Effects of personal care products ingredients and ultraviolet radiation on the early life stages of Solea senegalensis

Abstract

The increase of ultraviolet radiation (UV) and the increasing use of personal care products (PCP) are referred as two of the main anthropogenic-driven threats that can affect aquatic species. The early larval stages of Senegalese sole, Solea senegalensis, Kaup 1858 are among the marine vertebrates potentially affected by these stressors. Therefore, the objective of this work is to study the single and combined effects of UV and two PCP ingredients along early development of the sole, the wide-spectrum biocidal triclosan (TCS) and the UV filter 4-methylbenzylidene camphor (4-MBC). The TCS, 4-MBC and UV exposure tests were performed on two stages of larval development: from egg to 3 days after hatching (approximately 96 hours post-fertilization) and throughout the initial 48 h of metamorphosis (typically near the thirteenth day after hatching) with evaluation of the development until the end of the metamorphosis (about ten days later). Effects at the individual level (survival, malformations, growth, behavior, and progression of metamorphosis) were linked with effects at lower organizational levels (biochemical and molecular markers). In general, the response to the exposure to sub-lethal levels of different stressors indicates that the initial larval stage is more sensitive than the metamorphosis stage. At the end of the first stage of development, exposure to the stressors caused a decrease in growth and induced malformations. At biochemical level, the exposure to 4-MBC and UV did not affect the cholinergic activity in an evident manner, however changes were observed at behavioral level, namely a decrease of swimming activity. Additionally, at this stage, the GST was induced by TCS (LOEC = 30 μg L-1 TCS), suggesting activation of the phase II of biotransformation for detoxification. At the end of the metamorphosis, effects of chemicals exposure were observed even after maintenance in clean medium for nine days, namely alterations on antioxidant system and decrease of growth. Additionally, both chemical stressors caused an acceleration of the metamorphosis progression during exposure and also in the immediately subsequent moments. This response suggests a possible direct or indirect action of these stressors on thyroid axis. In the case of TCS, this action was verified through the observation of the down-regulation of thyroid axis genes (NIS and TSHβ), which lasted until the end of metamorphosis in one of the analyzed genes (NIS). There was also a down-regulation of genes both immediately after exposure to UV (THRβ, Tpo and NIS) and at the end of metamorphosis (NIS). The changes may be related to oxidative damage in thyroid tissues caused directly by UV, which can lead to dysfunction of this gland. However, this under-expression of the thyroid genes of UV-exposed organisms was not followed by alterations in the progression of metamorphosis at individual level. Overall, the results obtained suggest that the sole response to TCS was not altered when in combination with UV. In general, the results obtained in the present study suggest that exposure to stressors may have an impact on the development and ecological performance of the species. Additionally, taking into account the modes of action of the stressors and the relevant effects observed, studies in more realistic scenarios should be performed, namely, considering longer periods of exposure using environmentally relevant concentrations/doses. The usefulness of larval stages of sole as a model species to evaluate stressors effects in the marine environment was confirmed, with the initial early period up to the third day after fertilization being a suitable alternative model for animal testing.

O aumento da radiação ultravioleta (UV) e a utilização crescente de produtos de cuidado pessoal (PCP) têm sido apontados como duas das ameaças derivadas da ação humana que podem afetar espécies aquáticas. Os estadios larvares de linguado branco, Solea senegalensis, Kaup 1858 estão entre os vertebrados marinhos potencialmente afetados por estes stressores. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar, ao longo do desenvolvimento larvar do linguado, os efeitos simples e combinados de radiação UV e de dois ingredientes de PCP, o biocida de largo espectro triclosan (TCS) e o filtro UV 4-metilbenzilideno-cânfora (4-MBC). Foram realizados testes de exposição a TCS, 4-MBC e UV em duas fases do desenvolvimento larvar do linguado: desde ovo até aos 3 dias após eclosão (aproximadamente 96 horas pós-fertilização) e ao longo das 48 h iniciais da metamorfose (tipicamente ao décimo terceiro dia após a eclosão) com avaliação do desenvolvimento até ao final da metamorfose (cerca de dez dias mais tarde). Estudaram-se efeitos ao nível do indivíduo (sobrevivência, malformações, crescimento, comportamento e progressão da metamorfose) que se tentaram ligar com efeitos a níveis organizacionais inferiores (marcadores bioquímicos e moleculares). De um modo geral, a resposta à exposição a níveis sub-letais dos diferentes stressores indica que o estadio larvar inicial é mais sensível que a fase da metamorfose. No final da primeira fase de desenvolvimento estudada, a exposição a cada um dos stressores causou diminuição do crescimento e induziu malformações. A nível bioquímico, a exposição a 4-MBC e UV não afetou a atividade colinérgica de forma evidente, no entanto observaram-se alterações a nível comportamental, nomeadamente uma diminuição da natação. Adicionalmente, nesta fase, observou-se a indução da GST pelo TCS (LOEC=30 μg L-1 TCS), sugerindo ativação da via biotransformação II para destoxificação. Da análise dos efeitos dos stressores químicos no final da metamorfose, verifica-se que estes causam efeitos mesmo após manutenção durante nove dias em meio limpo, nomeadamente a nível de stress oxidativo e diminuição do crescimento. Adicionalmente, ambos os stressores químicos causaram uma aceleração da progressão da metamorfose durante a exposição e também nos momentos imediatamente subsequentes. Esta resposta sugere uma possível ação direta ou indireta destes stressores no eixo da tiroide. No caso do TCS, esta ação foi verificada através da observação da sub-expressão de genes do eixo da tiroide (NIS e TSHβ), que se prolongou até ao final da metamorfose num dos genes analisados (NIS). Verificou-se ainda uma sub-expressão de genes tanto imediatamente após a exposição aos UV (THRβ, Tpo e NIS) como no final da metamorfose (NIS). Estas alterações podem estar relacionadas com o dano oxidativo nos tecidos da tiroide causado diretamente pelos UV, o que pode levar à disfunção desta glândula. No entanto, esta sub-expressão dos genes da tiroide dos organismos expostos aos UV não foi acompanhada por alteração da progressão da metamorfose ao nível do indivíduo. Globalmente, os resultados sugerem que a resposta do linguado ao TCS não foi alterada pela exposição combinada com UV. De um modo geral, os resultados obtidos neste trabalho sugerem que os stressores estudados poderão ter impacto no desenvolvimento e na performance ecológica da espécie. Adicionalmente, tendo em conta os modos de ação dos stressores e os efeitos relevantes observados, deverão ser realizados estudos em cenários mais realistas, nomeadamente, por períodos de tempo mais prolongados e utilizando concentrações/doses ambientalmente relevantes. A utilidade de estadios larvares do linguado como modelos na avaliação de efeitos de stressores em ambiente marinho foi confirmada, sendo que o período inicial até aos três dias pós-fertilização se enquadra como modelo alternativo em experimentação animal.