Microcistinas e Piriproxifem: avaliação de efeitos sobre peixes e desenvolvimento de um sistema de detecção para a Microcistina-LR

Abstract

Resumo: Este trabalho reúne dados sobre a avaliação de baixos níveis de exposição da toxina microcistina-LR (MC-LR) e do pesticida piriproxifem (Py) em peixes juvenis ou em estágios iniciais de desenvolvimento. É apresentada também uma avaliação para o desenvolvimento de um sistema para a detecção de MC-LR. No primeiro capítulo são apresentados e discutidos os resultados dos efeitos isolados de ambas as moléculas através de experimento subcrônico (60 dias) sobre a tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus). No Capítulo II, os resultados referem-se aos estudos dos efeitos de misturas entre os dois compostos sobre os estágios iniciais de desenvolvimento em jundiá Rhamdia quelen, com exposição até 96 h pós-fertilização dos ovos, seguido da aplicação de um modelo matemático para previsão da densidade populacional em longo prazo. No capítulo III são apresentadas algumas estratégias para o desenvolvimento de um sistema biossensor para a detecção de MC-LR, com a utilização de aptâmeros em técnicas com microplaca e ensaios eletroquímicos - voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). O trabalho desenvolvido é justificado pela crescente ocorrência de microcistinas em reservatórios e mananciais, e pelo uso recente do piriproxifem no controle do vetor Aedes aegypti, transmissor de algumas enfermidades como a Dengue, Chikungunya, Zika virus e potencialmente da Febre Amarela. No Capítulo I, após exposição trófica a 6 aplicações de microcistina-LR (MC-LR) (extrato algal ou padrão comercial) (0.04, 0.4 e 4 ?g.kg-1.dia-1) ou exposição hídrica ao piriproxifem (0,3 e 2 ?g.L-1), os resultados indicaram que os animais nessas concentrações não são afetados quanto ao seu padrão geral de saúde. No entanto, quando expostos ao extrato algal foi detectado um aumento significativo na expressão da proteína vitelogenina (vtg) em machos e uma variação menor nos níveis de atividade da acetilcolinesterase no músculo, nos animais expostos à maior dose do padrão da MC-LR. No Capítulo II foi avaliada a exposição isolada e conjunta sobre os estágios iniciais do desenvolvimento de R. quelen expostos ao extrato algal (1, 10 e 100 ?g.L-1) e piriproxifem (0,10 a 2,44 ?g.L-1). Os resultados indicaram redução da taxa de sobrevivência e deformidades para os grupos de 10 ?g.L-1 de MC-LR e 0,10 ?g.L-1 de Py bem como para algumas das combinações consideradas. Houve ainda previsão de redução populacional através do modelo matemático destacando efeitos de sinergismo e antagonismo com as misturas. Finalmente, no Capítulo III, os testes em microplacas não se mostraram viáveis (baixa fluorescência e formato sanduíche inadequado para a detecção da MC-LR) e nos testes eletroquímicos, após vários ajustes nos protocolos e uma alteração na constituição dos dispositivos, os resultados se mostraram promissores, mas estudos posteriores são necessários com o intuito de confirmar esses resultados. Em conjunto, os dados apresentados nesse estudo foram evidentes ao destacar que os efeitos em níveis baixos de exposição à MC-LR e piriproxifem dependem do estágio do ciclo de vida da espécie. O protótipo de sistema de detecção ainda precisa ser aprimorado e validado, mas promete ser um biossensor sensível e específico, barato, reciclável e com potencial de ser aplicado em campo. Palavras-Chave: Microcistina-LR. Piriproxifem. Desregulação Endócrina. Biomarcadores. Biossensor. Oreochromus niloticus. Rhamdia quelen.

Abstract: This work assembles data on the evaluation of low levels of exposure of microcystin-LR toxin (MC-LR) and pesticide pyriproxyfen (Py) in juvenile fish or in early stages of development. An evaluation is also presented for the development of a system for the detection of MC-LR. In the first chapter the results of the isolated effects of both molecules through subchronic experiment (60 days) on Nile tilapia (Oreochromis niloticus) are presented and discussed. In Chapter II, the results refer to the studies of the effects of mixtures between the two compounds on the initial stages of development in jundiá Rhamdia quelen, with exposure up to 96 h after fertilization of the eggs, followed by the application of a mathematical model for prediction population density in the long term. In chapter III some strategies for the development of a biosensor system for the detection of MC-LR are presented, with the use of aptamers in techniques with microplate and electrochemical tests - cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The work developed is justified by the increasing occurrence of microcystins in reservoirs and springs, and by the recent use of pyriproxyfen in the control of the Aedes aegypti vector, which transmits some diseases such as Dengue, Chikungunya, Zika virus and potentially Yellow Fever. In Chapter I, after trophic exposure to 6 applications of microcystin-LR (MC-LR) (algal extract or commercial standard) (0.04, 0.4 and 4 ?g kg-1dia-1) or water exposure to pyriproxyfen (0.3 and 2 ?g L-1), the results indicated that animals at these concentrations are unaffected as to their overall health pattern. However, when exposed to algal extract, a significant increase in vitelogenin (vtg) protein expression was detected in males and a lower variation in the levels of acetylcholinesterase activity in the muscle, in the animals exposed to the higher dose of the MC-LR standard. In Chapter II, the isolated and joint exposure on the initial stages of development of R. quelen exposed to the algal extract (1, 10 and 100 ?g L-1) and pyriproxyfen (0.10 to 2.44 ?g L-1). The results indicated reduction of survival rate and deformities for the 10 ?g.L-1 MC-LR and 0.10 ?g L-1 groups of Py as well as for some of the combinations considered. There was also prediction of population reduction through the mathematical model highlighting effects of synergism and antagonism with the mixtures. Finally, in Chapter III, the microplate tests were not viable (low fluorescence and inadequate sandwich format for the detection of MC-LR) and in the electrochemical tests, after several adjustments in the protocols and a change in the constitution of the devices, the results were showed promising, but further studies are needed to confirm these results. Taken together, the data presented in this study were evident in highlighting that the effects on low levels of exposure to MC-LR and pyriproxyfen depend on the stage of the life cycle of the species. The prototype detection system still needs to be improved and validated, but it promises to be a sensitive, specific, inexpensive, recyclable biosensor with the potential to be applied in the field. Keywords: Microcystin-LR. Pyriproxyfen. Endocrine Disruption. Biomarkers. Biosensor. Oreochromus niloticus, Rhamdia quelen.