Rotenona

rotenona es una isoflavona cristalina, incolora e inodoro que se utiliza como insecticida, piscicida y pesticida de amplio espectro. Se encuentra naturalmente en las semillas y tallos de varias plantas, como la vid de jícama, y en las raíces de varios otros miembros de las Fabaceae. Fue el primer miembro descrito de la familia de compuestos químicos conocidos como rotenoides.

Descubrimiento

El registro escrito más antiguo de las plantas que ahora se conocen que contienen rotenona y que se utilizaban para matar orugas que se alimentan de hojas data de 1848; Durante siglos, estas mismas plantas se habían utilizado para envenenar a los peces. El componente químico activo fue aislado por primera vez en 1895 por un botánico francés, Emmanuel Geoffroy, quien lo llamó nicouline, de un espécimen de Robinia nicou, ahora llamado Deguelia utilis. , mientras viajaba por la Guayana Francesa. Escribió sobre esta investigación en su tesis, publicada en 1895 tras su muerte por una enfermedad parasitaria. En 1902 Kazuo Nagai, ingeniero químico japonés del Gobierno General de Taiwán, aisló un compuesto cristalino puro de Derris elliptica al que llamó rotenona, por el nombre taiwanés de la planta 蘆藤 (chino Min Nan: lôo-tîn) traducido al japonés rōten (ローテン). En 1930, se estableció que la nicoulina y la rotenona eran químicamente iguales.

Usos

La rotenona se utiliza como pesticida, insecticida y piscicida no selectivo (asesino de peces). Históricamente, los pueblos indígenas han utilizado la rotenona para pescar. Por lo general, las plantas que contienen rotenona de la familia de las leguminosas, Fabaceae, se trituran y se introducen en un cuerpo de agua, y como la rotenona interfiere con la respiración celular, los peces afectados suben a la superficie en un intento de tragar aire, donde son más fáciles. atrapó.

En los tiempos modernos se utiliza con frecuencia como herramienta para eliminar especies de peces exóticas, ya que tiene una vida media relativamente corta (días) y desaparece de los ríos en el transcurso de unos días y de los lagos en unos pocos meses, dependiendo sobre la agitación (estacional), el contenido orgánico, la disponibilidad de luz solar y la temperatura. La rotenona ha sido utilizada por agencias gubernamentales para matar peces en ríos y lagos de Estados Unidos desde 1952, y en Canadá y Noruega desde la década de 1980. Se utiliza con menos frecuencia en los países de la UE debido a regulaciones estrictas, pero se ha visto cierto uso en países seleccionados como el Reino Unido (gorgo de Boca), Suecia (lucio y semilla de calabaza), España (gorgo de Boca, Gambusia) y Hungría (carpa prusiana).).

La rotenona se descompone a través de metabolitos y su producto final se reduce a agua y dióxido de carbono. Además, su uso es más benigno para el medio ambiente (en comparación con otros piscicidas), ya que se observa que la mayoría de las especies recolonizan los sistemas acuáticos entre semanas y un año después de la aplicación. Por lo tanto, también se ha utilizado en otros estudios de campo en el medio marino que solo necesitan pequeñas cantidades. Los investigadores de peces que estudian la biodiversidad de los peces marinos utilizan el muestreo a pequeña escala con rotenona para recolectar peces crípticos u ocultos, que representan un componente importante de las comunidades de peces costeros, ya que solo tiene efectos secundarios ambientales menores y transitorios.

Se comercializa como cubé, tuba o derris, en preparación única o en combinación sinérgica con otros insecticidas. En Estados Unidos y Canadá, se están eliminando todos los usos de la rotenona excepto como piscicida. Actualmente está prohibido en los Estados Unidos para cualquier uso en agricultura orgánica. En el Reino Unido, se prohibió la venta de insecticidas de rotenona (vendidos con el nombre comercial Derris) en 2009.

La rotenona también se usa en forma de polvo para tratar la sarna y los piojos en humanos y los ácaros parásitos en pollos, ganado y animales de compañía.

En agricultura, su acción tampoco es selectiva y mata a los escarabajos de la patata, los escarabajos del pepino, los escarabajos pulgas, los gusanos de la col, los escarabajos de la frambuesa y los escarabajos de los espárragos, así como a la mayoría de los demás artrópodos. Se biodegrada rápidamente en el suelo: un 90 % se degrada después de 1 a 3 meses a 20 °C (68 °F) y tres veces más rápido a 30 °C (86 °F).

Mecanismo de acción

La rotenona actúa interfiriendo con la cadena de transporte de electrones dentro del complejo I en las mitocondrias, lo que la coloca en la clase 21 del IRAC MoA (por sí sola en 21B). Inhibe la transferencia de electrones desde los centros hierro-azufre del complejo I a la ubiquinona. Esto interfiere con el NADH durante la creación de energía celular utilizable (ATP). El complejo I no puede pasar su electrón a la CoQ, lo que crea una reserva de electrones dentro de la matriz mitocondrial. El oxígeno celular se reduce a radicales, creando especies reactivas de oxígeno, que pueden dañar el ADN y otros componentes de las mitocondrias.

La rotenona también inhibe el ensamblaje de microtúbulos.

Presencia en plantas

La rotenona se produce mediante extracción de las raíces y tallos de varias especies de plantas tropicales y subtropicales, especialmente aquellas pertenecientes a los géneros Lonchocarpus y Derris.

Algunas de las plantas que contienen rotenona:

• Hoary pea o la rue de cabraTephrosia virginiana) – América del Norte
• JícamaPachyrhizus erosus) – América del Norte
• Planta de cubé o lancepodLonchocarpus utilis) – Sudamérica
  • El extracto raíz se denomina resina cubé
• Barbasco (Barbasco)Lonchocarpus urucu) – Sudamérica
  • El extracto raíz se denomina resina cubé
• Planta de TubaDerris elliptica) – Asia sudoriental y las islas del Pacífico suroeste
  • El extracto de raíz se denomina derris o derris root
• Vidrio de joyaDerris involuta) – Asia sudoriental y las islas del Pacífico suroeste
  • El extracto de raíz se denomina derris o derris root
• Common Mullein ()Verbascum thapsus L.)
• Cork-bushMundulea sericea) – África meridional
• Árbol de pesca de FloridaPiscidia piscipula) – sur de Florida, Caribe
• Varias especies Millettia y Tephrosia en las regiones del Asia sudoriental

Toxicidad humana

La rotenona está clasificada por la Organización Mundial de la Salud como moderadamente peligrosa. Es levemente tóxico para los humanos y otros mamíferos, pero extremadamente tóxico para los insectos y la vida acuática, incluidos los peces. Esta mayor toxicidad en peces e insectos se debe a que la rotenona lipófila se absorbe fácilmente a través de las branquias o la tráquea, pero no tan fácilmente a través de la piel o el tracto gastrointestinal. La rotenona es tóxica para los eritrocitos in vitro.

Se desconoce la dosis letal más baja para un niño, pero la muerte se produjo en un niño de 3,5 años que había ingerido 40 mg/kg de solución de rotenona. Las muertes humanas por intoxicación por rotenona son raras porque su acción irritante provoca vómitos. La ingestión deliberada de rotenona puede ser fatal.

El compuesto se descompone cuando se expone a la luz solar y suele tener una actividad de seis días en el medio ambiente. Se oxida a rotenona, que es aproximadamente un orden de magnitud menos tóxica que la rotenona. En el agua, la velocidad de descomposición depende de varios factores, incluida la temperatura, el pH, la dureza del agua y la luz solar. La vida media en aguas naturales oscila entre medio día a 24 °C y 3,5 días a 0 °C.

Un estudio de 2018, que examinó los efectos de la administración de rotenona en cultivos celulares que imitaban las propiedades de los cerebros en desarrollo, encontró que la rotenona puede ser un neurotóxico para el desarrollo; es decir, que la exposición a la rotenona en el feto en desarrollo puede impedir el desarrollo adecuado del cerebro humano, con consecuencias potencialmente profundas en el futuro. El estudio encontró que la rotenona era particularmente dañina para las neuronas dopaminérgicas, en consonancia con hallazgos anteriores.

Enfermedad de Parkinson

En el año 2000, se informó que la inyección de rotenona en ratas provocaba el desarrollo de síntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson (EP). Se aplicó rotenona continuamente durante un período de cinco semanas, se mezcló con DMSO y PEG para mejorar la penetración en el tejido y se inyectó en la vena yugular. El estudio no sugiere directamente que la exposición a la rotenona sea responsable de la EP en humanos, pero es consistente con la creencia de que la exposición crónica a toxinas ambientales aumenta la probabilidad de padecer la enfermedad. En 2011, un estudio de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. mostró un vínculo entre el uso de rotenona y la enfermedad de Parkinson en trabajadores agrícolas, lo que sugiere un vínculo entre el daño neuronal y la absorción pulmonar por no usar equipo de protección. La exposición al producto químico en el campo se puede evitar usando una máscara antigás con filtro, que es un procedimiento estándar de HSE en la aplicación moderna del producto químico.

Estudios con cultivos primarios de neuronas y microglía de rata han demostrado que dosis bajas de rotenona (por debajo de 10 nM) inducen daño oxidativo y muerte de las neuronas dopaminérgicas, y son estas neuronas de la sustancia negra las que mueren en la enfermedad de Parkinson.. Otro estudio también describió la acción tóxica de la rotenona en concentraciones bajas (5 nM) en neuronas dopaminérgicas de cortes agudos de cerebro de rata. Esta toxicidad se vio exacerbada por un factor estresante celular adicional (la elevada concentración de calcio intracelular), lo que respalda la 'hipótesis del impacto múltiple' de muerte de neuronas dopaminérgicas.

Se sabía anteriormente que la neurotoxina MPTP causaba síntomas similares a los de la EP (en humanos y otros primates, aunque no en ratas) al interferir con el complejo I en la cadena de transporte de electrones y matar las neuronas dopaminérgicas en la sustancia negra. Otros estudios que involucran MPTP no han logrado mostrar el desarrollo de cuerpos de Lewy, un componente clave de la patología de la EP. Sin embargo, al menos un estudio reciente ha encontrado evidencia de agregación de proteínas de la misma composición química que la que forma los cuerpos de Lewy con patología similar a la enfermedad de Parkinson en monos Rhesus ancianos del MPTP. Por lo tanto, el mecanismo detrás del MPTP en relación con la enfermedad de Parkinson no se comprende completamente. Debido a estos avances, se investigó la rotenona como un posible agente causante del Parkinson. Tanto el MPTP como la rotenona son lipófilos y pueden cruzar la barrera hematoencefálica.

En 2010, se publicó un estudio que detalla la progresión de síntomas similares al Parkinson en ratones después de la ingestión intragástrica crónica de dosis bajas de rotenona. Las concentraciones en el sistema nervioso central estaban por debajo de los límites detectables, pero aún así inducían patología de EP.

Administraciones destacadas

La rotenona se implementó en 2010 para matar una población invasora de peces de colores presente en el lago Mann del este de Oregón, con la intención de no alterar la población de truchas del lago. La rotenona logró estos objetivos, matando a casi 200.000 peces de colores y sólo tres truchas.

A partir del 1 de mayo de 2006, el lago Panguitch, un embalse en la parte sureste del estado estadounidense de Utah, fue tratado con rotenona para erradicar y controlar potencialmente la población invasora de cachos de Utah, que probablemente fueron introducidos accidentalmente por pescadores que Los usó como cebo vivo. El lago fue reabastecido con 20.000 truchas arco iris en 2006; A partir de 2016, la población de peces del lago se ha recuperado.

En 2012 se utilizó rotenona para matar todos los peces restantes en Stormy Lake (Alaska) debido a que el lucio invasor destruyó especies nativas, que fueron reintroducidas una vez finalizado el tratamiento.

En 2014, se utilizó rotenona para matar todos los peces restantes en Mountain Lake de San Francisco, que se encuentra en Mountain Lake Park, con el fin de librarlo de especies invasoras introducidas desde la migración de los colonos europeos a la región..

La rotenona se utiliza en la investigación biomédica para estudiar la tasa de consumo de oxígeno de las células, generalmente en combinación con antimicina A (un inhibidor del complejo III de la cadena de transporte de electrones), oligomicina (un inhibidor de la ATP sintasa) y FCCP (un desacoplador mitocondrial).

Desactivación

La rotenona se puede desactivar en agua con el uso de permanganato de potasio para reducir la toxicidad a niveles aceptables.