 Nov. 2020 |Publicado 08 Abr. 2021

Genotoxicidad de la acrilamida y la glicidamida en Allium cepa Genotoxicity of acrylamide and glycidamide in Allium cepa

Daniel Lerda1

1.Universidad Católica de Córdoba. Facultad de Ciencias de la Salud. Clínica Universitaria Reina Fabiola. Laboratorio de Genética Molecular.

Correspondencia: Daniel Enrique Lerda. Universidad Católica de Córdoba. Facultad de Ciencias de la Salud. Clínica Universitaria Reina Fabiola. Laboratorio de Genética Molecular. E-mail: daniellerda@curf.ucc.edu.ar.

Resumen

INTRODUCCIÓN: la formación de acrilamida (AA) en alimentos que fueron sometidos a tratamiento térmico, fue un descubrimiento inesperado en abril del 2002 por la Universidad de Estocolmo y la Administración Nacional de Alimentos de Suecia (NFA).

Esta sustancia potencialmente tóxica y su metabolito glicidamida (GA) se forman en muchos alimentos cocidos a temperaturas elevadas.

OBJETIVO: en virtud de que no hay estudios de estas sustancias químicas, en células vegetales, el objetivo fue comprobar el efecto genotóxico de la AA y GA en células de Allium cepa.

MATERIALY MÉTODO: se determinó el efecto citotóxico a través del crecimiento de la raíz, actividad proliferativa y las aberraciones cromosómicas de la AA y GA en células meristemáticas de Allium cepa , expuestas a diferentes tiempos y concentraciones, evaluando el crecimiento de la raíz, la actividad proliferativa y las aberraciones cromosómicas.

RESULTADOS: GA causa una inhibición del crecimiento de la raíz cuya intensidad depende de la concentración en un medio dado y la AA no muestra diferencias estadísticamente significativas respecto al control. La GA bloquea el ciclo de división celular en una etapa previa a la mitosis y no ocurre lo mismo con la AA. En cuanto a los efectos clastogénicos la GA induce estos efectos en las raíces meristemáticas de Allium cepa, en cambio la AA no los produce.

CONCLUSIONES: en este estudio, aunque las concentraciones de AA y GA son mucho más altas que lo niveles de exposición alimentaria en humanos, la GA fue claramente genotóxica para células vegetales, a una determinada concentración, con una marcada citotoxicidad. Por lo tanto, nos permitió distinguir las diferencias entre AA y GA.

Palabras claves: acrilamida, glicidamida, Allium cepa, crecimiento radicular, actividad proliferativa, aberraciones cromosómicas.

Abstract

INTRODUCTION: the formation of acrylamide (AA) in foods that were sometimes heat treated was an unexpected discovery in April 2002, by Stockholm University and the Swedish National Food Administration (NFA). This potentially toxic substance and its metaboliteglycidamide (GA) form in many foods cooked at elevated temperatures.

OBJECTIVES: because there are no studies of these chemicals, in plant cells, the objective was to verify the genotoxic effect of AA and GA in Allium cepa cells.

Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

Jacinto Ríos 571 Bº Gral. Paz. X5004FXS. Córdoba. Argentina. Tel.: (54) 351 4517299 / Correo: 63

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Lerda D. Genotoxicidad de la acrilamida y la glicidamida en Allium cepa.

MATERIAL AND METHODS: to determine the cytotoxic effect through root growth, proliferative activity and chromosomal aberrations of acrylamide and glycidamide in Allium strain meristematic cells exposed to different times and antibodies, to evaluate root growth, proliferative activity and chromosomal aberrations.

RESULTS: GA causes an inhibition of root growth whose intensity depends on the concentration in a given medium and AA does not show statistically significant differences with respect to the control. GA blocks the cell division cycle at a stage prior to mitosis, and the same does not occur with AA. Regarding the clastogenic effects, GA induces these effects in the meristematic roots of Allium strain, whereas AA does not produce them.

CONCLUSIONS: in this study, although AA and GA concentrations are much higher than levels of dietary exposure in humans, GA was clearly genotoxic to plant cells, at a certain concentration, with marked cytotoxicity. For the therefore, it allowed us to distinguish the differences between AA and GA.

Keywords: acrylamide, glycidamide, Allium cepa, root growth, proliferative activity, chromosomal aberrations.

Introducción

Son bien conocidas algunas sustancias químicas La reacción de Maillard es la vía principal para producto del proceso tecnológico de los la formación de AA: factores importantes son la alimentos, ellas son las aminas heterocíclicas, los presencia de sus precursores en materias primas hidrocarburos

aromáticos

policíclicos,

las

(asparagina libre y azúcar reductora, glucosa y nitrosaminas y actualmente se incorporó la fructosa) y la magnitud de la carga de calor acrilamida (AA)1. Esta sustancia química es un aplicado durante la producción de alimentos conocido intermediario químico utilizado en la (combinación de tiempo y temperatura)9,10 Se producción y síntesis de la poliacrilamida, que es sabe que la selección de variedades y las utilizada como floculante para clarificar el agua condiciones

ambientales

modifican

la

en el tratamiento de las mismas para consumo concentración de precursores de la AA. Además, humano, aguas de desecho como así también el las condiciones de procesamiento y la actividad tratamiento de aguas industriales de residuos hídrica de los alimentos también pueden sólidos antes del vertido o reutilización2. Otros desempeñar un papel clave.

usos importantes de la AA son la estabilización Se encuentra en alimentos como papas fritas o al del suelo, la lechada para reparar alcantarillas y horno, pan y productos de panadería como los geles de acrilamida en los laboratorios de galletitas, cereales de desayuno, almendras biotecnología3. Químicamente, la AA es un tostadas y café11. En galletitas se han detectados compuesto de bajo peso molecular soluble en niveles entre 12 y 1100 µg/Kg dependiendo, agua (MW 79.01) formado por un doble enlace entre otros factores, del leudante químico etílico reactivo unido a un grupo carboxiamida.

utilizado, siendo mayor la generación de AA con Este

tóxico,

en

exposición

a

altas

bicarbonato de amonio12.

concentraciones causa daño en el sistema Por otra parte, la AA puede reaccionar con otros nervioso central y ha sido clasificado por constituyentes de los alimentos; permanece sin distintas agencias del mundo como carcinógeno cambios durante un año en cereales de desayuno, o posiblemente carcinógeno: la Agencia y casi sin cambios en el cacao, pero se pierde Internacional para Investigación en Cáncer considerablemente durante el almacenamiento (IARC) “probable carcinógeno para humanos”

en el café soluble o tostado13. En los alimentos (Clase 2A); Unión Europea, como carcinógeno, hervidos no se produce AA14. La temperatura y categoría 2 además, como mutágeno en la el tiempo de calentamiento influyen en la categoría 2 y tóxico para la reproducción en la cantidad de AA presente15; a mayor temperatura categoría 3; Noruega como carcinógeno de alta y/o tiempo de calentamiento, mayor producción potencia4-6.

de AA, aunque en alimentos sometidos durante La formación de AA en alimentos que fueron tiempos prolongados a altas temperaturas se sometidos a un tratamiento térmico fue un observó una disminución debida a procesos de descubrimiento inesperado en abril del 2002, por degradación o polimerización16-17.

la Universidad de Estocolmo y la Administración La papa contiene pequeñas cantidades de Nacional de Alimentos de Suecia (NFA). Ellos azúcares reductores, que se incrementan si se determinaron que esta sustancia potencialmente expone la papa cruda a temperaturas menores a tóxica se forma en muchos alimentos cocidos a 10°C. Por esta razón, no se debe guardar las temperaturas elevadas7,8.

papas a estas temperaturas. Las papas cortadas se pueden sumergir en agua fría o tibia unos 15 min para extraer los azúcares y la asparagina de la Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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superficie sin eliminar el almidón18 .Durante la significativas entre la exposición oral a AA y el fritura o el horneado de un alimento, la superficie cáncer, otros no pudieron probar tal relación.

se deshidrata alcanzando altas temperaturas, lo Respecto a la genotoxicidad de la AA, esta ha que favorece la formación de AA. Es decir que el sido ampliamente estudiada en distintos contenido de AA es mayor en alimentos con sistemas, pero no en células vegetales como en el mayor superficie expuesta16. Además, los test de Allium cepa. Entre los estudios se puede fumadores de tabaco están muy expuestos a la mencionar la inducción de mutación en bacterias, AA. Bergmark19 determinó el nivel de aductos de pero su metabolito, la GA, lo hace en ausencia de AA en muestras de sangre de fumadores y no un sistema metabólico exógeno29. La AA induce fumadores

que

trabajan

con

geles

de

mutaciones letales y somáticas recesivas ligadas poliacrilamida para la electroforesis. También al sexo en Drosophila. Induce mutaciones Pere20 midió niveles sorprendentemente altos de genéticas,

aberraciones

cromosómicas

AA en el café. Estas primeras observaciones en estructurales,

intercambio

de

cromátidas

el año 2000 fueron ampliamente ignoradas.

hermanas y alteraciones mitóticas en células de El metabolismo de AA en el organismo humano mamíferos in vitro en presencia o ausencia de se produce mediante conjugación con glutatión sistemas metabólicos exógenos. Se indujeron reducido (GSH) que resulta en la excreción aberraciones cromosómicas y micronúcleos en la urinaria de un ácido mercaptúrico conjugado, o médula ósea de ratón y en células premeióticas y mediante

epoxidación,

presumiblemente

posmeióticas en una relación de dosis- respuesta mediado por citocromo P450 (CYP2E1), para lineal. La AA induce la síntesis de ADN no producir el epóxido genotóxico glicidamida programada en espermatocitos de rata in vivo, (GA). La GA puede metabolizarse mediante pero aparentemente no en hepatocitos de rata. La conjugación con GSH o someterse a hidrólisis GA indujo la síntesis de ADN no programada en del grupo epóxido por epóxido hidrolasa (EPHX) hepatocitos de rata in vitro. Además, la AA para formar gliceramida, que también se excreta induce la transformación en células de en la orina21-24. Además, la actividad biológica de mamíferos cultivadas29-34. Por otra parte, ambos la AA también está mediada por su metabolito agentes

reaccionan

directamente

con

la

GA, que aparte de generar aductos de proteínas, hemoglobina in vivo, pero los aductos de ADN

tiene una alta afinidad con el ADN dando lugar a resultan solo de la formación de GA29-30.

aductos de ADN. Por el contrario, la AA tiene El test de Allium cepa, por sus características, lo una capacidad bastante débil para unirse al convierten en un excelente modelo genético para ADN25.

evaluar contaminantes ambientales y puede En estudios epidemiológicos de personas usarse para monitorear agentes tóxicos químicos expuestas ocupacionalmente a la AA se y físicos. La aplicación de Allium cepa no solo se observaron efectos neurotóxicos caracterizados debe a la sensibilidad para detectar mutágenos, por ataxia y debilidad de los músculos sino también a la posibilidad de evaluar varios esqueléticos distales.

puntos finales genéticos, desde la mutación El manejo de riesgo de AA en productos puntual hasta las aberraciones cromosómicas alimenticios ha sido, desde su conocimiento, de (CA) en las células meristemáticas, así como la carácter

voluntario

entre

entidades

generación F35-37. La prueba de Allium cepa se gubernamentales, especialmente en Europa y considera una excelente presentación de la Estados Unidos. Un ejemplo de ello es la prueba biológica in vivo, donde las raíces crecen creación de “Acrylamide Toolbox”26, sitio web en contacto directo con la sustancia de interés y en el que se puede encontrar información desde permiten detectar el posible daño al ADN y los los contenidos en alimentos, hasta las estrategias resultados pueden generalizarse para dividir la de mitigación, con la finalidad de que el biodiversidad animal y vegetal como un modelo.

problema sea tratado de manera más relevante y Además, la aberración estructural y las acogido por los centros de investigación y alteraciones cromosómicas numéricas se pueden desarrollo de la industria alimenticia27.Los visualizar directamente. Además, Allium cepa es estudios a largo plazo en modelos de roedores distintivo en cuanto a su eficiencia en han demostrado que la AA es cancerígeno en comparación con otros bioensayos, buena diferentes órganos27. Sin embargo, no son correlación con otros sistemas de prueba, fácil consistentes. Se encontró evidencia de un mayor manejo, bajo costo y tiene un tamaño ideal y un riesgo de cáncer entre los trabajadores expuesto número de cromosomas (2n = 16). La prueba de a AA. Además, la asociación del mayor riesgo de Allium cepa tiene una sensibilidad similar a la de cáncer humano por consumo dietético de AA los ensayos de carcinogenicidad en algas, sigue siendo una cuestión de discusión28. Si bien linfocitos humanos y en roedores mostraron una algunos estudios han encontrado asociaciones correlación del 82% con Allium cepa38.En virtud Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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Lerda D. Genotoxicidad de la acrilamida y la glicidamida en Allium cepa.

de que no hay estudios de estas sustancias Aberraciones cromosómicas

químicas, en células vegetales, el objetivo es

comprobar el efecto genotóxico de la AA y GA Cuando las raíces tenían 3-5 cm de largo, se en células de Allium cepa.

expusieron a la concentración de AA y GA (0,50,100,250 uM) durante 48 h. Luego, estuvieron expuestos a la acción de la colchicina Materiales y métodos

al 0.1% durante 3 h. Se cortaron las raíces y se fijaron en etanol-ácido acético (3: 1 v / v) a 4 ° C

Químicos

durante 24 h. Posteriormente, se tiñeron con orceína acética. Se puntuaron aproximadamente La acrilamida (AA; número de registro CAS: 79-5000 células por frecuencia y tipo de 06-1, >/- 99,5 % puro) se adquirió de Fluka aberraciones

cromosómicas.

Se

utilizó

(Buchs, Switzerland) y la glicidamida (GA etilmetilsulfóxido (EMS) al 0,2% como control número de registro CAS: 5694-00-8, > 98,5 %

positivo. La frecuencia (porcentaje) de células puro, conteniendo aproximadamente 1 % AA) se aberrantes se determinó sobre la base del total de obtuvo de Toronto Research Chemicals (North células contadas y el número de células en York, Ontario, Canadá)

división.

Para

determinar

diferencias

significativas entre las raíces tratadas y las de Bulbos y raíces adventicias

control, se utilizó el ensayo de Irwin-Fischer (Z) para la probabilidad exacta.

Fueron utilizados bulbos de cebolla variedad perla de 20g de peso. Las raíces adventicias Resultados

fueron obtenidas colocando las bases de los bulbos en tubos de vidrios con agua filtrada y Se

analizó

el

efecto

de

diferentes

equipado con un equipo de burbujeo de aire (10

concentraciones de AA y GA en el crecimiento

– 20 ml/min). Todo esto en estufa y en oscuridad longitudinal de la raíz. Se observó que la GA a la a 25°C +/- 0,5 °C. Los bulbos control fueron concentración de 250 uM detiene el proceso de incubados

en

el

agua

filtrada.

Las

crecimiento después de 24 h, sin embargo, esto concentraciones de los compuestos químicos se debe a la muerte de la raíz. La AA a la misma ensayadas en este trabajo (0, 50, 100 y 250 uM), concentración no detiene el crecimiento de la raíz surgen de los estudios preliminares de toxicidad y a las concentraciones de 0, 50 y 100 uM de AA realizados. Se administró como solución de AA y GA, la tasa de crecimiento de la raíz se reduce y GA en las concentraciones antes mencionadas en comparación con las raíces de control. Estos de estos elementos, preparados con el mismo tipo hallazgos confirman que la GA causa una de agua. Todas se administraron cuando las inhibición del crecimiento de la raíz cuya raíces tenían 2-3 cm de largo. La solución se intensidad depende de la concentración en un renovó cada 24 h, siguiendo la metodología medio dado (Figura.1).

aplicada por Lerda39.

Medición del crecimiento de la raíz El crecimiento se determinó midiendo la longitud de 10-12 raíces previamente identificadas por bulbo, cada 24 h durante 96 h.

Actividad proliferativa

Figura 1. Efecto de la acrilamida y glicidamida sobre La

actividad

proliferativa

se

cuantificó

el desarrollo de la raíz.

determinando la frecuencia celular mitótica en la En cuanto a la proliferación celular, este estudio punta de la raíz. Las raíces obtenidas a 0, 12, 24

mostró un comportamiento dispar entre AA y y 48 h después del comienzo del ensayo se GA. Mientras que la frecuencia de las células fijaron en etanol-acético, 3: 1 v / v a 4ºC durante mitóticas se redujo progresivamente al aumentar 24 h. Después de teñir las raíces con ácido las concentraciones de GA (250 uM), los valores acético-clorhídrico40, el área meristemática se mínimos se alcanzan después de 24 h. Esta aplastó y la frecuencia de las células mitóticas se inhibición fue transitoria, ya que se observó la determinaron en 1000 células aplastadas.

recuperación de la actividad de proliferación después de 48 h de incubación con GA. A la Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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concentración de 250 uM la AA se comportó genotóxico. La GA inhibe el crecimiento como los bulbos control. Este hallazgo sugiere longitudinal de la raíz en función de su que la GA bloquea el ciclo de división celular en concentración y que también bloquea el ciclo de una etapa previa a la mitosis. Los bulbos de división celular en una etapa previa a la mitosis.

cebolla expuestos a 0,50 y 100 uM de AA y GA Además, se determinó que los bulbos de cebolla tenían una frecuencia de células mitóticas similar poseen

mecanismos

de

eliminación

o

a la de los bulbos de control (Figura. 2).

neutralización

de

GA.

Las

aberraciones

citológicas observadas en el ensayo de Allium a una concentración de 250 uM, mostraron que la GA era capaz de inducir la genotoxicidad a nivel de cromosoma. La mayoría de las anormalidades comunes fueron puentes. Estos probablemente se producen por la interrupción y unión de los cromosomas o las cromátidas41 o como resultado de la rigidez del cromosoma o que podría atribuirse a la translocación o la inversión desigual de los segmentos cromosómicos41.

Estos hallazgos son similares a lo obtenido por Figura 2. Efecto de la acrilamida y la glicidamida Pingarilho y col32 en donde ellos utilizaron la sobre la actividad proliferativa en la región técnica de intercambio de cromátides hermanas meristemática de la raíz.

en células humanas. Demostraron que la AA solo

indujo

ligeramente

intercambio

de

La GA induce efectos clastogénicos en las raíces cromátides hermanas a una concentración muy meristemáticas de Allium cepa, en cambio la AA alta y, por el contrario, GA es claramente no produce estos efectos. Los datos sobre la genotóxico

para

los

linfocitos

humanos

frecuencia de las células aberrantes se presentan cultivados. Sugimura y col33 demostraron, en el en la (Tabla 1). Se observó un aumento en la sistema bacteriano de Ames ( Salmonella frecuencia de las células aberrantes con la typhimurium), el efecto mutagénico de la GA en concentración más alta de GA (250 uM). El la superficie carbonizada de pescado y carne de ensayo de Irwin-Fischer (Z) para la probabilidad res. Los resultados obtenidos en la presente exacta se realizó con el total de células investigación refuerzan la importancia de Allium aberrantes, ya que a la concentración de 250 uM

cepa , ya que, en este estudio, los resultados son solo se produjeron puentes y células binucleadas, similares a los obtenidos con otros bioensayos.

por lo que diferían del control positivo. El También es importante señalar, como ha sido resultado fue Z = 6.99 (> 1.90) significativo en P

mencionado por Lerda42-43, que incluso si el

<0.05.

metabolismo de la planta es diferente, Allium cepa muestra excelentes resultados de análisis Tabla 1. Frecuencias de aberraciones citológicas citotóxicos, y que la observación de las inducidas por AA y GA en el sistema de Allium cepa.

alteraciones cromosómicas en las células vegetales es fácil de visualizar. Esta especie de planta se ha utilizado como un indicador para advertir a las personas sobre el consumo de ciertos alimentos44-45.

A partir de estos resultados sobre la genotoxicidad de la AA, hallados por otros autores en células humanas, bacterias y este, en células vegetales, permitiría continuar con estudios epidemiológicos, que hasta la fecha no se ha publicado ninguno que afirme que las a: Etilmetilsulfóxido al 0,2 %

cantidades de acrilamida consumidas en los

*: Z: 6,99 gnificativo p<0,05

alimentos, por la población en general, aumenten significativamente el riesgo de sufrir algún tipo de cáncer por esta causa. Por otra parte, hasta el Discusión

momento no hay estudios de AA y GA en células vegetales a los efectos de establecer una Los hallazgos de este trabajo muestran que la AA comparación que permita reforzar lo hallado en a las concentraciones utilizadas no mostró un este trabajo.

comportamiento similar a la GA, conocido Revista Methodo: Investigación Aplicada a las Ciencias Biológicas. Universidad Católica de Córdoba.

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Lerda D. Genotoxicidad de la acrilamida y la glicidamida en Allium cepa.

Las limitaciones que puede presentar este ensayo 7.

OMS (Organización Mundial de la

esta dado en las condiciones experimentales, Salud) (2002) Australiansurvey of

como la concentración de oxígeno y la acrylamide

in

carbohydrate-

composición del agua en la que crecen las raíces.

basedfoods.

FoodAdditContam

21(8):721-736.

Conclusiones

8.

Frankel, E.N. (1998). Photooxidation of unsaturatedfats. EnLipidoxidation, cap.

En este estudio, aunque las concentraciones de 3, págs. 43-54. The oilyPress, Dundee, AA y GA son mucho más altas que lo niveles de Escocia.

exposición alimentaria en humanos, el GA fue claramente genotóxico para células vegetales, a 9.

Morales Navas,F, MesiasGarcia,M y

una determinada concentración, con una Delgado Andrade,C (2019) Acrilamida

marcada citotoxicidad. Esto demostrado por las en alimentos. ACTA/CL 67:5 – 12.

variables analizadas como el crecimiento 10.

Mesias,M;

Nouali,A;

Delgado

radicular, la actividad proliferativa y las Andrade,C; Morales, F (2020) How Far

aberraciones cromosómicas. Por lo tanto, nos Is the Spanish Snack Sector from

permitió distinguir las diferencias entre AA y meeting

the

AcrylamideRegulation

GA. Este enfoque es crucial, no solo para una 2017/2158?

Foods

9,

247:2-12

profunda comprensión de la utilidad de la técnica (doi:10.3390/foods9020247)

de Allium en la evaluación de riesgos, sino también para la identificación de genotipos que 11.

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