La rotenona es una isoflavona cristalina , incolora e inodora . Se encuentra de forma natural en las semillas y tallos de varias plantas, como la jicama , 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 . Cuando se absorbe a través de las branquias, la rotenona altera la respiración celular en los peces, provocando su muerte. Debido a esto, se ha convertido en una herramienta clave en el manejo de ecosistemas afectados por especies de peces invasoras o no deseadas, y a partir de 2024 no existen opciones viables que puedan reemplazar su valor versátil en acciones de remoción de peces. La rotenona también se ha utilizado como insecticida de amplio espectro , pero debido a su alta toxicidad, su uso como insecticida ha sido prohibido en algunos países. Su valor en la restauración de ecosistemas es apreciado debido a su rápida degradación, cuando se expone a la luz y temperaturas cálidas, lo que la convierte en una medida temporal con efectos ambientales mínimos a largo plazo, consulte Rotenona e Impacto en los Ecosistemas .
El primer registro escrito de las ahora conocidas plantas que contienen rotenona y que se utilizan para matar orugas que comen hojas fue en 1848; durante siglos, estas mismas plantas se habían utilizado para envenenar a los peces . [3] 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 llamada Deguelia utilis , mientras viajaba por la Guayana Francesa . [4] Escribió sobre esta investigación en su tesis, publicada en 1895 después de su muerte por una enfermedad parasitaria . [5] En 1902 Kazuo Nagai, ingeniero químico japonés del Gobierno General de Taiwán , aisló un compuesto cristalino puro de Derris elliptica al que llamó rotenona, en honor al nombre taiwanés de la planta 蘆藤 ( en chino Min Nan : lôo-tîn ) traducido al japonés rōten (ローテン) . [6] En 1930, se estableció que la nicoulina y la rotenona eran químicamente iguales. [7]
La rotenona se utiliza como un piscicida no selectivo (que mata peces). [8] Históricamente, los pueblos indígenas han utilizado la rotenona para capturar peces. 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 atrapados más fácilmente.
En la actualidad, se utiliza con frecuencia como herramienta para eliminar especies de peces exóticas , [9] ya que tiene una vida media relativamente corta (días) y desaparece de los ríos en cuestión de días y de los lagos en unos pocos meses, dependiendo de la agitación (estacional), el contenido orgánico , la disponibilidad de luz solar y la temperatura. [10] Las agencias gubernamentales han utilizado rotenona para matar peces en ríos y lagos en los Estados Unidos desde 1952, [11] y en Canadá [12] y Noruega [13] desde la década de 1980. Se utiliza con menos frecuencia en los países de la UE, debido a las estrictas regulaciones, pero se ha utilizado en algunos países seleccionados como el Reino Unido ( gobio de boca grande ), Suecia ( lucio y calabaza ), España ( gobio de boca grande , Gambusia ) y Hungría ( carpa prusiana ).
La rotenona también se ha utilizado en otros estudios de campo en el entorno marino, en los que se necesitan solo 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 locales, transitorios y menores. [14]
La rotenona afecta principalmente a los organismos con branquias, como los peces y los invertebrados acuáticos. Los animales terrestres, como las aves, los mamíferos y los anfibios (excepto los renacuajos/larvas), se ven mucho menos afectados por la rotenona. [15] Cuando se aplica en sistemas de agua dulce, mata tanto a los peces objetivo como a otras especies con branquias, como los renacuajos y el zooplancton. Sin embargo, programar los tratamientos en otoño o invierno, cuando muchas especies son menos activas, puede reducir estos impactos. Además, su uso es más benigno para el medio ambiente (en comparación con otros piscicidas), ya que la mayoría de los ecosistemas se recuperan naturalmente dentro de uno o dos años después de la aplicación de rotenona, y los invertebrados acuáticos repoblarán las áreas afectadas, [16] [17] [18] restaurando así la biodiversidad local inicial a su estado anterior a la introducción de la especie invasora.
La rotenona se descompone a través de metabolitos y su producto final se reduce a agua y dióxido de carbono . [10] Se oxida a rotenolona, que es aproximadamente un orden de magnitud menos tóxica que la rotenona. En el agua, la velocidad de descomposición depende de varios factores, entre ellos la temperatura, el pH, la dureza del agua y la luz solar. La vida media en aguas naturales varía de medio día a 24 °C a 3,5 días a 0 °C. [19]
En 1992, los funcionarios de la Comisión de Conservación de Pesca y Vida Silvestre de Florida (FWC) utilizaron rotenona para erradicar una población establecida de cíclidos jaguar invasores de un pequeño estanque en el condado de Miami-Dade . Los funcionarios lograron matar a todos los cíclidos jaguar (junto con todos los demás peces) en el estanque, pero no lograron erradicarlos de Florida ; los cíclidos ya se habían propagado por todo el Canal de Miami y sus vías fluviales conectadas , y para 1994, los cíclidos jaguar se habían establecido con éxito en todo el sur y centro de Florida . [20]
En septiembre de 2010, los funcionarios del Departamento de Pesca y Vida Silvestre de Oregón utilizaron rotenona para matar una población establecida de peces de colores invasores presentes en el lago Mann , en el este de Oregón , con la intención de no alterar la población nativa de trucha degollada Lahontan del lago . La rotenona logró estos objetivos con éxito, matando entre 179.000 y 197.000 peces de colores y peces cabeza gorda , y solo tres truchas. [21]
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 usaron como cebo vivo . El lago fue repoblado con 20.000 truchas arcoíris 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 que quedaban en el lago Stormy (Alaska) debido a que la invasión del lucio destruyó las especies nativas, que fueron reintroducidas una vez concluido el tratamiento. [22]
En 2014, se utilizó rotenona para matar todos los peces restantes en el lago Mountain de San Francisco, que se encuentra en el parque Mountain Lake , con el fin de eliminar las especies invasoras introducidas desde la migración de los colonos europeos a la región. [23]
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 ). [24]
La rotenona se comercializó como cubé , tuba o derris , en preparación única o en combinación sinérgica con otros insecticidas. [25] Todos los usos insecticidas fueron prohibidos en los Estados Unidos y Canadá, [26] [27] en el Reino Unido, [28] y en Suiza. [29]
La rotenona se utilizaba en forma de polvo para tratar la sarna y los piojos de la cabeza en humanos, y los ácaros parásitos en pollos , ganado y animales domésticos .
En la agricultura, su acción no fue selectiva y mató a los escarabajos de la patata , escarabajos del pepino , escarabajos pulga , gusanos de la col , escarabajos de la frambuesa y escarabajos del espárrago , así como a la mayoría de los demás artrópodos. Se biodegrada rápidamente en el suelo, con un 90% degradado después de 1 a 3 meses a 20 °C (68 °F) y tres veces más rápido a 30 °C (86 °F). [30] El compuesto se descompone cuando se expone a la luz solar y generalmente tiene una actividad de seis días en el medio ambiente. [31]
La rotenona se puede desactivar en agua con el uso de permanganato de potasio para reducir la toxicidad a niveles aceptables. [32]
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 MoA de IRAC (por sí sola en 21B). [33] Inhibe la transferencia de electrones desde los centros de hierro-azufre en el complejo I a la ubiquinona . Esto interfiere con el NADH durante la creación de energía celular utilizable ( ATP ). [25] El complejo I no puede pasar su electrón a CoQ , lo que crea una reserva de electrones dentro de la matriz mitocondrial. El oxígeno celular se reduce al radical, creando especies reactivas de oxígeno , que pueden dañar el ADN y otros componentes de las mitocondrias. [34]
La rotenona también inhibe el ensamblaje de microtúbulos . [35]
La rotenona se produce mediante extracción de las raíces y tallos de varias especies de plantas tropicales y subtropicales, especialmente las que pertenecen a los géneros Lonchocarpus y Derris .
Algunas de las plantas que contienen rotenona:
La rotenona está clasificada por la Organización Mundial de la Salud como moderadamente peligrosa. [41] Es levemente tóxica para los humanos y otros mamíferos , pero extremadamente tóxica para los insectos y la vida acuática, incluidos los peces. Esta mayor toxicidad en peces e insectos se debe a que la rotenona lipofílica 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 . [42]
No se conoce la dosis letal más baja para un niño, pero murió un niño de 3,5 años que había ingerido una solución de rotenona de 40 mg/kg. [43] Las muertes humanas por envenenamiento con rotenona son raras porque su acción irritante provoca vómitos. [44] La ingestión deliberada de rotenona puede ser fatal. [43]
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, descubrió que la rotenona puede ser un neurotóxico del 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 más adelante en la vida. El estudio descubrió que la rotenona era particularmente dañina para las neuronas dopaminérgicas , en consonancia con hallazgos anteriores. [45]
En 2000, se informó que la inyección de rotenona en ratas causaba el desarrollo de síntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson (EP). La rotenona se aplicó 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 . [46] 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 la enfermedad. [47] 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 al no usar equipo de protección . [48] La exposición a la sustancia química en el campo se puede evitar usando una máscara de gas con filtro, que es un procedimiento estándar de HSE en la aplicación moderna de la sustancia química.
Estudios con cultivos primarios de neuronas y microglia de ratas han demostrado que dosis bajas de rotenona (por debajo de 10 nM) inducen daño oxidativo y muerte de neuronas dopaminérgicas [ 49] y son estas neuronas en la sustancia negra las que mueren en la enfermedad de Parkinson. Otro estudio también ha descrito la acción tóxica de la rotenona a bajas concentraciones (5 nM) en neuronas dopaminérgicas de cortes agudos de cerebro de rata [50] . Esta toxicidad se vio exacerbada por un estresor celular adicional (concentración elevada de calcio intracelular), lo que agregó apoyo a la "hipótesis de impacto múltiple" de muerte de neuronas dopaminérgicas.
La neurotoxina MPTP ya se conocía anteriormente por causar síntomas similares a 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 neuronas dopaminérgicas en la sustancia negra . Estudios posteriores que involucraron a MPTP no han logrado mostrar el desarrollo de cuerpos de Lewy , un componente clave para 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 compone los cuerpos de Lewy con una patología similar a la enfermedad de Parkinson en monos rhesus viejos a partir de MPTP. [51] Por lo tanto, el mecanismo detrás de MPTP en relación con la enfermedad de Parkinson no se entiende completamente. [52] Debido a estos desarrollos, se investigó la rotenona como un posible agente causante de Parkinson. Tanto MPTP como rotenona son lipofílicos y pueden cruzar la barrera hematoencefálica .
En 2010 se publicó un estudio que detallaba la progresión de síntomas similares a los del Parkinson en ratones tras la ingestión intragástrica crónica de dosis bajas de rotenona. Las concentraciones en el sistema nervioso central estaban por debajo de los límites detectables, pero aun así inducían la patología de la enfermedad de Parkinson. [53]
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