Protección neurofarmacológica cognitiva de abejas expuesta a pesticidas: un papel para los fitoquímicos (2024)
Para el año 2035, las abejas, responsables de hasta el 75 % de los alimentos consumidos, pueden desaparecer en los Estados Unidos si se mantiene la tasa actual de disminución de la población, con una desaparición fuertemente asociada con la exposición a pesticidas (Benjamin & McCallum, 2008). Los neuropesticidas, incluidos los neonicotinoides y el fipronil, actúan en áreas del cerebro y conducen a comportamientos alterados, a menudo soportados por procesos neurodegenerativos y modificaciones fisiológicas (Rortais et al., 2005). En respuesta a este problema global, y luego de una amplia evidencia, ciertos neonicotinoides, junto con el fipronil, fueron prohibidos en Europa (Kathage et al., 2018) . Sin embargo, las preocupaciones en contra de una prohibición generalizada del mercado apuntan al hecho de que los agricultores pueden depender de pesticidas más antiguos, potencialmente más tóxicos o susceptibles a la evolución de la resistencia de las plagas, lo que lleva a costos más altos de los alimentos (Özkara et al., 2016). Por lo tanto, los enfoques en un futuro cercano deben garantizar la seguridad alimentaria considerando la conservación de los cultivos y de los polinizadores (van der Sluijs & Vaage, 2016). Aquí evaluamos una estrategia de protección neurofarmacológica proporcionada por metabolitos secundarios derivados de plantas contra el fipronil, un neuropesticida ampliamente utilizado en muchos lugares del mundo (Simon-Delso et al., 2015). Las abejas melíferas y los abejorros son considerados polinizadores clave en todo el mundo; sin embargo, otras abejas silvestres también enfrentan amenazas similares (Klein et al., 2018; Potts et al., 2016). En Apis mellifera scutellata y en Bombus impatiens, las dosis subletales de fipronil alteran las funciones cognitivas, lo que reduce el rendimiento individual y de la colonia (Frazier et al., 2015; van der Sluijs & Vaage, 2016). En el cerebro de las abejas, el fipronil se dirige a áreas como los cuerpos pedunculados (CPs), centros subyacentes al aprendizaje, la memoria entre otras funciones cognitivas (Decourtye et al., 2009; El Hassani et al., 2005, 2009; Jacob et al., 2015). Dentro de los CPs, la neurodegeneración de los microglomérulos (MGs; subregiones que exhiben una rica conectividad neuronal y plasticidad) y los cambios bioquímicos en los niveles de ATP neuronal, presumiblemente explican las deficiencias cognitivas y fisiológicas (Cintra-Socolowski et al., 2016; Nicodemo et al., 2014; Peng & Yang, 2016). Por lo tanto, las exposiciones subletales al fipronil disminuyen habilidades clave, como la navegación y la evaluación de recursos (Decourtye et al., 2009; Pisa et al., 2015). En consecuencia, las deficiencias individuales de las abejas afectan el nivel superior de organización y las colonias pueden colapsar (Simon-Delso et al., 2015; Steinhauer et al., 2018). En este contexto, proteger farmacológicamente a las abejas de los efectos negativos del fipronil es un enfoque clave que impacta directamente a su salud y apoya a la seguridad alimentaria. En este trabajo, hemos descubierto que la administración de varios metabolitos secundarios derivados de plantas, como los flavonoles rutina, kaempferol y el ácido p-cumárico (un ácido fenólico), protegen con éxito los procesos cognitivos y neuroestructurales frente a la exposición subletal de fipronil. Además, hemos demostrado que las dosis subletales de fipronil y de imidacloprid, dos clases distintas de neuropesticidas, no solo deterioran el rendimiento cognitivo de las abejas, sino que también alteran y reducen la producción de ATP mitocondrial. Por lo tanto, con base en nuestros hallazgos, proponemos que los fitoquímicos mencionados podrían proteger a nivel fisiológico y mitocondrial a las abejas melíferas y/o abejorros que estén expuestas a dosis subletales de fipronil e imidacloprid. Las abejas forrajeras de B. impatiens y A. mellifera tratadas profilácticamente con rutina, kaempferol, ácido p-cumárico o la mezcla de estos, y posteriormente expuestas a una dosis subletal de fipronil de forma crónica o aguda, tuvieron una protección del aprendizaje y una protección a nivel neuroestructural, que no difirieron de las abejas no expuestas. Por el contrario, y como se ha informado en la literatura, las abejas expuestas al fipronil exhibieron un deterioro significativo en el aprendizaje, la memoria y en la producción de ATP mitocondrial (El Hassani et al., 2009; Nicodemo et al., 2014; Riveros & Gronenberg, 2022). Por lo tanto, es crucial identificar el nivel de acción y los mecanismos que respaldan la protección soportada por los fitoquímicos. La investigación de estos aspectos respaldará el uso y el diseño específico de las dosis, y proporcionará una mayor evidencia de la protección fisiológica, neuroestructural, así como permitirá la evaluación de fitoquímicos adicionales que han sido estudiados en el contexto de las enfermedades neurodegenerativas (Kumar & Khanum, 2012; Nkpaa & Onyeso, 2018). Aquí investigamos la protección en varios niveles: conductual (aprendizaje y memoria), neuroestructural (neurodegeneración/neuroprotección de MGs) e investigamos el deterioro causado por dos neuropesticidas diferentes a nivel fisiológico (producción de niveles de ATP mitocondrial) y cognitivo (aprendizaje y memoria). Nuestra investigación se basó en la abeja melífera A. mellifera y en el abejorro B. impatiens debido a su relevancia como los principales polinizadores y debido a sus ventajas claves como modelos clásicos experimentales (Matsumoto et al., 2012; Riveros & Gronenberg, 2009). Finalmente, esta investigación no solo contribuye a la comprensión de los mecanismos asociados con la protección de las abejas, sino que establece una base sólida para futuros estudios direccionados hacia su conservación.