Biomarcadores de contaminação para previsão de risco ecológico: fatos e

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1 XI Congresso Brasileiro de Ecotoxicologia Biomarcadores de contaminação para previsão de risco ecológico: fatos e mitos Paulo S. M. Carvalho Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Toxicologia i Aquática INCT-TA TA - CNPq Universidade Federal de Pernambuco Centro de Ciências Biológicas Departamento de zoologia CONTAMINANTE QUÍMICO Molecular Bioquímica Célula Órgão/Tecido Um desafio conceitual dentro da Ecotoxicologia Biomarcadores PODEM SER USADOS PARA PREVER E/OU GERAR EVIDÊNCIAS? Indivíduo População Comunidade Ecossistema Bioindicadores Efeitos ecologicamente relevantes 1

2 BIOMARCADORES EVIDÊNCIAS QUE LIGAM O SUPOSTO CRIMINOSO AO CRIME INACEITÁVEL CAUSA química EFEITO populacional??? CaMgATPase Ca+2 fecundidade baixa declínio populacional Ovos de casca fina - Ca DDE Dicloro-difenil -dicloro-etano DDT Dicloro-difenil -tricloro-etano Índice da espessura (Peso da casca/ compto.x largura) BIOMARCADOR MORFOLÓGICO EVIDÊNCIA CHAVE EFEITOS POPULACIONAIS falcão peregrino na Inglaterra Casca fina Normal Fonte: Principles of Ecotoxicology. 2 nd Edition. Walker, Hopkin, Sibly and Peakall Introdução do DDT 2

3 Tamanho populacional Falcão peregrino - UK Restrições ao uso do DDT e organoclorados ciclodienos declínio populacional e recuperação Introdução do DDT Fonte: Principles of Ecotoxicology. 2 nd Edition. Walker, Hopkin, Sibly and Peakall Great Lakes Embryo Mortality and Edema Syndrome (GLEMEDS) CAUSA QUÍMICA??????????? 3

4 AMOSTRA DOS COMPOSTOS BIOACUMULADOS NO CAMPO EXTRAÇÃO DOS CONTAMINANTES SELETIVA LABORATORIO ORGANISMO INTEIRO OU TECIDO ISOLADO Extrato bruto dos contaminantes semelhantes a dioxina 7-Ethoxyresorufin Resorufin Expostas a DILUIÇÕES do EXTRATO de OVOS Bioensaio in vitro com células H4IIE EROD Activity Atividade da enzima EROD EC 50 C 2 H 5 O O N O HO 7-Ethoxyresorufin-O-deethylase (CYP1A) 7-Ethoxyresorufin- O-deethylase (CYP1A1) EROD Reaction O N O Concentração Tissue Extract do extrato de ovos DETERMINAÇÃO FLUORIMÉTRICA DA ATIVIDADE da enzima P4501A (EROD) compostos com mecanismo de ação semelhante às dioxinas SÃO RESPONSÁVEIS PELOS EFEITOS NOS EMBRIÕES BIOMARCADOR BIOQUÍMICO - CHAVE ECOLOGIA DE CAMPO Ovos da ave cormorão coletados em colônias com diferentes graus de contaminação BIOQUÍMICA EM LABORATÓRIO Pg TCDD/ grama de ovo 4

5 Biomarcadores suborganísmicos comportamentais DESVENDANDO O QUE OCORRE NA CAIXA PRETA A NIVEL DE INDIVIDUOS Exposição química EFEITO BIOLÓGICO comportamental ORGANISMO COMPORTAMENTO ATIVIDADES OBSERVÁVEIS BEM DEFINIDAS SISTEMANERVOSO CENTRAL QUANTIFICÁVEIS CONTAMINANTE QUÍMICO base dos Mecanismos ecológicos Diretamente relacionadas à parâmetros ecológicos populacionais fundamentais SOBREVIVÊNCIA, CRESCIMENTO E REPRODUÇÃO FUGIR COMER e PROCRIAR... MUDANÇA MAL-ADAPTATIVA? 5

6 UMA QUESTÃO ECOLOGICAMENTE RELEVANTE Contaminantes podem afetar habilidades natatórias e Sensoriais (visão) e afetar negativamente a capacidade de captura de presas, fuga de predadores e crescimento? Presa não detectada Presa detectada Campo visual baseado na acuidade visual e no tamanho da presa ou predador Como quantificar Natação e interações predador-presa? Aquisição de videos digitais para análise comportamental 96 well plate 0.8 cm diameter 6 well plate 3 cm diameter 8 x 6 cm 16 x 12 cm 24 x 18 cm 6

7 Parâmetros para medir a função visual Ângulo de acuidade Distância de Reação Distância máxima em que um objeto (de tamanho específico) pode estar do observador e ainda ser detectável. alfa VISÃO RUIM DR VISÃO BOA alfa DR DR = D/2TAN(α/2)π/180 Um MECANISMO ECOLÓGICO Modelo de Alimentação VOLUME SEARCHED (Blaxter & Staines, 1971) Volume de busca da presa = Área de Reação a presa x velocidade de natação Não detectado DR detectado DR 7

8 Biomarcador suborganísmico inibição da Colinesterase Previsão de efeitos comportamentais ecologicamente relevantes? Previsão de efeitos POPULACIONAIS ecologicamente relevantes? Inibição da Atividade da Acetilcolinesterase por carbofuran em larvas de tilápia do nilo 700 Acetilcolina liberada neurotransmissor Acetylcholinesteras se activity (nmol.min -1 mg pro otein -1 ) Potencial de ação Impulso nervoso Gerado Carbofuran concentration (µg/l) 8

9 alfa RD1 Acuidade visual 7 6 rees) Visual acuity (degr Carbofuran concentration (µg.l -1 ) Effects of carbofuran exposure on tilapia Oreochromis niloticus larvae visual acuity (median, 25% and 75% quartiles) Swimming speed (c cm.s -1 ) Atividade natatória (velocidade de natação) Carbofuran water concentration (µg.l -1 ) Effects of carbofuran exposure on tilapia Oreochromis niloticus larvae swimming speed (mean ± standard deviation). 9

10 NATAÇÃO VISÃO DETECÇÃO presas exposto controle Carbofuran Visual Swimming Prey Reaction Reaction Search concentration Acuity speed total length distance area volume (µg/l ) (degrees) (cm/s) (mm) (cm) (cm 2 ) (L/s) Control Iniciativa para se alimentar Número de ataques das tilapias expostas ao carbofuran em direção a presas modelo mber of tilapia larvae acks on Daphnia Nu atta Carbofuran concentration (µg.l -1 ) 10

11 Teste de fuga de predador 1presa exposta Versus 1predador Número de ataques para capturar Habilidade de fugir do predador Ataques do predador modelo necessarios para capturar uma tilapia exposta ao carbofuran Number of predato or attacks on tilapia Carbofuran concentration (µg.l -1 ) 11

12 Incremento em peso (crescimento) Tilapia weight gain after ex xposure (g) Carbofuran concentration (µg.l -1 ) carbofuran AChe?? Linha lateral + natação visão olfato Menor eficiência de Captura de presas Menor crescimento Menor eficiência de Fuga de predadores Maior mortalidade 12

13 Biomarcadores de contaminação são extremamente úteis para a previsão de risco ecológico Obrigado! 13