Los derivados del arsénico han sido empleados, por siglos, como un veneno eficaz para eliminar malezas, insectos y roedores, pero también como una forma sutil de deshacerse de personas indeseables. En contraste, algunos derivados del arsénico se han utilizado como medicamentos para distintos fines; y en los últimos años se han identificado microorganismos capaces de aprovechar a estos agentes nocivos como una fuente de energía para su supervivencia. 

¿Cuáles son las propiedades de este elemento químico que le permiten tener esta aparente dualidad? 

1. La espantosa historia de un terrible veneno

En 1821, el otrora poderoso Emperador de Francia, Napoleón Bonaparte, moría en la lejana isla de Santa Elena después de pasar allí varios años enfermo y desterrado. Durante más de un siglo y medio se mantuvo la idea de que el gran estratega militar había fallecido de cáncer de estómago, enfermedad a la que había sucumbido años atrás su padre. Sin embargo, análisis realizados ya en el siglo XXI a un mechón de cabello de Napoleón (retirado pocas horas después de su muerte), revelaron que la muestra contenía niveles elevadísimos de arsénico. Este hallazgo levantó una polémica, aún sin resolver, que señala que el ilustre conquistador habría muerto envenenado y no de muerte natural; algunos, un poco en broma, afirman que en realidad no hay discrepancia: con tanto arsénico en su cuerpo, era “natural” que Napoleón muriera.

Pero la mala fama del arsénico viene de mucho tiempo atrás (ver G. Uruchurtu “Venenos, envenenados y envenenadores”; Revista ¿Cómo ves? UNAM, No. 90, mayo de 2006). Aunque oficialmente fue obtenido por vez primera por el reconocido sacerdote y alquimista Alberto Magno, en el año de 1250, en realidad el uso de derivados del arsénico data de varios siglos atrás, mucho antes de la era cristiana. El arsénico fue empleado por los babilonios (quienes 4,000 años A.C. ya lo usaban en la fabricación de bronce), los chinos, árabes, romanos y griegos. El conocimiento de su uso provenía, sobre todo, de la liberación del arsénico en la explotación rústica de minerales; fue también un ingrediente de muchos compuestos de la época de la Alquimia.

En la Roma antigua, en la edad media europea y en el Renacimiento, el arsénico se usó ampliamente como un veneno para eliminar personas, como la tristemente célebre familia italiana de Los Borgia. El empleo del arsénico en esos tiempos causó la muerte de reyes, nobles de la corte, jerarcas religiosos y, menos ilustres, esposos incómodos. Se calcula que entre los años 1600 y 1700 en Francia, por ejemplo, el 80% de los envenenamientos fueron provocados con arsénico; la “epidemia” de estas intoxicaciones deliberadas, pasó también a Asia. Diversos preparados de arsénico fueron utilizados para esos fines, entre ellos uno llamado “Cantarella” que causaba una tormentosa muerte en 24 horas, en medio de atroces dolores y gritos escandalosos (de ahí su nombre). Otro compuesto de oscuro pasado, el trióxido de arsénico, que se genera en las fundiciones de metales; es un polvo blanco, inodoro e insípido que fue llamado, por la dificultad de su detección, “El rey de los venenos”. 

2. ¿De dónde viene el arsénico?

Aunque el arsénico (cuyo símbolo químico es As) no es muy abundante en la corteza terrestre (es apenas el 52do elemento por su abundancia), su elevada toxicidad lo convierte en un serio peligro para todas las formas de vida. Un dato terrible: el arsénico es considerado el carcinógeno ambiental más ubicuo en la naturaleza.

El origen del arsénico puede ser natural o derivado de las actividades humanas; contra lo que se podría pensar, son las fuentes naturales las que representan el mayor problema de salud pública en ciertas regiones del planeta (para dar números: anualmente se liberan al ambiente 45,000 toneladas de arsénico de origen natural y unas 28,000 toneladas de origen humano).

A nivel global, la fuente principal de arsénico en la corteza terrestre son las erupciones volcánicas. También, la excavación de pozos para la obtención de agua para consumo humano (o animal), o para riego agrícola, con frecuencia libera al arsénico. En algunos países asiáticos la ingestión prolongada de agua con niveles elevados de arsénico causa enfermedades hepáticas, renales, cardiovasculares, neurológicas y cáncer. El problema en Bangladesh, por ejemplo, ha sido considerado como el más grande envenenamiento de una población en la historia. Los casos de contaminación de aguas por arsénico involucran además a España, países de Centro y Sudamérica, así como los Estados Unidos de Norteamérica.

En México, regiones como La Laguna, en los estados de Coahuila/Durango, presentan acuíferos con niveles elevados de arsénico que han provocado daños a la salud de los habitantes de la zona.

Diversos procesos industriales liberan también arsénico a la atmósfera; entre ellos, la combustión de carbón mineral, la explotación minera y la fundición de metales. Esto se debe a que el arsénico se encuentra en la corteza asociado con más de 200 distintos tipos de minerales.

Al igual que otros elementos químicos presentes en los organismos vivos, como Carbono, Nitrógeno, Oxígeno y Azufre, el arsénico participa en ciclos de transformación en la Tierra, llamados Geociclos. En ellos intervienen, entre otros factores, las mencionadas emisiones volcánicas y las aguas oceánicas, donde juegan un papel importante los microorganismos, las algas, los crustáceos, moluscos e, incluso, los peces, todos ellos capaces de acumular y transformar el arsénico. Como es fácil deducir, algunos de estos organismos pueden ingresar a la cadena alimenticia de los seres humanos, con desagradables consecuencias. 

3. ¿Por qué es tan dañino el arsénico?

Para entender las razones de que los derivados del arsénico son tan nocivos, hablemos un poco de química; el arsénico es catalogado como un metaloide, lo que significa que el muy maloso posee propiedades tanto de los metales como de los no-metales. El arsénico se encuentra en la naturaleza en dos especies inorgánicas predominantes: la forma pentavalente, As(V), o arsenato, y la forma trivalente, As(III) o arsenito. En términos de su toxicidad, podríamos decir que la primera forma es mala… y la segunda es peor. Los daños provocados por el arsénico ocurren de manera similar en todos los organismos, desde las bacterias hasta las plantas y los seres humanos.

Por su estructura química, el arsenato se parece mucho a un compuesto esencialísimo, derivado del no-metal fósforo, el Fosfato (componente de algunos azúcares, de los lípidos de las membranas celulares y, ni más ni menos, de los ácidos nucleicos). Por esa razón, el arsenato “engaña” a las células, las cuales lo capturan como si fuera el apetitoso fosfato. En el pecado llevan la penitencia, pues una vez en el interior, el arsenato causa grandes daños celulares; por ejemplo, el arsenato se transforma en arsenito, el cual, como dijimos arriba, es muchísimo más dañino. Este arsenito, ya en el citoplasma celular, se comporta ahora como un metal y se une a las proteínas que contienen azufre (de manera similar a lo que hacen otro par de elementos metálicos de pésima fama: el mercurio y el plomo). Como muchas de esas proteínas son del tipo de las valiosísimas enzimas, la unión del arsenito destruye su actividad y con ello causa la muerte celular.

Cuando el arsenito se encuentra fuera de la célula, es incorporado al interior también “engañando” a unas proteínas de la membrana celular nombradas con el trabalenguas de Acuagliceroporinas (llevadas a la fama por el Dr. Peter Agre, ganador del premio Nobel de química en 2003). Ya dentro de la célula, el arsenito causa destrozo y medio que culmina, como ya dijimos, con la muerte. 

   4. “La única diferencia entre un veneno y una medicina, es la dosis”

Esta frase del famoso alquimista y médico suizo del siglo XVI, Paracelso, aplica muy bien al arsénico. A pesar de sus terribles efectos nocivos, desde la antigüedad los derivados del arsénico han tenido también aplicaciones provechosas para la humanidad. Hipócrates, médico de la Grecia antigua (466-377 A.C.), autor del Juramento que aún ahora hace todo médico al graduarse, empleaba sulfuros de arsénico para tratar úlceras; Dioscórides (40-90 D.C), otro  ilustre griego de la antigüedad, incluyó estos compuestos en la primera Farmacopea conocida. Ya en la era moderna la llamada solución de Fowler (arsenito de potasio al 1%), fue incluida en las farmacopeas de Londres (1809) y estadunidense (1820) para tratar una veintena de enfermedades infecciosas.

Sin embargo, estos compuestos inorgánicos del arsénico son de uso delicado por sus graves efectos secundarios (parece que la costumbre de automedicarse es añeja). Más recientemente se usaron los derivados orgánicos del arsénico, donde el metaloide se encuentra unido a un grupo carbonado, algo menos tóxicos, como los primeros agentes antimicrobianos empleados en la práctica médica, antes incluso que los ahora famosísimos Antibióticos. El Dr. Paul Ehrlich (que había ganado el premio Nobel de medicina en 1908), desarrolló en 1910 el Salvarsán (“arsénico que salva”), sustancia utilizada para combatir la sífilis y la enfermedad del sueño.

El surgimiento de la penicilina, en 1940, desplazó al Salvarsán y sus derivados. Otros arsenicales orgánicos aún se usan para el tratamiento de enfermedades causadas por parásitos y, a bajas dosis (véase de nuevo la frase de Paracelso) la homeopatía moderna los emplea para tratar si, enfermedades infecciosas, pero también intoxicaciones, enfermedades nerviosas e incluso como coadyuvante en tratamiento de ciertos tipos de cáncer.

La medicina tradicional china de hecho nunca abandonó el uso del arsénico y estudios recientes en aquel país muestran la efectividad del trióxido de arsénico para tratar tipos muy agresivos de leucemia. Pero ¿cómo funciona? Bueno, la toxicidad del arsénico explica algunas propiedades terapéuticas contra agentes infecciosos, pero hay algo más; los compuestos correctos en las dosis adecuadas ocasionan reacciones en el organismo como la inducción de la llamada “apoptosis” o muerte celular programada, que es un programa en la célula que la lleva a “suicidarse”; esto puede ser muy útil, si las células que se suicidan son las correctas, como, pudieran ser las células malignas responsables del cáncer. 

5. Arsénico y el metabolismo bacteriano

Los microorganismos han estado en contacto con el arsénico probablemente desde el origen mismo de la vida sobre la Tierra (ver C. Cervantes “El maravilloso mundo de las bacterias”. Revista Saber Más, No. 21, Mayo-junio de 2015). Se considera que en los períodos iniciales de la evolución terrestre, cuando las rudimentarias formas microbianas eran los únicos habitantes del planeta, el arsénico era muy abundante en la corteza; debido a ello, los organismos ancestrales, como las bacterias, han desarrollado diversas formas de interacción con el metaloide.

Para un animal la respiración puede describirse como el acto de inhalar oxígeno y exhalar bióxido de carbono, aunque bioquímicamente es más complicado; el caso es que el oxígeno se usa como “oxidante” en el metabolismo del animal. Las bacterias no inhalan ni exhalan, pero también utilizan oxidantes en su metabolismo, y algunos de ellos son compuestos del arsénico como el arsenato. Pero no acaba allí, existen bacterias que pueden “quemar” al arsenito como fuente de energía para impulsar su metabolismo, de una forma parecida a como nosotros “quemamos” a los azúcares y a las grasas.

Finalmente, como un caso provocador, comentamos que en diciembre de 2011, el arsénico fue inculpado por un equipo de científicos liderados por la agencia espacial estadunidense (NASA) en un caso de pruebas circunstanciales que luego se vino abajo. Dichos investigadores publicaron que el arsenato podía sustituir al fosfato como componente de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) de una bacteria.

¡Lástima! De haber sido cierto, hubiera sido muy revolucionario para el conocimiento biológico.

Por fin, ¿venenoso o benéfico?, bueno, quizás podamos concluir diciendo, nada con exceso todo con medida. 

Saber mas

Uruchurtu G. 2006. Revista ¿Cómo ves? UNAM, No. 90.

http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/90/venenos-envenenados-y-envenenadores

Cervantes C. Revista Saber Más UMSNH, No. 21.

https://www.sabermas.umich.mx/archivo/articulos/165-numero-219/325-el-maravilloso-mundo-de-las-bacterias.html 

Eduardo Valencia Cantero es Profesor-investigador titular C adscrito al Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. La principal línea de investigación de su grupo de trabajo explora las interacciones plantas-microorganismos benéficos. Estudia el microecosistema que constituye la interface planta-suelo-microorganismo, con un principal interés en la diversidad microbiana en torno a las raíces de las plantas, pero en particular las bacterias que interactúan con las plantas solubilizando formas indisponibles de hierro en el suelo y también por medio de señales bioquímicas que modifican el desarrollo vegetal. 

Carlos Cervantes es Profesor-investigador titular C de tiempo completo en el Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. En este Instituto, es responsable del Laboratorio de Microbiología. El trabajo de investigación que  desarrolla se relaciona con el estudio de los mecanismos de resistencia a metales pesados en bacterias de diversos ambientes. En especial, se ha interesado en analizar sistemas microbianos de tolerancia al Cromo y, más recientemente, al Arsénico.