Effects of polymeric nanoparticles on fish : a multiparametric approach

Abstract

The contamination of aquatic systems with several kinds of debris is an emerging environmental crisis. One of the problems associated with plastic pollution is its persistence. Plastic particles do not disappear, they slowly degraded from macro to micro to nano sizes. Although an increasing number of studies are currently assessing the effects of microplastics in aquatic organisms, the effects or nanoplastics are largely unknown. The present study aims to assess the short-term effects of polymeric nanoparticles in fish alone and in the presence of organic matter. Thus, the effects on ontogenic development were assessed in Danio rerio, a freshwater fish, by exposing fish embryos for 96h to PMMA (concentration range from 2.5 to 202.5 mg/L) and PS (concentration range from 2.5 to 1822.5 mg/L) particles (≈ 50 nm). In addition to ontogenic development, behavioural (distance and time swam as well as thigmotaxis) and biochemical effects (NPT, CAT, GPx, GST, GR and LPO) were also assessed. Effects on Dicentrarchus labrax, a marine fish species, were also assessed after 96h exposure. Assessed parameters included genotoxicity (erythrocytes micronuclei and other nuclear abnormalities and echinocytes shape differences) and effects on antioxidant status and damage (NPT, CAT, GPx, GST, GR and LPO). Overall, the nanoparticles revealed ability to be pernicious to fish, with PMMA presenting a higher toxicity to fish than PS. D. rerio displayed behavioural alterations associated with overall activity and stress responses. In D. labrax, the tested nanoparticles were genotoxic, as demonstrated by the increase of erythrocytes nuclear abnormalities. the assessed biochemical responses were more responsive in gills and liver than intestine with data confirming that nanoplastics have the ability to affect antioxidant status. The present study results are highly relevant as they demonstrate the ability of the tested nanoplastics to affect fish development and behaviour and that they are cytogenotoxic.

A contaminação de sistemas aquáticos com vários tipos de detritos é uma crise ambiental emergente. Um dos problemas associados à poluição com plásticos é a sua persistência. As partículas de plástico não desaparecem, degradaram lentamente de tamanhos macro para micro para nano. Embora atualmente haja um número crescente de estudos que avaliem os efeitos dos microplásticos em organismos aquáticos, os efeitos de nanoplásticos são amplamente desconhecidos. O presente estudo tem como objetivo avaliar os efeitos a curto prazo das nanopartículas poliméricas em peixes e na presença de matéria orgânica. Assim, os efeitos sobre o desenvolvimento ontogénico foram avaliados em Danio rerio, um peixe de água doce, expondo embriões de peixe por 96h a PMMA (intervalo de concentração de 2,5 a 202,5 mg/L) e PS (intervalo de concentração de 2,5 a 1822,5 mg/L) de partículas (≈ 50 nm). Além do desenvolvimento ontogénico, foram também avaliados efeitos comportamentais (distância e tempo de natação, assim como o tigmotaxia) e os efeitos bioquímicos (NPT, CAT, GPx, GST, GR e LPO). Efeitos no Dicentrarchus labrax, uma espécie de peixe marinho, também foram avaliados após a exposição de 96h. Os parâmetros avaliados incluíram genotoxicidade (micronúcleos de eritrócitos e outras anormalidades nucleares e diferenças de forma de equinócitos) e efeitos sobre o estado e dano antioxidante (NPT, CAT, GPx, GST, GR e LPO). No geral, as nanopartículas revelaram a capacidade de ser perniciosas para peixes, com PMMA apresentando maior toxicidade para o peixe do que o PS. D. rerio apresentou alterações comportamentais associadas à atividade geral e respostas de stress. Em D. labrax, as nanopartículas testadas foram genotóxicas, como demonstrado pelo aumento das anormalidades nucleares dos eritrócitos. As respostas bioquímicas avaliadas foram mais sensíveis nas brânquias e no fígado do que no intestino, com dados que confirmam que os nanoplásticos têm a capacidade de afetar o estado antioxidante. Os resultados do presente estudo são altamente relevantes, pois demonstram a capacidade dos nanoplásticos testados para afetar o desenvolvimento e o comportamento dos peixes e que eles são citogenotóxicos.