Joint toxicity effects of cyanotoxins and chemical compounds

Abstract

Os organismos aquáticos podem estar constantemente expostos a cianotoxinas e contaminantes antropogénicos provenientes das florescências de cianobactérias e das atividades humanas, respetivamente. A microcistina-LR (MC-LR) e a cilindrospermopsina (CYN) são as cianotoxinas mais frequentemente detetadas nas florescências de cianobactérias e têm sido encontradas simultaneamente na água. Os metais e pesticidas são contaminantes antropogénicos normalmente encontrados no ambiente aquático como resultado da intensificação das atividades agrícolas e industriais. O cádmio (Cd) e a terbutilazina (TBA) foram selecionados como exemplos de metais e pesticidas que podem co-ocorrer com cianotoxinas no ambiente. No entanto, o risco ecotoxicológico combinado de cianotoxinas e/ou contaminantes antropogénicos existentes no ambiente aquático é ainda pouco conhecido. O presente trabalho teve como objetivo identificar alguns padrões e comportamentos biológicos relativamente a este tipo de combinações. Os efeitos de misturas binárias de MC-LR, CYN, Cd e TBA foram avaliados nas taxas de crescimento da alga Chlorella vulgaris após 4 e 7 dias de exposição, usando o modelo de referência de ação independente (AI). A ferramenta MIXTOX foi usada para avaliar possíveis desvios ao modelo de referência (devido a interações entre compostos), tais como sinergismo/antagonismo, dependência da dose ou do rácio da mistura. Os resultados demonstraram vários padrões de resposta, dependendo da mistura binária testada. Foi detetado sinergismo na mistura de MC-LR e CYN em ambos os períodos de exposição. Na mistura de MC-LR e TBA, houve um desvio dependente do nível da dose entre os componentes para ambos os períodos de exposição, onde se observou antagonismo e sinergismo para concentrações baixas e elevadas de ambos os compostos, respetivamente. Na mistura de MC-LR e Cd, registou-se antagonismo após 4 dias de exposição e um desvio dependente do nível da dose entre os componentes após 7 dias de exposição, observando-se sinergismo e antagonismo para concentrações baixas e elevadas de ambos os compostos, respetivamente. Embora na mistura de CYN e TBA se tenha observado um desvio dependente do rácio entre os componentes, com um padrão de antagonismo perante a dominância da CYN, na mistura de CYN e Cd observou-se antagonismo após 4 dias de exposição. Após 7 dias de exposição foi observado um padrão semelhante de resposta em ambas as misturas contendo CYN, ou seja, um desvio dependente do nível da dose entre os componentes na qual se observou sinergismo para as concentrações baixas e antagonismo para as concentrações elevadas testadas de ambos os compostos. Para a mistura de TBA e Cd, registou-se antagonismo após 4 dias de exposição e um desvio dependente do nível das doses entre os componentes (antagonismo para concentrações baixas e sinergismo para concentrações elevadas de ambos os componentes) após 7 dias de exposição. Devido à diversidade de efeitos e comportamentos que podem resultar da combinação de tóxicos bastante comuns, este estudo mostra a importância de avaliar os efeitos combinados de cianotoxinas e/ou contaminantes antropogénicos.

Aquatic organisms may be exposed to cyanotoxins and anthropogenic contaminants originated from harmful cyanobacterial blooms and human activities, respectively. Microcystin-LR (MC-LR) and cylindrospermopsin (CYN) are the most frequently detected cyanotoxins in harmful cyanobacterial blooms and have been simultaneously reported in the water. Metals and pesticides are anthropogenic contaminants commonly found in the aquatic environment as a result of the intensification of agricultural and industrial activities. Cadmium (Cd) and terbuthylazine (TBA) were chosen as an example of the possible metals and pesticides that can co-occurr with cyanotoxins in the environment. However, the ecotoxicological risk of combinations of cyanotoxins and/or anthropogenic contaminants in the aquatic environment needs more studies. The present work aimed to elucidate some biological behaviours and patterns regarding these combinations. The effects of binary mixtures of MC-LR, CYN, Cd and TBA on the growth rate of the freshwater algae Chlorella vulgaris were assessed after 4 and 7 days of exposure using the reference model of independent action (IA). The MIXTOX tool was used to detect possible deviations (due to the interaction between compounds) from the reference model such as synergism/antagonism, dose ratio and dose level dependency. The results demonstrated that several patterns of response were obtained depending on the binary mixture. Synergism was detected in the mixture of MC-LR and CYN for the two exposure periods. In the MC-LR and TBA mixture, a dose-level deviation was observed for the two exposure periods indicating antagonism at low dose levels and synergism at high dose levels. In the MC-LR and Cd mixture, deviations for antagonism were found for a 4-day exposure period while a dose-level deviation was observed for a 7-day exposure period showing synergism at low dose levels and antagonism at high dose levels. A dose-ratio deviation was observed in the CYN and TBA mixture, with a pattern for antagonism when CYN was the compound dominant, while deviations for antagonism were observed in the CYN and Cd mixture for a 4-day exposure period. Similar patterns of response were obtained for both mixtures involving CYN after 7 days of exposure, namely dose-level deviation indicating synergism at low dose levels and antagonism at high dose levels. For TBA and Cd mixture, antagonism was found for a 4-day exposure period and a dose-level deviation (antagonism at low dose levels and synergism at high dose levels) was observed for a 7-day exposure period. Due to the diversity of effects and behaviours that can result from the combination of very common toxicants, this study shows the importance of evaluating the combined effects of cyanotoxins and/or anthropogenic contaminants.