Estudios de estrés oxidativo y cambios de ultraestructura provocados por el cromo hexavalente en Euglena gracilis (Euglenophyta)

• Autores: Rocchetta, Iara
• Año de publicación: 2005
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Conforti, Visitación Teresa Dora; Ríos de Molina, María del Carmen
• Materia: EUGLENA GRACILIS; BIOENSAYOS; METALES PESADOS; ESTRES OXIDATIVO; CROMO HEXAVALENTE; TOXICIDAD; ALGAS; BIOASSAYS; HEAVY METALS; OXIDATIVE STRESS; HEXAVALENT CHROMIUM; TOXICITY; ALGAE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Euglena gracilis por sus características de desarrollo y crecimiento in vitro, constituye un excelente material de estudio para analizar como actúan diferentes tóxicos sobre las células vivas. Una de las respuestas más comunes de los organismos antes de iniciarse el proceso de muerte celular, es la aparición del llamado estrés oxidativo. El cromo hexavalente es un contaminante ambiental cuyos efectos citotóxicos en animales y vegetales están documentados tanto por datos epimediológicos como experimentales. Trabajos previos revelaron una mayor resistencia a este metal por parte de una cepa de Euglena gracilis denominada MAT, por haber sido aislada del río Matanza (río altamente contaminado de la provincia de Bs.As.), al compararla con otra proveniente de cepario (UTEX 753). Sobre la base de estos conocimientos se decidió iniciar estudios que puedan esclarecer el mecanismo de acción del cromo sobre estos microorganismos, su relación con el estrés oxidativo y tratar de encontrar una explicación a las diferencias observadas entre ambas cepas. Para ello se realizaron experiencias de toxicidad con ellas, crecidas en condiciones tanto autotróficas como heterotróficas y sometidas a diferentes concentraciones de cromo. Se determinaron diferentes parámetros metabólicos, entre ellos se evaluaron las defensas antioxidantes, la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), la oxidación de lípidos y la variación en la composición de ácidos grasos. Se estudiaron también cambios en la actividad respiratoria y fotosintética. Para evaluar las posibles alteraciones morfológicas provocadas por el metal, se analizaron cambios ultraestructurales con microscopía de transmisión y analizador con rayos X. De los resultados obtenidos se puede decir que sólo con las concentraciones más elevadas de tóxico, las cuales no son habituales en la naturaleza, los índices de peroxidación lipídica fueron muy elevados. A pesar de observarse un aumento importante en la actividad antioxidante con el tratamiento, se observaron también alteraciones en la actividad respiratoria y fotosintética, junto con un aumento en la cantidad de ROS. Se pudo detectar la activación de una fosfolipasa C, relacionada con el sistema de transducción de señales. Estudios de ultraestructura revelaron la fragmentación del núcleo, la aparición de vacuolas con membranelas y estructuras electrodensas en su interior y un gran daño en los cloroplastos, siendo estos últimos los más afectados. Estas alteraciones se pudieron correlacionar con la disminución de los ácidos grasos involucrados con la actividad fotosintética (ac. linolénico). De todo lo observado se pudo confirmar que el cromo hexavalente provoca estrés oxidativo en las células de E. gracilis, independientemente de la condición de cultivo. Se observaron diferencias metabólicas de acuerdo a las condiciones de crecimiento. Las mayores diferencias entre las cepas MAT y UTEX radicaron en que la primera mostró un mecanismo de defensa antioxidante más eficiente, resultando la enzima superóxido dismutasa (SOD) la más remarcable, entre otras proteínas. Los estudios con rayos X revelaron la presencia de determinados elementos en la cepa MAT, de lo cual se podría inferir el uso de fosfatos como quelante del ión metálico y la producción de proteínas ricas en azufre como metalotioneínas, formando parte del sistema de defensa celular.
Euglena gracilis is an excellent organism for toxicity studies because of its easy growth in vitro and particular characteristics. Oxidative stress happens when the antioxidant defenses are not enough to counteract the effect of a toxic compound. Hexavalent chromium is an environmental pollutant which cytotoxic effects in plants and animals are well documented by epidemiological and experimental studies. Previous works showed a higher resistance in heavy metal treatments using a strain of Euglena gracilis (strain MAT) isolated from a highly polluted river (River Matanza, Bs.As.) in compared with one from a Culture Collection (UTEX 753). Based on this information, it was decided to study in more details the mechanism of the hexavalent chromium toxicity, its relation with oxidative stress and clarify the differences found in both strains. Toxicity studies were carried out, with both strains, growth in autotrophic and heterotrophic conditions, in presence of different chromium concentrations. The effect of hexavalent chromium was evaluated on the antioxidant defenses, reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation and the fatty acid composition. Photosynthetic and respiration activities were measured, and ultrastructural changes were observed by electronic microscopy with X microanalysis. Despite of the major antioxidant enzyme activities, the lipid peroxidation values were too high. Besides, the respiration and the photosynthesis were damaged by a high ROS amount. It was detected an increase in the phospholipase C (PLC) activity with the treatment related with an activation of a cell signal pathway. Ultrastructural studies showed a nucleus fragmentation, an increase in the number of vacuoles with dense inclusions and a great damage in chloroplasts. These changes were correlated with the fatty acid variation, specially, those related with the photosynthetic structures (linolenic acid). We can conclude that hexavalent chromium produce oxidative stress in E. gracilis, independently of the growth condition. Metabolic changes were observed depending on the culture conditions. The most important differences between both strains, MAT and UTEX, were that one isolated from a highly polluted river showed a more efficient antioxidant defense mechanism, being more remarkable between other proteins, the superoxide dismutase (SOD) activity. X ray analysis showed some elements presence in MAT strain suggesting the use of phosphates as ion metal quencher and the metallo-proteins production as a part of its defense mechanism.
Fil: Rocchetta, Iara. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.