Fitorremediação previne a acumulação e toxicidade de ciprofloxacina em peixe neotropical

Abstract

Resumo: Ciprofloxacina é um antibimicrobiano comumente encontrado nos ecossistemas aquáticos. Embora sua toxicidade tenha sido atestada para algumas espécies de diferentes níveis tróficos, existem poucas tecnologias disponíveis para sua remoção de águas contaminadas, as quais apresentam custo elevado e demandam por capacidade técnica especializada. Neste trabalho, objetivou-se avaliar a toxicidade do antimicrobiano, bem como, propor um sistema de remediação utilizando macrófitas aquáticas para remoção de ciprofloxacina da água. Para tal, o efeito do antimicrobiano em peixes Rhamdia quelen e o potencial fitorremediador de duas macrófitas aquáticas (Salvinia molesta e Egeria densa) foram inicialmente investigados. Finalmente, a qualidade da água tratada com plantas para a remoção do antimicrobiano foi avaliada. Para avaliar a toxicidade, após exposição por 96h a concentrações de 0 (Controle), 1, 10 e 100 µg.L-1 de ciprofloxacina, os peixes foram anestesiados e o sangue foi coletado para análises hematológicas e de genotoxicidade. Posterior à eutanásia, brânquias, fígado e rim posterior foram coletados para as análises de biomarcardores de genotoxicidade, bioquímicos e histopatológicos. Para a avaliação do potencial fitorremediador de ciprofloxacina, as macrófitas aquáticas Salvinia molesta e Egeria densa foram expostas por até l68h às mesmas concentrações utilizadas nos bioensaios de toxicidade com os peixes. Finalmente, a água contaminada com 0, 1 e 10 µg.L-1 de ciprofloxacina foi tratada por 96h com S. molesta e os efeitos sobre biomarcadores em R. quelen foram comparados com aqueles observados em peixes expostos a águas contaminadas com ciprofloxacina, porém, sem tratamento com plantas. A quantificação de ciprofloxacina nos músculos dos peixes foi realizada para avaliar a bioacumulação e possíveis riscos para a saúde humana. Nos peixes, a exposição à ciprofloxacina foi genotóxica em todos os tecidos analisados quando comparados ao grupo controle. Quando expostos a lOO µg.L-1, observou-se redução dos biomarcadores hematológicos, indução do sistema antioxidante em fígado e rim posterior, além do aumento da atividade da glutationa-S-transferase e glutationa peroxidase em brânquias. Foram observados danos histopatológicos em brânquias, fígado e rim posterior. Em S. molesta e E. densa, ciprofloxacina reduziu a atividade dos complexos mitocondriais, bem como a fotossíntese das plantas, entretanto, sem causar mortes ou injúrias visíveis. As concentrações de peróxido de hidrogênio e a atividade do sistema antioxidante aumentaram, embora sem aumento de lipoperoxidação. Após l68 horas, S. molesta e E. densa removeram cerca de 67% a 93% de ciprofloxacina, atestando os seus potenciais fitorremediadores. Por fim, o tratamento de água contaminada por ciprofloxacina com plantas da espécie S. molesta, além de prevenir os efeitos deletérios, reduziu o acúmulo do antimicrobiano nos peixes, o que contribui para a não-geração de riscos para a saúde humana. Além de relatar o potencial tóxico da ciprofloxacina à organismos não-alvo, o estudo demonstrou que o tratamento de águas contaminadas utilizando macrófitas aquáticas é eficiente na prevenção de danos ambientais e para a saúde humana.

Abstract: Ciprofloxacin is an antimicrobial commonly found in aquatic ecosystems. Although ciprofloxacin toxicity has been observed in species from different trophic levels, there are few technologies available for its removal from contaminated waters. These technologies are often expensive and demand for specialized technical capacity. Here we aimed to evaluate the ciprofloxacin's toxicity, as well as, to propose a biological remediation system based on aquatic macrophytes to remove ciprofloxacin from water. Firstly, the effects of ciprofloxacin on Rhamdia quelen fish, and the ciprofloxacinphytoremediation potential of two aquatic macrophytes (Salvinia molesta and Egeria densa) were investigated. Then, the quality of water treated with plants for antimicrobial removal was evaluated. To assess the antibimicrobial toxicity, after 96h-exposure to increasing ciprofloxacin concentrations (0, 1, 10 and 100 µg.Cipro.L-1), fish were anesthetized and blood was collected for hematological and genotoxicity analyses. After euthanasia, gills, liver and posterior kidney were collected for genotoxicity, biochemical and histopathological biomarkers. To evaluate the ciprofloxacin-phytoremediator potential, two aquatic macrophytes Salvinia molesta and Egeria densa were exposed for up to 168h to increasing ciprofloxacin concentrations (0, 1, 10 and 100 µg.Cipro.L-1). Finally, water contaminated with 0, 1 and 10 µg.L-1 of ciprofloxacin was treated for 96h with S. molesta plants and its effects on R. quelen were compared with those observed in fish exposed to waters also contaminated with ciprofloxacin, however, without the plant's treatment. Ciprofloxacin quantification in fish muscles was performed to assess bioaccumulation and possible risks to human health. In fish, ciprofloxacin exposure was genotoxic in all analyzed tissues when compared to the control group. When exposed to 100 µg.L-1, there was a reduction in hematocrit, number of red blood cells and leukocytes, induction of the antioxidant system activity in the liver and posterior kidney, in addition to increased activity of glutathione-S-transferase and glutathione peroxidase in gills. Histopathological damage was observed in gills, liver and posterior kidney. In S. molesta and E. densa, ciprofloxacin reduced the activities of mitochondrial complexes, as well as photosynthesis of plants, however, without causing deaths or visual injuries. Hydrogen peroxide concentrations and antioxidant system activity increased, however, without increased lipoperoxidation. After 168 hours, S. molesta and E. densa removed about 67% to 93% of ciprofloxacin from contaminated water, attesting to their phytoremediator potential. Finally, the treatment of water contaminated by ciprofloxacin with plants of the species S. molesta, in addition to preventing the ciprofloxacin-deleterious effects, reduced its accumulation in fish, assuring no risks human health. In addition to reporting the ciprofloxacin toxicity to non-target organisms, this study demonstrated that the treatment of contaminated waters using aquatic macrophytes, aiming at the removal of antimicrobials, prevents risks to the environment and human health.