Sumergiéndose en los pozos rurales de Sri Lanka para investigar un grupo de casos de enfermedad renal crónica

Sandeep Hasinthara, un técnico de investigación de la Universidad de Ruhuna, recolecta una muestra de agua de un pozo afectado por ERCDu en Blaywewa, Sri Lanka. Las muestras de agua se recolectaron utilizando cántaros atados a una cuerda. Crédito: Duke University

Como estudiante de pregrado en química en Union College, Jake Ulrich estudió en el extranjero en Vietnam, donde el agua no era segura para beber directamente del grifo, primero tenía que hervirse o comprarse. Una pasantía en una organización no gubernamental local que estudiaba e informaba sobre la calidad del agua de los lagos dentro de la ciudad de Hanoi despertó su interés en los sistemas ambientales. Quería aprender más.

Al mismo tiempo, Ulrich comenzó a postularse para las escuelas de posgrado, el laboratorio de Lee Ferguson estaba adquiriendo prominencia nacional. Ferguson, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Duke, es químico analítico. Una de sus áreas de especialización es la espectrometría de masas, que puede identificar contaminantes y rastrearlos hasta su origen. Después de que se descubriera una sustancia alquílica polifluorada llamada GenX en 2017 en el suministro de agua potable de Wilmington, Carolina del Norte, Ferguson ayudó a diseñar e implementar un programa para analizar todas las fuentes públicas de agua potable en todo el estado en busca de estos «químicos para siempre».

Ulrich se unió al laboratorio de Ferguson como doctorado. estudiante en 2017, con ganas de desarrollar sus habilidades de instrumentación analítica, específicamente en espectrometría de masas. Cinco años más tarde, esta experiencia desvió su trabajo de laboratorio a un avión con destino a Sri Lanka para investigar un grupo de enfermedades renales crónicas, un problema que se cree que está relacionado con las mezclas de contaminantes en el agua potable de la región.

«La existencia de esta enfermedad es de conocimiento común en Sri Lanka», dijo Nishad Jayunsundara, profesor asistente en la Escuela de Medio Ambiente de Nicholas. Jayasundara comenzó a trabajar en el problema como investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Rich Di Giulio en el Centro de Investigación Duke Superfund, con el apoyo inicial del Duke Global Health Institute. Pero para comprender realmente los orígenes del cúmulo, Jayasundara creía que la experiencia del laboratorio de Ferguson en química analítica podría servir como una herramienta poderosa. Propuso colaborar en el proyecto y, para Ulrich, encajaba a la perfección.

Un pozo situado junto a un arrozal en Abepura, Sri Lanka. «El tratamiento agroquímico de los campos ocurre justo al lado de su fuente de agua potable», observó Ulrich. Crédito: Universidad de Duke

«Decidimos atacar desde dos lados», dijo Ulrich. «El laboratorio del profesor Jayasundara se centrará en la toxicología y el laboratorio de Ferguson se centrará en la química. Podemos armonizar los datos para ver si podemos obtener una imagen clara de lo que hay en el agua y cómo podría estar afectando la salud de las personas en Sri Lanka».

Ulrich pasó varios años diseñando y planificando un gran programa de muestreo de agua, luego pasó seis semanas con Jayasundara implementándolo en Sri Lanka. Junto con guías y colaboradores de la Universidad de Ruhuna, se amontonaban en una camioneta entre la medianoche y las 2:00 a. m. todos los días para llegar a sus destinos rurales con un rayo de sol después del amanecer. Recolectaron agua de pozo junto con muestras de orina e información demográfica de personas en estas comunidades durante varios días en una campaña que, al final, abarcó más de 200 pozos diferentes en varias regiones.

Cada uno de los cientos de pozos Las muestras de agua comenzaron con un volumen de alrededor de un litro, pero Ulrich desarrolló algunas técnicas de procesamiento para hacer que la logística del transporte sea más manejable. El procesamiento de las muestras comenzó en la Universidad de Ruhuna, utilizando un sistema de filtración al vacío para sacar los sólidos suspendidos del agua del pozo. Luego, un pequeño cartucho disponible comercialmente capturó las sustancias químicas orgánicas contenidas en la muestra con un polímero especial y las retuvo para su posterior análisis. «En lugar de lidiar con cientos de litros de agua, pudimos recuperar cientos de cartuchos, que pesan mucho menos y ocupan menos espacio», explicó Ulrich. De regreso en Duke, podía eliminar el material de los cartuchos con solventes y usar técnicas de espectrometría de masas para identificarlos.

En la mayoría de los casos de evaluación ambiental, los contaminantes químicos se identifican uno por uno.

«A Muchos de los pozos de esta región están ubicados en medio de campos utilizados para la agricultura, por lo que nos preocupa especialmente la exposición individual a agroquímicos, surfactantes y aditivos que se encuentran típicamente en los pesticidas utilizados en la agricultura», dijo Ulrich. Crédito: Universidad de Duke

Pero el superpoder de la espectrometría de masas de alta resolución radica en la amplitud de diferentes moléculas que puede considerar a la vez y su capacidad infalible para identificarlas en función de su peso molecular, incluso en concentraciones muy bajas.

«Realmente hemos estado trabajando para ampliar esa ventana para que, en lugar de usar un rayo láser para iluminar el paisaje, estemos usando un foco», dijo Ferguson. «La idea es capturar tantas moléculas como sea posible que puedan ser motivo de preocupación en una muestra para que podamos observar las mezclas químicas».

«Lo más emocionante de esta colaboración es que ahora tenemos un tesoro de datos químicos que se pueden vincular a los ensayos de toxicidad renal que realizamos utilizando modelos animales en el laboratorio», dijo Jayasundara. «Esto ayudará a identificar mezclas químicas específicas que pueden representar el mayor riesgo para la salud humana y hacer un seguimiento con estudios de laboratorio para identificar marcadores de inicio y progresión de la enfermedad».

En el caso del grupo de enfermedades renales crónicas en cuestión, hay un principal sospechoso; la literatura indica que el químico glifosato, un herbicida, podría ser el responsable, pero no por sí solo. Sri Lanka tiene agua dura y el glifosato interactúa con ella para formar complejos que persisten en el medio ambiente en lugar de descomponerse rápidamente, como ocurre en el agua blanda. Los riñones humanos sufren daños cuando se encuentran con este complejo.

Ya sea que el glifosato se capture con las manos en la masa o no, el análisis no dirigido permitirá al equipo obtener una visión integral de todo lo demás en el agua también. «Es un descubrimiento químico», dijo Ulrich, quien espera que la investigación continúe durante varios meses después de que concluya el análisis de glifosato a finales de esta primavera. «Si la contaminación por glifosato no es tan significativa como pensamos, habrá otras direcciones para explorar».

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