Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas

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Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas (IRET-UNA) es un centro de investigación con proyección nacional, regional e internacional, comprometido con el desarrollo sostenible, la protección y conservación de los ecosistemas naturales, la calidad de vida de los trabajadores y de la sociedad afectados por las sustancias tóxicas y otras actividades humanas.

Los conocimientos y datos generados por el Instituto son utilizados por entidades gubernamentales y no gubernamentales como fuente primaria de información en temas de exposición a las sustancias tóxicas y sus efectos en el ambiente y en la salud humana.

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Programas adscritos a IRET-UNA

El Programa Infantes y Salud Ambiental (ISA) es un programa de investigación-extensión realizado en la región Huetar Atlántica, Costa Rica, que utiliza un enfoque eco-sistémico en salud humana (EcoSalud). Estudiamos la exposición ambiental a plaguicidas y manganeso y sus efectos sobre la salud de niño(a)s y sus madres. Además, estudiamos cuáles factores explican las exposiciones a plaguicidas, y posibles alternativas para su uso. Promovemos acciones colaborativas para reducir el contacto con plaguicidas y mitigar sus posibles efectos.

El Programa ISA tiene 3 áreas temáticas: 1) Contexto socio- económico, cultural y percepción de riesgos, 2) Evaluación de exposición y efectos en el crecimiento y desarrollo de infantes y 3) Alternativas agro-ecológicas.

Coordinadora: Ph.D. Berna van Wendel de Joode, correo electrónico: berendina.vanwendel.dejoode@una.cr

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Página web: www.isa.una.ac.cr

Correo: programaisa@una.ac.cr

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El Programa Salud, Trabajo y Ambiente (SALTRA) se proyecta como un programa estratégico en la integración de principios de desarrollo sostenible en las políticas de salud ocupacional y ambiental a nivel local, nacional y regional desde la gestión del conocimiento: docencia, investigación extensión y traducción política. Se trabaja en Centroamérica para consolidar y extender una estructura regional de centros universitarios en salud ocupacional y ambiental (SOA) que colaboren entre sí y con grupos gubernamentales y no gubernamentales, para conjuntamente construir capacidades locales, nacionales y regionales que favorecen la incorporación de principios de desarrollo sostenible en las políticas de salud ocupacional y ambiental.

Coordinadora regional: Ph. D. Jennifer Crowe, correo electrónico: jennifer.crowe@una.cr

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Página web: www.saltra.una.ac.cr

Correo: saltraregional@una.cr

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A biogeochemical comparison of three representative lakes of Costa Rica
(Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas, 2025-06-09) Esquivel-Hernández, Germain; Sánchez-Gutiérrez, Rolando; Arias, M.; Ugalde-Salazar, Rocío; Echeverría- Sáenz, Silvia
Lakes are widely distributed across Costa Rica, from coasts to the highest elevation regions and located in the main terrestrial biomes, yet updated biogeochemical information about the main types of lakes is still lacking. We present comparative biogeochemistry (water chemistry, stable isotopes, and picoplankton) for a coastal lake (Lake Madre de Dios), a volcanic lake (Lake Barva), and a glacial lake (Lake Ditkevi). Sampling was conducted between February and November 2022, including dry and rainy seasonal conditions. Hydrological and chemical conditions were evaluated using water and carbon stable isotopes, dissolved organic matter, major ions, and microbiota analysis. Isotopic data on water (δ2H and δ18O) and dissolved inorganic carbon (δ13CDIC) confirmed lower evaporative losses for the maar and tarn lakes and productivity response to precipitation inputs. Excitation/emission matrices confirmed the prevalence of fulvic and humic acids in the coastal and glacial lakes, mainly aromatic proteins and soluble microbial byproducts in the volcanic lake. Picophytoplankton (PPP, ∼0.2–10 μm) was mainly represented by phycocyanin-rich picocyanobacteria in the 3 lakes, but maar and tarn lakes had greater representation of phycoerythrin-rich picocyanobacteria. We confirmed fluctuations in PPP cell abundance in the lakes was lower than in comparable temperate lakes. For other eutrophic lakes, abundance of picocyanobacteria dominated over picoeukaryotic algae. This work aimed to promote an ecosystem approach to study the biogeochemical functioning of tropical lakes using a combination of chemical, hydrological, and biological data and to provide baseline information for future studies (e.g., climate change and pollution impacts) on tropical lakes of Costa Rica.
Benchmarking AI-based Plasmid Annotation Tools for Antibiotic Resistance Genes Mining From Metagenome of the Virilla River, Costa Rica
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2023-11-28) Rojas-Villalta, Dorian; Calderón-Osorno, Melany; Barrantes, Kenia; Arias-Andres, Maria; Rojas-Jiménez, Keilor
Bioinformatics and Artificial Intelligence (AI) stand as rapidly evolving tools that have facilitated the annotation of mobile genetic elements (MGEs), enabling the prediction of health risk factors in polluted environments, such as antibiotic resistance genes (ARGs). This study aims to assess the performance of four AI-based plasmid annotation tools (Plasflow, Platon, RFPlasmid, and PlasForest) by employing defined performance parameters for the identification of ARGs in the metagenome of one sediment sample obtained from the Virilla River, Costa Rica. We extracted and sequenced complete DNA from the sample, assembled the metagenome, and then performed the plasmid prediction with each bioinformatic tool, and the ARGs annotation using the Resistance Gene Identifier web portal. Sensitivity, specificity, precision, negative predictive value, accuracy, and F1-score were calculated for each ARGs prediction result of the evaluated plasmidomes. Notably, Platon emerged as the highest performer among the assessed tools, exhibiting exceptional scores. Conversely, Plasflow seems to face difficulties distinguishing between chromosomal and plasmid sequences, while PlasForest has encountered limitations when handling small contigs. RFPlasmid displayed diminished specificity and was outperformed by its taxon-dependent workflow. We recommend the adoption of Platon as the preferred bioinformatic tool for resistome investigations in the taxon-independent environmental metagenomic domain. Meanwhile, RFPlasmid presents a compelling choice for taxon-dependent prediction due to its exclusive incorporation of this approach. We expect that the results of this study serve as a guiding resource in selecting AI-based tools for accurately predicting the plasmidome and its associated genes.
Comparación curvas de calibración para cuantificar plaguicidas por la técnica de cromatografía gaseosa con detector de espectrometría de masas
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2024) Esquivel Hernández, Adriana
Los plaguicidas son compuestos químicos utilizados en agricultura para controlar plagas, clasificados como insecticidas, acaricidas, herbicidas y fungicidas. Su uso puede dañar ecosistemas y causar problemas de salud humana, incluyendo cáncer y trastornos hormonales, debido a su persistencia en el medio ambiente y bioacumulación. La detección de plaguicidas se realiza con técnicas analíticas avanzadas, utilizando materiales de referencia certificados (MRC) y estándares internos (IS) para mejorar la precisión del análisis. Los IS ayudan a compensar variaciones y detectar problemas en el proceso analítico, permitiendo el desarrollo de curvas de calibración que garantizan mediciones más fiables.
Evaluación Ergonómica de las áreas de proceso y producto empacado de una planta de alimentos y recomendaciones de mejora
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2008-12-17) Andrés Jiménez, Carmen; Campos Fumero, Adriana
Se realizó una evaluación ergonómica de los puestos de trabajo del área de proceso y producto empacado. Esta evaluación consistió en la aplicación de herramientas de diagnóstico y análisis y constó de tres partes: la primera parte fue un análisis del historial de lesiones en los puestos de trabajo de interés; la segunda un análisis del estudio de tiempos y movimientos para las líneas de producción y de las materias primas que se manejan en el área de proceso y la tercera, la aplicación de una encuesta ergonómica, una lista de verificación general y diferentes herramientas ergonómicas de análisis. El análisis del historial de lesiones mostró que el área de proceso, Marmitas ha tenido el 50% de las lesiones, Concentrado un 28% y Cocina un 21%. En el área de empaque y entarimado, la línea con mayor cantidad de lesiones ha sido la Bossar 2500 (más del 50%), seguida por Galonera (25%) y ELF (12%). Las líneas que nunca han presentado lesiones importantes son la Automática, Bossar 1600 y Cramsa.
Índice de buen desempeño del sistema de Seguridad y Salud en el Trabajo (Índice ECoTES), resultados de un estudio piloto en seis países de Iberoamérica
(Sociedad Española de Epidemiología, 2024-09) Silva-Peñaherrera, Michael; Astete, Jonh; Cornelio, Cecilia; Gimeno, David; Itatí Iñiguez, María José; Carmenate, Lino; Vives, Alejandra; Rojas, Marianela; Barraza, Douglas; Palomo Cordero, Luis Diego; López, María; Funcasta, Lorena; Orta, Lida; Amable, Marcelo; Benavides, Fernando G.
Resumen del Congreso XLII Reunión Anual de la Sociedad Española de Epidemiología (SEE) de los Roles de la epidemiología ante los nuevos paradigmas en salud
Inland Water Fungi in the Anthropocene: Current and Future Perspectives.
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2021) Grossart, H.; Hassan, E.; Masigol, H.; Arias, M.; Rojas, K.
Fungi and fungi-like organisms (such as oomycetes) are key components of aquatic ecosystems, with parasitic and/or saprophytic lifestyles that influence biodiversity, food web dynamics, and the cycling of organic matter, nutrients, and energy within ecosystems. Yet, they represent an understudied group of aquatic microorganisms, largely neglected by aquatic microbial ecologists. In fact, historically mycology was separated from microbial ecology in all aquatic sciences. Studies of fungi are of great ecological and biotechnological interest because fungi have a large variety of polymer-degrading enzymes and detoxification mechanisms. However, the dramatic increase in the human population worldwide and subsequent increasing urban development and anthropogenic pollution has led to a severe modification of inland waters, with adverse effects on fungi. In this article, we highlight the multiple metabolic capacities and adaptive behavior of aquatic fungi to cope with these rapid environmental changes in the Anthropocene. We provide an overview of emerging topics in the field of aquatic mycology that are, to a great extent, related to the anthropogenic modification of inland waters, in particular emerging pollutants, including microplastics.
Pesticide use in banana plantations in Costa Rica - A review of environmental and human exposure, effects and potential risks.
(Elsevier, 2023) Bruhl, Carsten A.; Arias Andrés, María; Echeverría Sáenz, Silvia; Bundschuh, Mirco; Knabel, Anja; Mena, Freylan; Petschick, Lara L.; Ruepert, Clemens; Stehle. Sebastian
Biodiversity is declining on a global scale. Especially tropical ecosystems, containing most of the planetary biodiversity, are at risk. Agricultural monocrop systems contribute to this decline as they replace original habitats and depend on extensive use of synthetic pesticides that impact ecosystems. In this review we use large-scale banana production for export purposes in Costa Rica as an example for pesticide impacts, as it is in production for over a century and uses pesticides extensively for more than fifty years. We summarise the research on pesticide exposure, effects and risks for aquatic and terrestrial environment, as well as for human health. We show that exposure to pesticides is high and relatively well studied for aquatic systems and humans, but hardly any data are available for the terrestrial compartment including adjacent non target ecosystems such as rainforest fragments. Ecological effects are demonstrated on an organismic level for various aquatic species and processes but are not available at the population and community level. For human health studies exposure evaluation is crucial and recognised effects include various types of cancer and neurobiological dysfunctions particularly in children. With the many synthetic pesticides involved in banana production, the focus on insecticides, revealing highest aquatic risks, and partly herbicides should be extended to fungicides, which are applied aerially over larger areas. The risk assessment and regulation of pesticides so far relies on temperate models and test species and is therefore likely underestimating the risk of pesticide use in tropical ecosystems, with crops such as banana. We highlight further research approaches to improve risk assessment and, in parallel, urge to follow other strategies to reduce pesticides use and especially hazardous substances.
Plaguicidas y Niños: Exposición y Percepción
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2009) Barraza, Douglas; Wesseling,, Catharina
En Costa Rica como en otros países tropicales se usan bolsas impregnadas con clorpirifós para proteger los frutos del banano y del plátano para cumplir con los estándares para exportar. No está claro si el uso de esas bolsas resulta en la exposición ambiental en niños que viven cerca de plantaciones bananeras o de plátano. El objetivo de este estudio fue evaluar la exposición de niños a clorpirifós en comunidades localizadas cerca de plantaciones bananeras o de plátanos en la región de Talamanca, Costa Rica. Se midió el metabolito 3,5,6-trichloro-2-pyridinol (TCP) en orina en niños de 6-9 años de edad en más de una ocasión (N=230). Los niños que participaron fueron de tres comunidades, una comunidad bananera rodeada de plantaciones en la cual se usan las bolsas impregnadas con clorpirifós, una comunidad de pequeños productores de plátano que usan esas bolsas en las plantaciones y una comunidad que produce plátano orgánico sin bolsas impregnadas de clorpirifós. Las concentraciones de TCP fueron significativamente altas en los niños de las comunidades donde se usan las bolsas impregnadas con clorpirifós a saber: en las plantaciones a gran escala y en las plantaciones de pequeños productores. Las diferencias entre niños fueron más grandes para la comunidad de pequeños productores. Sólo en esta comunidad los niños tuvieron niveles estadísticamente significativos más altos que las niñas (p<0.04). Se necesitan medidas de intervención para reducir la exposición a plaguicidas en particular a clorpirifós. Además de los análisis de metabolitos en orina, se examinó la percepción a la exposición a plaguicidas en niños sólo en dos comunidades, la comunidad orgánica no se tomó en cuenta. Mediante la técnica de discusión en grupos focales entre padres y madres de niños entre 7 y 9 años. Para complementar la información obtenida de los grupos focales se realizaron entrevistas a profundidad con actores claves, lo mismo que se hicieron observaciones participativas y no-participativas en las dos comunidades. La percepción sobre el uso de plaguicidas varió entre padres y madres y comunidades. Los padres y actores claves de la comunidad bananera percibieron que los niños están expuestos a plaguicidas principalmente debido a las aplicaciones aéreas. En la comunidad de pequeños productores de plátano tanto padres como madres y actores claves perciben que los niños están expuestos a plaguicidas por trabajar en las plantaciones de plátanos, por no usar un adecuado equipo de protección personal y por lavar la ropa de trabajo con el resto de la ropa. El paquete tecnológico de plaguicidas usado en banano es el mismo que se usa en las plantaciones de plátanos. Las estrategias para reducir la exposición a plaguicidas en Talamanca difieren en ambas comunidades, en la comunidad bananera los sindicalistas proponen mover el pueblo a otro lado mientras que en la comunidad de pequeños productores estrategias más concretas fueron propuestas, incluyendo acceso a la información y a la capacitación en materia de plaguicidas y a métodos alternativos para el control de plagas.
Prenatal pesticide exposure and respiratory health outcomes in the first year of life: Results from the infants’ Environmental Health (ISA) study
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2020-01-29) Mora, Ana Maria; Hoppin, Jane; Cordoba, Leonel; Cano, Juan Camilo; Soto-Martínez, Manuel; Eskenazi, Brenda; Lindh, Christian; van Wendel de Joode, Berna
Background: Growing evidence suggests that pesticide exposure may influence respiratory health, but data in young children are very limited. We examined the association of prenatal pesticide exposure with lower respiratory tract infections (LRTIs) and wheeze at one year of age in children from the Infants' Environmental Health (ISA) study in Costa Rica. Methods: We measured seven pesticide metabolites, including ethylenethiourea (ETU, metabolite of mancozeb), in maternal urine samples collected repeatedly during pregnancy. For each woman, we averaged pesticide concentrations during each half of pregnancy (≤20 and >20 weeks of gestation) and across repeated samples collected over the course of pregnancy. We collected information about LRTIs (n = 355) and wheezing (n = 272) during the first year of life from mothers when their children were 11–19 months old. We fit multivariable logistic regression models using high (quartile 4) vs. low (quartiles 1–3) urinary pesticide concentrations as exposures and adjusted models for maternal age, education, parity, gestational age at birth, and child sex. Results: Ten percent of the children had at least one LRTI and 39% had at least one episode of wheezing during their first year of life. Median (25-75th percentile) specific gravity-corrected urinary ETU concentrations during the first half, second half, and over the course of pregnancy were 3.4 (2.1–5.0), 3.3 (2.2–4.7), and 3.4 (2.4–5.0) ng/mL, respectively. We observed that high urinary ETU concentrations during the first half of pregnancy were associated with increased odds of LRTI (OR = 2.45; 95% CI: 0.96, 6.26), whereas high urinary ETU concentrations during the second half of pregnancy were associated with decreased odds of wheezing (OR = 0.50; 95% CI: 0.26, 0.96). We found that the association between high urinary ETU concentrations during the first half of pregnancy and LRTIs persisted among mother-child pairs with either high or low ETU concentrations during the second half. In contrast, the association of high urinary ETU concentrations during the second half of pregnancy with wheezing was attenuated when we simultaneously adjusted for urinary ETU concentrations during the first half. We observed null associations between other pesticide metabolites measured during pregnancy and respiratory outcomes.
Sensibilidad de Hydra attenuata e Hydra viridis a los plaguicidas diuron y etoprofos, Costa Rica
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2023-09-01) Jones Peñaranda, Caroline; Ugalde, María del Rocío; Jiménez, Katherine; Mena, Freylan; Vargas, Seiling
El objetivo fue determinar cuál de las dos especies de hidras (Hydra attenuata o Hydra viridis) resultaba más sensible a dos plaguicidas, para luego usarla como parte de la batería de organismos de prueba del Laboratorio de Estudios Ecotoxicológicos (ECOTOX). Para esto se utilizaron diluciones de dos de los plaguicidas más comúnmente usados en el cultivo de piña en Costa Rica y detectados en muestras de agua: el herbicida diuron y el insecticida etoprofos. Se realizaron bioensayos de toxicidad con cada una de estas sustancias y con una mezcla de estas. Se registró el estado morfológico de las hidras. Además, se evaluaron la concentración de efecto medio (EC50), la concentración letal media (LC50), y las interacciones de toxicidad según tres posibilidades: antagónica, aditiva o sinérgica. [Resultados] La H. attenuata fue la especie más sensible a ambos plaguicidas, con LC50s de 16,84 mg/L y 103,01 mg/L; y EC50s de 4,24 mg/L y 23,74 mg/L para diuron y etoprofos, respectivamente. Mientras tanto la H. viridis tuvo LC50s de 36,94 mg/L y 103,01 mg/L, con EC50s de 13,64 mg/L y 53,12 mg/L, también para diuron y etoprofos, respectivamente. La exposición a la mezcla de plaguicidas solo causó mortalidad a la H. viridis y tuvo efecto sinérgico en ambas especies. Estos resultados sugieren que la H. attenuata es la especie más apropiada para la evaluación de efectos de plaguicidas, pero se deben realizar más estudios sobre las interacciones de los contaminantes en mezclas, porque estas pueden modificar su toxicidad para diferentes especies.
Short-term exposure to benzalkonium chloride in bacteria from activated sludge alters the community diversity and the antibiotic resistance profile
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2021) Chacón, L.; Arias-Andrés, M.; Mena, F.; Rivera, L.; Hernández, L.; Achi, R.; Garcia, F.; Rojas-Jiménez, K.
La introducción continua de productos de limpieza que contienen cloruro de benzalconio (BAC) procedente de vertidos domésticos puede moldear las comunidades microbianas de las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) de una forma aún poco conocida. En este estudio, realizamos una exposición in vitro de lodos activados de una EDAR de Costa Rica a BAC, cuantificamos los cambios en los perfiles génicos intI1, sul2 y qacE/qacEΔ1, y determinamos alteraciones en la composición de la comunidad bacteriana. El análisis de los datos de qPCR reveló elevadas cargas de genes de resistencia a antibióticos en la comunidad microbiana; tras la exposición a BAC se observó un aumento significativo del gen qacE/qacEΔ1, relacionado con la resistencia al cuaternario de amonio. El análisis de las secuencias del gen 16S rRNA mostró variaciones pronunciadas en la estructura de las comunidades bacterianas, incluyendo una reducción de los valores de diversidad alfa y un aumento de la abundancia relativa de Alphaproteobacteria, particularmente de Rhodospseudomonas y Rhodobacter. Confirmamos que las comunidades microbianas presentaban una alta resiliencia al BAC en la concentración de mg/mL, probablemente debido a la exposición constante a este contaminante. También presentaron genes relacionados con la resistencia a antibióticos con mecanismos similares para tolerar esta sustancia. Estos mecanismos deberían explorarse más a fondo, especialmente en el contexto de un elevado uso de desinfectante.
The influence of depth on the global deep-sea plasmidome
(Scientific Reports, 2025-01-26) Arias- Andrés, Maria; Calderón Osorno, Melany; Cortés, Jorge; Rojas-Villalta, Dorian; Lejzerowicz, Franck; Rojas-Jimenez, Keilor
Plasmids play a crucial role in facilitating genetic exchange and enhancing the adaptability of microbial communities. Despite their importance, environmental plasmids remain understudied, particularly those in fragile and underexplored ecosystems such as the deep-sea. In this paper we implemented a bioinformatics pipeline to study the composition, diversity, and functional attributes of plasmid communities (plasmidome) in 81 deep-sea metagenomes from the Tara and Malaspina expeditions, sampled from the Pacific, Atlantic, and Indian Oceans at depths ranging from 270 to 4005 m. We observed an association between depth and plasmid traits, with the 270–1000 m range (mesopelagic samples) exhibiting the highest number of plasmids and the largest plasmid sizes. Plasmids of Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria were predominant across the oceans, particularly in this depth range, which also showed the highest species diversity and abundance of metabolic pathways, including aromatic compound degradation. Surprisingly, relatively few antibiotic resistance genes were found in the deep-sea ecosystem, with most being found in the mesopelagic layer. These included classes such as beta-lactamase, biocide resistance, and aminoglycosides. Our study also identified the MOBP and MOBQ relaxase families as prevalent across various taxonomic classes. This research underscores the importance of studying the plasmidome independently from the chromosomal context. Our limited understanding of the deep-sea’s microbial ecology, especially its plasmidome, necessitates caution in human activities like mining. Such activities could have unforeseen impacts on this largely unexplored ecosystem.

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