Identificação dos efeitos toxicológicos da coexposição de nanopartículas de prata e glifosato para o microcrustáceo Daphnia magna

Abstract

O glifosato (Gly) e as nanopartículas metálicas estão coexistindo no ambiente devido à sua demanda e uso na agricultura e nas indústrias. No entanto, os efeitos dessas combinações no ambiente e na biota não são totalmente compreendidos. O objetivo deste trabalho foi identificar os possíveis efeitos toxicológicos em níveis agudos, bem como, em níveis crônicos multigeracionais da mistura binária (MR) de nanopartículas de prata (AgNP) com glifosato (Gly) em D. magna. A metodologia de Abbott foi utilizada na análise das possíveis interações agudas. O estresse oxidativo induzido pela MR de AgNP/Gly, em termos de Unidade Tóxica (UT), foi avaliado para o nível de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs) e MDA. Foi avaliada também a atividade das enzimas antioxidantes Catalase (CAT), Superóxido Dismutase (SOD) e Glutationa (GSH) em 0, 1,5, 1 e 1,75 UT. Nos testes crônicos foram avaliados, após 21 dias, os parâmetros de sobrevivência, crescimento, reprodução e idade da primeira ninhada, para os indivíduos parentais, e descendentes expostos (F1E) e não expostos (recuperação) (F1NE). Já para os indivíduos tratados com a MR, os contaminantes testados individualmente foram utilizados em suas maiores e menores concentrações dos crônicos individuais. A MR de AgNP/Gly, em nível agudo, apresentou efeito antagônico em 1, 1,5 e 1,75 UT e efeito aditivo em 0,25, 0,50 e 2 UT, resultados possivelmente associados à complexação da AgNP pelo Gly. Houve desregulação dos biomarcadores bioquímicos relacionados ao sistema de defesa antioxidante nas D. magna expostas aos tratamentos, cujas enzimas antioxidantes avaliadas CAT, SOD e GSH não foram capazes de modular a produção de EROs, resultando em estresse oxidativo e danos por peroxidação lipídica. Efeitos crônicos multigeracionais referentes aos parâmetros reprodução e idade da primeira ninhada foram observados nos descendentes dos compostos individuais, não havendo recuperação para F1E e F1NE. Nos organismos expostos a MR, ocorreu alteração relevante na idade da primeira ninhada, com atraso em todos os tratamentos para F1E e F1NE. Houve alteração significativa (p <0,05) no parâmetro reprodução, com forte redução para os parentais, F1E e F1NE, indicando uma maior toxicidade do que os compostos isoladamente, sendo cumulativa e prejudicial ao equilíbrio ambiental com o tempo. Embora os resultados nos ensaios agudos não tenham fornecido evidências claras acerca da interação entre AgNP e Gly, os ensaios crônicos multigeracionais com MR resultaram em uma toxicidade combinada inesperada em relação aos tratamentos individuais, o que gera uma preocupação para esta coexposição em outros cenários. Portanto, apesar do tempo de exposição e dose serem variáveis a serem consideradas, o modo de ação das misturas nos organismos ainda carece de respostas. Contudo, este estudo traz resultados relevantes para futuras pesquisas.

Abstract: Glyphosate (Gly) and metallic nanoparticles are coexisting in the environment due to their demand and use in agriculture and industry. However, the effects of these combinations on the environment and biota are not fully understood. This work aims to identify the possible toxicological effects at acute levels, as well as at chronic multigenerational levels of the binary mixture (MR) of silver nanoparticles (AgNP) with glyphosate (Gly) in D. magna. We used Abbott's method to analyze possible acute interactions. The oxidative stress induced by the AgNP/Gly binary mixture, regarding the Toxic Unit (TU), it was evaluated for the level of Reactive Oxygen Species (ROS) and MDA. We also evaluated the activity of the antioxidant enzymes named Catalase (CAT), Superoxide Dismutase (SOD) and Glutathione (GSH) at 0, 1.5, 1 and 1.75 UT. In the chronic tests, we evaluated, after 21 days, the parameters of survival, growth, reproduction and age of the first brood for parental individuals, and exposed (F1E) and unexposed (recovery) (F1NE). For individuals fed with MR, the contaminants tested individually were used in their highest and lowest concentrations of the individual chronic ones. The binary AgNP/Gly mixture, at an acute level, presented an antagonistic effect in 1, 1.5 and 1.75 TU and an additive effect in 0.25, 0.50 and 2 TU, results possibly associated to the complexation of AgNP by Gly. There was deregulation of the biochemical biomarkers related to the antioxidant defense system in D. magna exposed to treatments, whose antioxidant enzymes evaluated CAT, SOD and GSH were not able to modulate the production of ROS, resulting in oxidative stress and damage by lipid peroxidation. We observed the chronic multigenerational effects related to the parameters of reproduction and age of the first brood in the descendants of the individual compounds, with no recovery for F1E and F1NE. There was a relevant change in the age of the first litter in organisms exposed to MR, with delay in all treatments for F1E and F1NE. There was a significant change (p <0.05) in the reproduction parameter, with a strong reduction for the parental F1E and F1NE, which indicates more toxicity than the compounds alone, being cumulative and harmful to the environmental balance over time. Although the results in the acute tests did not provide clear evidence about the interaction between AgNP and Gly, chronic multigenerational tests with MR resulted in unexpected combined toxicity compared to individual treatments. This raises a concern for this coexposure in other settings. Therefore, although exposure time and dose are variables to be considered, the action mode of mixtures in organisms still needs answers. However, this study brings relevant results for future researches.