Evaluación ecotoxicológica de poblaciones naturales y de cultivo de Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae) expuestas a arsénico

• Autores: González Núñez, Ayelén Anahí
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Ossana, Natalia Alejandra; Túnez, Juan Ignacio
• Materia: C. DECEMMACULATUS; ARSENICO; GLIFOSATO; CL50-96 h; BIOMARCADORES; GENOTOXICIDAD; HISTOLOGIA; ESTRES OXIDATIVO; METABOLISMO INTERMEDIARIO; RIO LUJAN
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El arsénico (As) es un elemento ubicuo en la superficie terrestre, presente en concentraciones elevadas en algunas regiones, representando, debido a su toxicidad, un problema significativo tanto para la biota como para las poblaciones humanas. Su origen es principalmente natural, aunque un porcentaje de su presencia proviene de fuentes antropogénicas como la minería, las industrias, y el uso de plaguicidas y fertilizantes. En Argentina, las mayores concentraciones de As se encuentran en el centro-norte del país, donde las aguas subterráneas pueden alcanzar niveles de hasta 15 mg As/L. La forma inorgánica de As (As+3 y As+5) es especialmente tóxica para los seres vivos, y su presencia en aguas dulces superficiales puede estar relacionada con la extracción de agua para riego en la región pampeana. Además, dicha región se encuentra sometida a una intensa explotación agrícola, con la concomitante carga de pesticidas, tales como el glifosato. Cnesterodon decemmaculatus, un Poecilido pequeño, recomendado para su uso en bioensayos por las normas IRAM N° 29112/2008 (Instituto Argentino de Normalización y Certificación). Su distribución en Argentina coincide con las áreas de mayor concentración de As. Los objetivos de este trabajo fueron: 1) Determinar la concentración Letal 50 (CL50 a 96 hs) de As en esta especie; 2) Evaluar los efectos de As (III) sobre diversos biomarcadores (de genotoxicidad, metabólicos, bioquímicos y de estrés oxidativo) a distintos tiempos de exposición (agudo, subcrónico y crónico); 3) Examinar los efectos de una exposición aguda a una mezcla de glifosato y arsénico (As III); y 4) Evaluar los efectos del As en ejemplares silvestres de C. decemmaculatus recolectados en tres sitios del río Luján, en la cuenca media-alta (MJG, LT y R6). Para abordar estos objetivos, se seleccionaron biomarcadores en diferentes tejidos del animal: de genotoxicidad (ensayo cometa, micronúcleos y aberraciones nucleares), de estrés oxidativo (SOD, GSH, GST, CAT y TBARs), metabólicos (contenido de proteínas, lípidos e hidratos de carbono, actividad del sistema de transporte de electrones - ETS, y asignación de energía celular - CEA), neurotóxicos (AChE) e histológicos. También se cuantificó la bioacumulación de As en organismos criados en cautiverio (acuario) a distintos tiempos de exposición, así como en poblaciones silvestres del río Luján. Los bioensayos se realizaron en condiciones semiestáticas, en peceras de vidrio de 2 L, bajo fotoperiodo y temperatura controlados (23 °C, 16L:8O). Los resultados mostraron una CL50 a 96 h en la población de acuario de 7,26 mg As/ L (5,82– 9,22 mg/ L; 95% límite de confianza). Se realizaron bioensayos de exposición a As III, evaluando tres concentraciones subletales (0,5; 1 y 5 mg/ L) a tiempos de exposición agudos, subcrónicos (12 días) y crónicos (21 días). Los efectos del As en C. decemmaculatus fueron comparables a los observados en otras especies de teleósteos. A 96 hs, se detectó daño genotóxico mediante el ensayo cometa y se registraron aberraciones nucleares (AN). Las concentraciones subletales de As incrementaron la actividad de enzimas antioxidantes (CAT y GST) y disminuyeron el contenido de GSH en el hígado. Los efectos metabólicos incluyeron una disminución significativa en el contenido de lípidos en todas las concentraciones y en el CEA a la concentración de 5 mg As/ L. A 12 días de exposición, el daño genotóxico fue similar al observado a las 96 hs, aunque la frecuencia y tipo de aberraciones nucleares fueron menores (se observaron principalmente muescas). Las actividades enzimáticas antioxidantes disminuyeron, y en el ámbito metabólico, solo ETS mostró disminuciones significativas. Durante la exposición crónica, se observó una reducción en la actividad antioxidante y un incremento en GSH, en contraste con los tiempos anteriores. En la mezcla (Glifosato + As) se observó un aumento del daño al ADN en todos los tratamientos con respecto al control. Los parámetros de estrés oxidativo y metabólicos también se vieron afectados, destacándose la CAT, GST y SOD en hígado, GSH en branquias, y ETS en músculo. El índice CEA disminuyó tanto en el tratamiento con glifosato como en la mezcla. En este ensayo se detectaron efectos de potenciación, antagonismo y aditividad en biomarcadores específicos; la actividad de AChE en encéfalo fue aditiva. La respuesta de la mayoría de los biomarcadores evaluados en la mezcla Gli+As fue similar a la de glifosato, siendo esta combinación más perjudicial para C. decemmaculatus que el As solo. Los análisis fisicoquímicos realizados en los tres sitios del río Luján (MJG, LT y R6) indican un aumento en la contaminación, con bajos niveles de oxígeno disuelto y altos niveles de fósforo, amonio y metales pesados como cadmio, arsénico, cromo y cobre. Los peces capturados en estos sitios presentaban parásitos, y las branquias mostraron alteraciones del tejido y estructura (edematización, fusión de lamelas secundarias y aumento de células de cloro). En el hígado, se observó hipertrofia de hepatocitos y un aumento del índice hepatosomático. Además, los peces de MJG presentaron degeneración hidrópica, mientras que en LT y R6 se observaron dilatación de sinusoides y hemorragias. Los biomarcadores indicaron un alto grado de daño genotóxico en ejemplares de LT y R6 en comparación con la población de laboratorio. En MJG se detectó un aumento significativo en el contenido de lípidos a nivel metabólico. Finalmente, se expusieron ejemplares de los tres sitios del río a concentraciones de As (0,5; 1 y 5 mg As/L) durante 96 hs. Los resultados indicaron una respuesta diferencial en función del origen y la historia toxicológica de los peces. Esta tesis revela los impactos significativos del As en C. decemmaculatus y subraya la importancia de los biomarcadores en la evaluación de la contaminación en ecosistemas acuáticos. La presencia de As, tanto de origen natural como antropogénico, causa daños genotóxicos, metabólicos y de estrés oxidativo en la especie en estudio. Las poblaciones del río Luján responden de manera diferencial a la contaminación, destacando la necesidad de implementar medidas de gestión para proteger la salud de los ecosistemas acuáticos y la biodiversidad.
Arsenic (As) is a ubiquitous element across the Earth's surface, with elevated concentrations in certain regions that pose a significant problem for biota due to its toxicity. Most of its presence is naturally occurring, although a portion originates from anthropogenic sources like mining, industries, pesticides, and fertilizers. In Argentina, As distribution is concentrated in the central-northern regions, where groundwater contains concentrations up to 15 mg As/ L. In its inorganic form (As+3 and As+5), As is highly toxic to living organisms, and its presence in freshwater may result from continuous water extraction for irrigation in the Pampas region. Cnesterodon decemmaculatus, a small fish native to this region, is recommended for use in bioassays by IRAM (Argentine Institute of Standardization and Certification) and has a similar distribution to the highest As concentrations in Argentina. The objectives of this study were: 1) to determine the 96-hour lethal concentration (CL50) of As in this species; 2) to evaluate the effects of As (III) on various biomarkers (genotoxicity, metabolic, biochemical, oxidative stress) at different exposure times (acute, sub-chronic, and chronic); 3) to examine the effects of acute exposure to a mixture of glyphosate and arsenic (As III); and 4) to assess the effects of As on wild C. decemmaculatus specimens collected from three sites in the upper-middle basin of the Luján River (MJG, LT, and R6). To achieve these objectives, a series of biomarkers were selected in different tissues: genotoxic (comet assay, micronuclei, nuclear abnormalities), oxidative stress (superoxide dismutase - SOD, reduced glutathione - GSH, glutathione-S-transferase - GST, catalase - CAT, and thiobarbituric acid reactive substances - TBARs), metabolic (protein, lipid, and carbohydrate content, electron transport system - ETS, and cellular energy allocation - CEA), neurotoxic (acetylcholinesterase - AChE), and histological. Additionally, As bioaccumulation was quantified in aquarium specimens at different exposure times and in wild populations from the Luján River. Semi-static bioassays were conducted in 2 L glass tanks in incubators with controlled photoperiod and temperature (23°C, 16L:8D). Results showed a 96-hour CL50 of 7.26 mg As/ L (5.82–9.22 mg/ L; 95% confidence interval) for the aquarium population. Bioassays were conducted with As III at three sublethal concentrations (0.5, 1, and 5 mg/ L) and at acute, sub-chronic (12 days), and chronic (21 days) exposure times. The observed effects were comparable to those reported for other teleost species. At 96 h, As induced genotoxic damage, observed by the comet assay and nuclear abnormalities. Sublethal concentrations of As increased the activity of antioxidant enzymes (CAT and GST) and decreased GSH levels in the liver. Metabolic effects included a significant reduction in lipid content across all concentrations and CEA at the highest concentration (5 mg As/ L). At 12 days, genotoxic damage persisted similar to that at 96 h, although nuclear abnormalities showed lower frequency and fewer types (mainly notches). Oxidative stress enzyme activity decreased, and at the metabolic level, ETS decreased significantly. In chronic exposure, a reduction in antioxidant enzyme activity and an increase in GSH concentration were observed, contrasting with earlier times. In the mixture (Glyphosate + As), DNA damage increased in all treatments compared to the control. Oxidative stress and metabolic parameters were also affected, particularly CAT, GST, and SOD in the liver, GSH in the gills, and ETS in muscle. CEA decreased in both glyphosate treatment and the mixture. Potentiation, antagonism, and additivity effects were observed in specific biomarkers, with AChE activity in the brain showing additivity. The response of most biomarkers in the Gli+As mixture resembled that of glyphosate alone, with this combination being more harmful to C. decemmaculatus than As alone. The physicochemical parameters analyzed in the three Luján River sites (MJG, LT, and R6) indicate increasing contamination, with low dissolved oxygen levels and high levels of phosphorus, ammonium, and heavy metals (cadmium, arsenic, chromium, and copper). Fish from these sites exhibited parasitic infections, and gill histology showed significant tissue damage (edema, secondary lamellae fusion, and an increase in chloride cells). Liver histology showed hepatocyte hypertrophy correlating with an increased hepatosomatic index. Additionally, fish from MJG exhibited hydropic degeneration, while those from LT and R6 showed sinusoidal dilation and hemorrhages. Baseline biomarker analysis indicated higher genotoxic damage in specimens from LT and R6 compared to the laboratory population, with MJG showing significant lipid content increases at the metabolic level. Finally, specimens from the three river sites were randomly selected and exposed for 96 h to three concentrations of As (0.5, 1, and 5 mg As/ L). Results indicated a differential response based on origin and toxicological history. This thesis reveals the significant impacts of arsenic on C. decemmaculatus and underscores the importance of biomarker evaluation in assessing pollution effects in aquatic ecosystems. The presence of As, from both natural and anthropogenic sources, causes genotoxic damage, metabolic alterations, and oxidative stress in aquatic biota. Wild populations from the Luján River respond differentially to contamination depending on their toxicological history. These findings emphasize the need for management and control measures to protect aquatic ecosystem health and biodiversity.
Fil: González Núñez, Ayelén Anahí. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.