Generational effects of priority emerging pollutants

Resumen

Os ecossistemas aquáticos enfrentam continuamente pressões impostas pelas atividades humanas, em especial as associadas à contaminação química. Nos últimos anos, a comunidade científica tem vindo a ganhar cada vez mais interesse pelos compostos farmacologicamente ativos (PhAC) como contaminantes de preocupação emergente. Este interesse resulta da potente bioatividade destes compostos, mesmo em concentrações extremamente baixas, bem como do desenvolvimento de técnicas analíticas altamente sensíveis que permitiram uma melhor deteção de PhACs em amostras ambientais em todo o mundo. Por conseguinte, embora se acreditasse anteriormente que as suas baixas concentrações ambientais constituíam uma ameaça reduzida para os organismos não-alvo, os PhACs são agora reconhecidos pela sua preocupação ambiental a longo prazo. Apesar do número crescente de estudos que avaliam os efeitos a curto prazo dos PhACs, há uma necessidade urgente de melhorar as metodologias habitualmente utilizadas na área da toxicologia ambiental. Os bioensaios a curto prazo, que utilizam maioritariamente concentrações elevadas de PhACs, têm uma relevância ambiental limitada. Consequentemente, estes ensaios ecotoxicológicos frequentemente subestimam as potenciais ameaças que os PhAC representam para os organismos vivos. Dado que as populações naturais estão continuamente expostas a baixas concentrações de PhACs ao longo de todo o seu ciclo de vida, a utilização de bioensaios a longo prazo é crucial para obter uma avaliação mais realista do risco associado. No entanto, na maioria dos casos, este tipo de dados não está disponível para os PhAC. Contudo, Os bioensaios a longo prazo permitem investigar um aspeto fundamental dos PhACs, enquanto compostos bioativos, nomeadamente o seu modo de ação (MoA) em organismos não-alvo. Além disso, ao utilizar análises multiparamétricas que abrangem vários níveis de organização biológica, é possível avaliar as vias de sinalização afetadas por exposições prolongadas a este tipo de compostos e estabelecer ligações entre o seu MoA e os efeitos observados a nível apical. Para dar resposta a esta necessidade, esta tese centrou-se nos efeitos de três fármacos amplamente utilizados e frequentemente detetados em águas superficiais: sinvastatina (SIM), metformina (MET) e naproxeno (NPX), utilizando o peixe-zebra (Danio rerio) como organismo modelo. Foi efetuada uma exposição de ciclo de vida parcial com SIM e exposições geracionais com NPX e MET (uma exposição geracional completa e uma exposição intergeracional, respetivamente) utilizando concentrações ambientalmente relevantes de cada PhAC. Foram avaliadas diferentes fases de desenvolvimento do peixe-zebra, utilizando uma abordagem multidisciplinar que permitiu a avaliação de vários níveis de organização biológica. Avaliaram-se a expressão génica (qRT-PCR e RNA-seq), biomarcadores do conteúdo lipídico (colesterol e triglicéridos), histopatologia, sobrevivênciacrescimento e capacidade reprodutiva. Em conjunto, estas análises permitiram realizar uma melhor avaliação da natureza bioativa dos PhACs estudados, ligando as principais respostas biológicas ao seu MoA. Nesta tese, são fornecidos dados valiosos para preencher as lacunas existentes sobre os efeitos a longo prazo destes PhACs. Foi determinado que, mesmo em concentrações ambientalmente relevantes, os PhACs SIM, MET e NPX induziram consistentemente efeitos adversos em várias funções biológicas do peixe-zebra, incluindo a homeostase dos lípidos/carboidratos, metabolismo energético do cérebro e fígado, crescimento e reprodução. Além disso, as análises moleculares efetuadas forneceram evidências de que a MET e o NPX podem atuar como disruptores endócrinos (EDCs), interferindo com a biossíntese de hormonas esteroides, a concentrações da ordem dos ng/L. A análise de RNA-seq realizada também indicou a perturbação da maquinaria epigenética do peixe-zebra, sugerindo que a exposição a estes PhACs pode ter impactos profundos na estrutura da população ao longo das gerações. Por último, foram frequentemente observadas curvas dose-resposta nãomonotónicas (NMDRC), algo que desafia as relações dose-resposta convencionais em ecotoxicologia. Por conseguinte, é crucial efetuar bioensaios a longo prazo com concentrações ambientais de PhACs para determinar níveis seguros de exposição. Curiosamente, nenhum dos estudos apresentados nesta tese foi capaz de determinar uma Concentração de Efeito Não Observado (NOEC) para os PhACs selecionados, uma vez que todas as concentrações mais baixas testadas (8 ng/L para SIM, 390 ng/L para MET e 100 ng/L para NPX) afetaram negativamente o peixe-zebra, mesmo ao nível apical. De facto, as concentrações ambientalmente relevantes dos PhACs aqui analisados, que induziram efeitos adversos dignos de nota, são várias ordens de grandeza inferiores às atuais concentrações sem efeitos previsto (PNEC) e às normas de qualidade ambiental (EQS) utilizadas na avaliação dos riscos ambientais para estes PhACs. Assim, os resultados desta tese mostram que os riscos toxicológicos dos PhACs selecionados podem ser subestimados se se usarem os PNECs/EQS atuais pelo que se sugere a sua revisão. Em conjunto, estas conclusões sublinham a necessidade de efetuar avaliações a longo prazo, especialmente no contexto de efeitos geracionais e/ou multi/transgeracionais, centradas em concentrações ambientalmente relevantes de PhACs. Esta abordagem é crucial para avaliar com maior exatidão os efeitos nos organismos não-alvo e a extensão dos riscos toxicológicos para os ecossistemas aquáticos. Propõe-se, por conseguinte, que as agências reguladoras privilegiem estratégias de avaliação da toxicidade a longo prazo, estabelecendo regulamentos para a realização de ensaios biológicos adequados para os PhACs, a fim de garantir uma avaliação dos seus impactos nos ecossistemas considerando cenários mais realistas.