La epigenética ambiental es una rama de la epigenética que estudia los efectos de los factores ambientales externos sobre la expresión génica de un embrión en desarrollo . [ 1 ] Estos factores no alteran el código genético , pero los genes afectados pueden transmitirse de padres a hijos mediante modificaciones epigenéticas. [ 2 ]
Durante el desarrollo, la exposición a ciertos factores ambientales puede influir en las modificaciones epigenéticas, las cuales pueden ser perjudiciales para la descendencia y aumentar el riesgo de trastornos del desarrollo o enfermedades. Las modificaciones epigenéticas, como la metilación del ADN y la modificación de las histonas , alteran la expresión génica mediante la activación o desactivación de genes específicos, afectando en última instancia el fenotipo del embrión . [ 1 ]
Estos factores ambientales se denominan desencadenantes y pueden incluir cualquier cosa que influya en la expresión génica normal sin alterar la secuencia de ADN en sí. [ 2 ] Algunos de los desencadenantes ambientales más comunes que conducen a cambios epigenéticos incluyen la dieta, la temperatura, [ 3 ] las elecciones de estilo de vida, el estrés, [ 2 ] la exposición a sustancias químicas, [ 4 ] y la exposición a contaminantes industriales. Estos desencadenantes pueden causar bajo peso al nacer, trastornos neurológicos, cánceres, enfermedades autoinmunes y muchas otras malformaciones. [ 1 ]
Cualquier persona con un genoma está predispuesta a sufrir efectos epigenéticos.

Pero, ¿quiénes son los que corren mayor riesgo?
Las exposiciones ambientales afectan principalmente a los embriones y a los niños, [ 4 ] pero la exposición puede ocurrir a lo largo de toda la vida, y los efectos pueden ser de por vida y transmitirse. [ 5 ]
Debido a la complejidad de la fecundación, no se conoce completamente cómo funciona el mecanismo de la línea germinal a lo largo de las generaciones, pero la reprogramación epigenética es bien conocida. [ 6 ] La reprogramación epigenética ocurre para asegurar la totipotencia y reducir el número de modificaciones genéticas negativas y mutaciones. [ 7 ] Aunque esta reprogramación ocurre en las células de la línea germinal, algunas modificaciones se transmitirán a la tercera generación. [ 4 ]
Un ejemplo común de este fenómeno es la exposición química de un abuelo al insecticida DDT y a materiales, como el plástico, que contienen bisfenol A , lo que aumenta el riesgo de que un nieto experimente pubertad precoz, obesidad y problemas de fertilidad. [ 8 ] Una vez que nace un niño, su genoma puede ser modificado por toxinas y la exposición al estrés puede causar que el epigenoma de la descendencia se reorganice, lo que resulta en enfermedades más adelante en la vida. [ 9 ]
Ejemplos de desencadenantes
Nutrientes
La descendencia puede experimentar cambios fenotípicos dependiendo de su acceso a los nutrientes. Cuando los nutrientes son limitados durante el embarazo, la expresión fenotípica de la descendencia puede verse alterada. La ingesta de nutrientes también es importante durante la lactancia para transferirlos a la descendencia. [ 10 ]
Estrés durante el embarazo
El embarazo es un acontecimiento vital importante que conlleva numerosos cambios hormonales. El estrés durante el embarazo puede tener efectos adversos tanto en humanos como en animales. Estos factores estresantes pueden ser emocionales o físicos y repercuten no solo en la madre, sino también en la descendencia. Comprender las causas y los efectos de los factores estresantes durante el embarazo es fundamental para el bienestar tanto de la madre como del feto. [ 11 ]
La exposición a factores estresantes maternos puede aumentar la probabilidad de sobreexpresión o supresión de la expresión del ADN. Cuando los animales experimentan altos niveles de depresión o estrés, esto puede resultar en camadas más pequeñas y tasas de natalidad más bajas. [ 12 ] Se cree que esto se debe a una disminución en la producción de hormonas. [ 13 ] Sin una producción hormonal adecuada, la ovulación puede verse afectada, lo que conlleva menos óvulos y una reducción en el número potencial de crías. Las hormonas también regulan los nutrientes disponibles para la descendencia y ayudan a desarrollar el sistema inmunitario. Los niveles reducidos de hormonas pueden provocar abortos espontáneos , subdesarrollo y crías débiles. [ 14 ]
El estrés oxidativo en la descendencia puede provenir de factores o acciones ambientales. El consumo de alcohol y tabaco son algunas de las principales causas de defectos congénitos en humanos. El consumo de alcohol durante el embarazo puede tener un efecto significativo en el feto. Las anomalías cerebrales y el retraso del crecimiento son solo dos de los numerosos impactos del Trastorno del Espectro Alcohólico Fetal . [ 15 ] Fumar durante el embarazo es otro importante factor de estrés oxidativo, que causa cambios en los genes del crecimiento y se ha relacionado con bebés prematuros y de bajo peso al nacer que también pueden tener problemas cognitivos a lo largo de la vida. [ 16 ] [ 17 ] Fumar no es la única causa de estrés oxidativo por inhalación; la contaminación del aire también puede alterar la metilación genética , lo que podría aumentar el riesgo de la descendencia de padecer enfermedades vasculares de aparición temprana . [ 18 ]
El estrés extremo durante el embarazo puede provocar cambios en el gen de respuesta al estrés del bebé ( NR3C1 ), que regula los niveles de cortisol en el cuerpo. Estos cambios pueden causar sensibilidad al estrés más adelante en la vida. [ 19 ] Esto puede provocar ansiedad, depresión y déficits de atención tanto en niños como en adultos. [ 20 ] El estrés temprano también puede afectar el desarrollo cerebral, lo que conlleva efectos duraderos en la salud mental y el comportamiento. [ 21 ]
Existen muchas maneras clínicamente comprobadas de controlar el estrés durante el embarazo. Se ha demostrado que la meditación, el yoga y los ejercicios de respiración reducen los niveles de hormonas del estrés y pueden disminuir la depresión y la ansiedad prenatales . Cuando la futura madre experimenta menos estrés, también se reduce el estrés del bebé, lo que conlleva mejores resultados de salud tanto para la madre como para el niño. [ 22 ] [ 23 ]

Temperatura
Los cambios de temperatura pueden tener efectos variados en un organismo. La metilación del ADN puede verse afectada por la temperatura cuando esta se desvía de su valor normal, impidiendo que se lleven a cabo los procesos habituales. La temperatura puede considerarse un factor de estrés en la epigenética ambiental, ya que tiene el potencial de cambiar la forma en que la descendencia responde y reacciona a su entorno. [ 24 ] Las mariposas monarca son un ejemplo de cómo la temperatura puede afectar la supervivencia y la aptitud de un organismo. [ 25 ] Si se exponen a factores de estrés como las variaciones de temperatura, estas mariposas pueden presentar una coloración que se desvía de su color normal.
Opciones de estilo de vida
Las marcas epigenéticas pueden resultar de diversas exposiciones y decisiones tomadas por un individuo a lo largo de su vida. La exposición a contaminantes ambientales, el estrés psicológico, las elecciones o restricciones dietéticas, los hábitos laborales y el consumo de drogas o alcohol influyen en la epigenética de un individuo y en lo que puede transmitirse a la descendencia futura. [ 26 ] Dichas exposiciones pueden afectar procesos epigenéticos importantes como la metilación del ADN y la acetilación de histonas, influyendo en el riesgo de enfermedades no transmisibles como la obesidad .
Actividad física
La actividad física desempeña un papel fundamental en la configuración de la expresión génica a través de mecanismos epigenéticos clave, como la metilación del ADN , las modificaciones de las histonas y la actividad del ARN no codificante . El ejercicio regular induce cambios específicos en los patrones de metilación del ADN, particularmente en genes relacionados con el metabolismo, la inflamación y la adaptación muscular, regulando así vías fisiológicas críticas sin alterar el código genético en sí. [ 11 ] Por ejemplo, tanto la actividad física aguda como la crónica remodelan la metilación del promotor en el músculo esquelético humano , mejorando la captación de glucosa, la sensibilidad a la insulina y la función mitocondrial. [ 27 ]
Además, el ejercicio promueve modificaciones beneficiosas de las histonas, como el aumento de la acetilación de las histonas , que relaja la estructura de la cromatina y facilita la transcripción de genes implicados en el crecimiento muscular, la resistencia y el metabolismo energético. Adicionalmente, la actividad física influye en los ARN no codificantes, como los microARN, modulando la regulación génica postranscripcional relacionada con la reparación muscular, la función cardiovascular y la respuesta inmunitaria. [ 28 ]
Exposición
La exposición a ciertos materiales o sustancias químicas puede provocar una reacción epigenética. Las sustancias causantes de la epigenética provocan problemas como la alteración de la metilación del ADN, las islas CpG, la cromatina y otros factores de transcripción. [ 29 ] La epigenética ambiental busca relacionar estos desencadenantes o sustancias ambientales con la variación fenotípica. [ 30 ] Numerosos estudios han demostrado cómo la exposición a contaminantes ambientales, como metales pesados, pesticidas y contaminantes del aire, puede inducir cambios epigenéticos en diversos organismos. [ 31 ] Por ejemplo, la investigación ha demostrado que la exposición a contaminantes como el bifenol A (BPA) y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) puede provocar cambios en la metilación del ADN y modificaciones de las histonas en plantas, animales y humanos. [ 32 ]
Los mecanismos epigenéticos desempeñan un papel en la adaptación de las especies a las condiciones ambientales cambiantes, incluido el cambio climático. [ 33 ] Los estudios han demostrado que los organismos pueden exhibir plasticidad fenotípica a través de modificaciones epigenéticas en respuesta a factores de estrés ambiental como la fluctuación de la temperatura, la sequía y la pérdida de hábitat. [ 34 ]
La epigenética ambiental ha revelado el potencial de los efectos transgeneracionales, donde las exposiciones ambientales experimentadas por una generación pueden influir en los fenotipos y los resultados de salud de las generaciones posteriores a través de mecanismos de herencia epigenética. [ 35 ] Estudios en diversos organismos, incluyendo plantas, insectos y mamíferos, han mostrado efectos epigenéticos transgeneracionales resultantes de la exposición parental a factores estresantes como toxinas, cambios en la dieta y contaminantes ambientales. [ 36 ] Las modificaciones epigenéticas pueden influir en la expresión génica y los rasgos fenotípicos en organismos de diferentes niveles tróficos, con implicaciones para la estabilidad del ecosistema. [ 37 ]
Tiburones limón
Un ejemplo real de los efectos ambientales en el ADN se observa en los tiburones limón ( Negaprion brevirostris ) de las Bahamas. Tras una operación de dragado , en la que la maquinaria extrae lodo y escombros del fondo marino, estos tiburones quedaron expuestos a metales tóxicos como el manganeso y otros contaminantes. Los científicos descubrieron que esta contaminación provocó cambios en la metilación del ADN del tiburón , un proceso que ayuda a controlar la actividad genética. En esencia, los genes de los tiburones comenzaron a comportarse de forma diferente a lo normal, probablemente debido al estrés del dragado y a las toxinas presentes en su hábitat. Este caso demuestra cómo las actividades humanas, como el dragado, no solo dañan el medio ambiente, sino que también pueden desencadenar cambios ocultos en el ADN de los animales, afectando potencialmente su salud y supervivencia. [ 38 ]
Plantas
Las plantas requieren ciertos metales en pequeñas cantidades para un crecimiento saludable, pero cantidades excesivas pueden resultar tóxicas. Si bien las plantas absorben naturalmente metales beneficiosos del suelo, no pueden distinguirlos de metales dañinos como el mercurio , por lo que absorben ambos. Cuando las concentraciones de metales son demasiado altas, dañan las plantas de dos maneras principales. Primero, causan daño directo a través del estrés oxidativo, que genera reacciones químicas destructivas que dañan las células vegetales. Segundo, causan daño indirecto al ocupar espacios donde las plantas normalmente absorben nutrientes, impidiendo que elementos esenciales entren en la planta. La cantidad de mercurio que absorbe una planta depende de varios factores, incluyendo la acidez del suelo y la especie vegetal específica, lo que convierte este en un problema ambiental complejo. [ 39 ]
Muchos tipos de metales pesados son tóxicos para las plantas, como el plomo . Normalmente, las plantas terrestres absorben plomo (Pb) del suelo, la mayoría lo retiene en sus raíces, con cierta evidencia de absorción foliar y posible distribución a otras partes de la planta. El calcio y el fósforo pueden reducir la absorción de plomo, un elemento común y tóxico del suelo que afecta a la planta, su estructura de crecimiento y la fotosíntesis. El plomo, en particular, inhibe el proceso por el cual una planta crece desde una semilla hasta una plántula, conocido como germinación de semillas en varias especies, al interferir con enzimas cruciales. [ 40 ] Estudios han demostrado que el acetato de plomo reduce considerablemente la actividad de la proteasa y la amilasa en el endospermo del arroz. Esto interfiere con el crecimiento temprano de las semillas en especies de plantas como la soja, el arroz, el tomate, la cebada, el maíz y algunas leguminosas.
Además, el plomo retrasa la elongación de la raíz y el tallo, así como la expansión de las hojas, y el grado de inhibición de la elongación de la raíz varía según la concentración de plomo, la composición iónica del medio y el pH. [ 41 ] Los suelos con altos niveles de plomo también pueden causar engrosamiento irregular de la raíz, modificaciones de la pared celular en guisantes, reducción del crecimiento en remolacha azucarera, estrés oxidativo debido al aumento de la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), biomasa y contenido de proteínas en maíz, junto con una disminución del recuento y área de plomo, altura de la planta en árboles de Portia y actividad enzimática que afecta la fijación de CO 2 en avena. [ 42 ]
El manganeso (Mn) es crucial para las plantas y participa en la fotosíntesis y otros procesos fisiológicos. Su deficiencia afecta comúnmente a suelos arenosos, orgánicos o tropicales con un pH alto superior a seis y a suelos tropicales muy erosionados. El Mn puede moverse fácilmente de las raíces a los tallos, aunque no se redistribuye eficientemente de las hojas a otras partes de la planta. Los signos de toxicidad por Mn son manchas marrones necróticas en hojas, pecíolos y tallos que comienzan en las hojas inferiores y se extienden hacia arriba, provocando la muerte de la planta. [ 43 ] [ 44 ] Cuando el daño a las hojas y tallos jóvenes, junto con clorosis y pardeamiento, se denomina "hoja arrugada". En algunas especies, la toxicidad puede comenzar con clorosis en las hojas más viejas, avanzando a las más jóvenes, y puede inhibir la síntesis de clorofila al interferir con los procesos relacionados con el hierro. [ 45 ] La toxicidad por Mn es más frecuente en suelos con un nivel de pH inferior a seis. En la planta de haba, el Mn afecta la longitud del tallo y la raíz [ 46 ] La planta de hierbabuena, reduce los niveles de clorofila y carotenoides y aumenta la acumulación de Mn en la raíz. [ 47 ] La planta de guisante, reduce la clorofila a y b, la tasa de crecimiento y la fotosíntesis. [ 48 ] En la planta de tomate, ralentiza el crecimiento y disminuye la concentración de clorofila. [ 49 ] [ 50 ]
Humanos
Los seres humanos han mostrado evidencia de cambios epigenéticos, como metilación del ADN, diferenciación en la expresión y modificación de histonas, debido a la exposición a factores ambientales. El desarrollo de carcinógenos en humanos se ha estudiado en correlación con inductores ambientales, como la exposición a sustancias químicas y físicas, y su capacidad transformadora sobre la epigenética. Los factores ambientales químicos y físicos contribuyen al estado epigenético en los seres humanos. [ 30 ]
En primer lugar, se realizó un estudio sobre poblaciones de agua potable en China que abarcó tres generaciones: la generación F1, compuesta por abuelos expuestos al arsénico en la edad adulta; la generación F2, que incluía a los padres expuestos al arsénico durante la gestación y la primera infancia; y la generación F3, formada por los nietos expuestos al arsénico desde las células germinales. [ 51 ] Esta zona de China era conocida históricamente por sus niveles peligrosamente altos de arsénico; por lo tanto, existía la oportunidad de examinar la exposición al arsénico a lo largo de las tres generaciones. El estudio se llevó a cabo para descubrir la relación entre los efectos de la exposición al arsénico a lo largo del tiempo y la metilación del ADN. Según se informó, la población y el entorno estudiados no estaban expuestos a otras sustancias ambientales además del arsénico. [ 51 ]
Los resultados de este experimento mostraron que 744 sitios CpG [ 52 ] habían sido metilados diferencialmente. Estos 744 sitios se encontraron en las tres generaciones del grupo expuesto al arsénico. La conclusión, basada en los resultados de este estudio, es que los cambios en la metilación del ADN fueron más frecuentes en quienes desarrollaron enfermedades inducidas por arsénico. [ 51 ]
La exposición a factores ambientales durante la vida humana y su posible efecto en los fenotipos es un tema muy controvertido que involucra la epigenética y el desarrollo de enfermedades. [ 30 ] En el caso de los humanos, se han identificado fenotipos "no saludables" que presentan evidencia de que la epigenética ambiental podría ser una causa principal en la regulación genética, el desarrollo de enfermedades, el desarrollo y la diferenciación celular, el envejecimiento y el efecto carcinogénico. [ 30 ] Si bien la forma en que los factores ambientales y el genoma humano interactúan no se comprende completamente, su influencia ha sido identificada y continúa impulsando explicaciones para las modificaciones del genoma humano y sus resultados. La evidencia principal de los efectos adversos implementados por factores extrínsecos del medio ambiente proviene de estudios realizados sobre nutrición y exposición a toxinas. [ 30 ]
Además de la exposición al arsénico, se han identificado otros metales que causan hipermetilaciones. Se detectaron concentraciones de Cd, Cr, Cu, Pb y Zn en la sangre de pescadores, lo que resultó en un aumento de la expresión del gen IGF2. [ 53 ] El gen IGF2 es responsable de la producción del factor de crecimiento similar a la insulina 2. [ 54 ] Este factor participa en el crecimiento y puede provocar trastornos en los que el crecimiento y el crecimiento excesivo de las células son anormales. [ 55 ] Entre estos trastornos se incluyen el cáncer de mama y de pulmón, y los síndromes de Silver-Russell y Beckwith-Wiedemann. [ 55 ] [ 56 ] La importancia de la expresión del gen IGF2 radica en su relación con la salud humana. Aún existe incertidumbre sobre la relación entre la exposición ambiental a largo plazo y los cambios epigenéticos, pero las investigaciones realizadas han demostrado que la exposición a metales pesados provoca cambios en la metilación del ADN. [ 53 ]
La exposición a ciertos desencadenantes, como el alcohol o las drogas, puede alterar la expresión normal del fenotipo de la descendencia. Los fármacos antipsicóticos pueden provocar un desarrollo anormal o retardado durante las etapas fetal o embrionaria. [ 57 ]
Herencia epigenética multigeneracional
Los organismos responden al hábitat que los rodea de muchas maneras diferentes; una de ellas es modificando su expresión genética para adaptarla mejor a su entorno. Con frecuencia, esto tiene una correlación directa con la plasticidad fenotípica . La plasticidad fenotípica se refiere al desarrollo de nuevas características físicas en respuesta al ambiente en el que se encuentra una especie. La transmisión de la epigenética relacionada con las divisiones celulares mitóticas permite considerar la posibilidad de que esta también se transmita de padres a hijos. En estos casos, los padres podrían ser responsables del desarrollo de nuevos fenotipos. [ 58 ]
Herencia epigenética
La herencia epigenética se refiere a la transmisión de información epigenética entre padres e hijos. Algunos creen que estos fenómenos pueden transmitirse durante muchas generaciones. Por ejemplo, el lenguaje que utiliza una especie determinada desarrolla un fenotipo específico que se transmitirá de generación en generación. [ 58 ]
herencia cultural
La herencia cultural es un factor conductual que se transmite de generación en generación, de forma similar a la herencia genética. Por ejemplo, en las ratas, las madres que lamen y acicalan a sus crías transmiten un comportamiento específico a su descendencia, lo que provoca que esta haga lo mismo en la siguiente generación. La herencia epigenética interviene en este proceso, pero son dos fenómenos distintos que interactúan entre sí. [ 58 ]
Interacción entre la herencia epigenética y cultural
La interacción entre la herencia epigenética y la cultural demuestra cómo los factores ambientales pueden moldear rasgos biológicos y conductuales a lo largo de las generaciones. La herencia epigenética implica mecanismos moleculares (por ejemplo, metilación del ADN, modificaciones de histonas) que regulan la expresión génica sin alterar la secuencia de ADN, mientras que la herencia cultural consiste en comportamientos aprendidos transmitidos a través de interacciones sociales. Estos procesos pueden reforzarse mutuamente, dando lugar a cambios fenotípicos persistentes en la descendencia.
Por ejemplo, en humanos, el trauma parental o las deficiencias nutricionales pueden inducir modificaciones epigenéticas que afectan las respuestas al estrés o las funciones metabólicas en las generaciones posteriores. Estos cambios biológicos pueden influir en los comportamientos parentales, como los estilos de cuidado, que se propagan a través de la transmisión cultural. [ 59 ] De manera similar, en modelos animales, los comportamientos de cuidado materno (por ejemplo, el acicalamiento en ratas) se han relacionado con alteraciones epigenéticas en la descendencia, afectando su reactividad al estrés y su comportamiento en la edad adulta. [ 60 ]
Esta relación sugiere que la herencia epigenética y cultural están profundamente entrelazadas, formando un sistema integrado de adaptación multigeneracional. Sin embargo, distinguir entre rasgos biológicamente heredados y comportamientos aprendidos culturalmente sigue siendo un desafío. Las investigaciones futuras deberían explorar cómo interactúan estos mecanismos en diferentes especies y entornos para comprender mejor su significado evolutivo.
Mecanismos que influyen en la epigenética
replicación del ADN

La replicación del ADN es un proceso altamente conservado que implica la copia de información genética de un progenitor a la siguiente generación. Dentro de este complejo proceso, la cromatina se desensambla y se vuelve a ensamblar de manera precisa y regulada para compactar grandes cantidades de material genético en el núcleo, manteniendo al mismo tiempo la integridad de la información epigenética transportada por las proteínas histonas unidas al ADN durante la división celular . La mitad de las histonas presentes durante la replicación provienen de la cromatina del ADN parental y, por lo tanto, portan la información epigenética del progenitor. [ 61 ] Estas marcas epigenéticas desempeñan un papel fundamental en la determinación de la estructura de la cromatina y, por ende, de la expresión génica en el ADN recién sintetizado. La otra mitad de las histonas presentes en la replicación son de nueva síntesis.
metilación del ADN

Un mecanismo formativo importante de modificación epigenética es la metilación del ADN . La metilación del ADN es el proceso de añadir un grupo metilo a una base de citosina en la cadena de ADN , mediante un enlace covalente . Este proceso es llevado a cabo por enzimas específicas . [ 62 ] Estas adiciones de metilo pueden revertirse en un proceso conocido como desmetilación . La presencia o ausencia de grupos metilo puede atraer proteínas implicadas en la represión génica o inhibir la unión de ciertos factores de transcripción, impidiendo así la transcripción de genes metilados y, en última instancia, afectando la expresión fenotípica. [ 63 ]
Acetilación
La acetilación es una reacción que introduce un grupo acetilo en un compuesto químico orgánico, generalmente mediante la sustitución de un átomo de hidrógeno por un grupo acetilo. La desacetilación es la eliminación de un grupo acetilo de un compuesto químico orgánico. La acetilación y desacetilación de las histonas afectan la estructura tridimensional de la cromatina . Una estructura de cromatina más relajada conduce a mayores tasas de transcripción genética, mientras que una estructura más compacta la inhibe.
Regulación transcripcional

La regulación transcripcional es un proceso complejo que implica la unión de la maquinaria transcripcional a proteínas reguladoras —específicamente proteínas de remodelación o modificación de la cromatina— directamente sobre un objetivo específico. Esto puede verse facilitado en ocasiones por la contribución de complejos accesorios cuya función principal es reprimir y activar la transcripción en la célula. La regulación transcripcional también se centra en la regulación epigenética de un locus objetivo, ya que el estado epigenético de este determina la facilitación o la inhibición de la transcripción. La regulación epigenética es necesaria para la correcta ejecución de los programas transcripcionales. [ 64 ]
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