Nanomaterials as carriers of persistent organic pollutantsrisk assessment for the aquatic environment using small invertebrates and model fish

Resumen

La presencia y los efectos de micro- (<5 mm) y nanomateriales (100 nm, NM) en el medio ambiente es un tema de preocupación actual. En sistemas acuáticos que presentan un coctel de químicos debido a la alta presión de la contaminación, los micro- y NMs pueden actuar como esponjas para los contaminantes debido a su alto ratio superficie/volumen y a la hidrofobicidad de su superficie. Este fenómeno puede alterar la biodisponibilidad de los contaminantes presentes en los ecosistemas acuáticos, especialmente para los compuestos hidrófobos, y seguidamente, modular su toxicidad para los organismos acuáticos. Por ello, en la presente tesis los siguientes objetivos fueron establecidos: (1) Evaluar la biodisponibilidad y la toxicidad potencial de nanoplásticos de poliestireno (NPs), y de microplásticos (MPs) solos o con hidrocarburos aromáticos policíclicos ad/absorbidos (HAPs) para la larva de Artemia y el pez cebra; (2) Determinar la capacidad de ad/absorción de HAPs por los MPs y los NMs de óxido de grafeno (GNMs); (3) Evaluar la biodisponibilidad y toxicidad de GNMs solos o con HAPs ad/absorbidos para el pez cebra.La exposición a MPs prístinos no causó ningún impacto significativo en la supervivencia de la larva de Artemia o del embrión de pez cebra, mientras que algunos tratamientos que contenían elevadas concentraciones (mg/L) de MPs con benzo(a)pireno (B(a)P) ad/absorbido y B(a)P sólo resultaron entoxicidad aguda. Además, ambos tamaños de MPs fueron exitosos vectores de B(a)P en larvas de Artemia y embriones de pez cebra. Los resultados indicaron que los MPs pequeños (0.5 ¿m) mostraron una mayor capacidad máxima de ad/absorción de B(a)P que los MPs grandes (4.5 ¿m MPs). Para una mezcla compleja y medioambientalmente relevante de HAPs, como es la formada en la fracción acomodada al agua (WAF) de un petróleo crudo, se observó una ad/absorcíon limitada relativamente a 4.5 ¿m MPs y que dependió de la hidrofobicidad y la concentración inicial de cada HAP. En adultos de pez cebra, los MPs no actuaron como vehículos de HAP después de 21 días de exposición a MPs con HAPs ad/absorbidos. Solo aquellos peces expuestos a MPs durante 21 días presentaron cambios en los niveles de transcripción del gen cyp1a relacionado con el metabolismo de biotransformación en el hígado, junto con un aumento significativo de la prevalencia de la vacuolización del hígado. 21 días de exposición a NPs, pero no a MPs, causó un estrés oxidativo en los adultos de pez cebra. La ingestión de NPs se observó en los organismos en desarrollo (Artemia y pez cebra). En embriones, los NPs fluorescentes se localizaron específicamente en los ojos, saco vitelino y cola, mostrando la capacidad de los mismos para ser internalizados y repartidos en el interior del cuerpo del embrión.Para los GNMs, el óxido de grafeno (GO) presentó una mayor capacidad de ad/absorción de B(a)P que los MPs. Para la mezcla de HAPs del WAF, la ad/absorcíon a GO fue de nuevo mayor que para los MPs. Para los embriones expuestos a diferentes GNMs solos y con HAPs no se obtuvo una mortalidad significativa. Aun así, el ratio de malformaciones aumento significativamente en embriones expuestos a las concentraciones más altas (5 o 10 mg/L) de GO, GO reducido solo o con B(a)P ad/absorbido. De acuerdo con los ensayos químicos en el tejido de pez adulto, la biodisponibilidad de HAP ad/absorbidos a GO para peces fue menor que en los peces expuestos a HAPs solos. Solo se vieron alteradas las respuestas bioquímicas y los genes relacionados con el metabolismo de biotransformación en hígado de pez expuesto a B(a)P durante 3 días. Los niveles de transcripción no se vieron alterados en genes relacionados con el estrés oxidativo. Al contrario, las branquias de pez expuesto a GO con B(a)P ad/absorbido y a B(a)P durante 3 días y co-expuestos a GO y WAF durante 21 días mostraron un aumento significativo del estrés oxidativo respecto a los peces controles. Un efecto neurotóxico se produjo en todos los peces tratados durante 21 días. Finalmente, los peces adultos expuestos a GO presentaron ingestión del mismo y vacuolización del hígado, aun así, no se observó la internalización de GO en los tejidos. Este trabajo mostro evidencias de la capacidad de los MPs con HAPs ad/absorbido para causar daños subletales (1) y para transportar HAPs (2) en Artemia y pez cebra. Finalmente, GO fue un mejor portador de HAPs para pez cebra que los MPs (3) debido a su mayor capacidad de ad/absorción (2), causando estrés oxidativo y neurotóxicidad como los principales daños subletales en adulto de pez cebra.