Effects of anticholinesterase compounds on Lepomis gibbosous

Abstract

In recent decades, research and awareness of issues related to environmental exposure to xenobiotics has increased. Upon their arrival in the aquatic environment, xenobiotics can affect non-target organisms, endangering the balance of ecosystems. Thus, ecotoxicological tests have been used as early diagnostic tools (e.g. biomarkers). Inhibition of acetylcholinesterase (AChE) activity in fish has been widely used in ecotoxicological studies as an indicator of exposure to neurotoxic pollutants. However, establishing a link between different levels of biological organization is an important issue when assessing the impact of pollutants. Thus, assessment of behavioral responses should be incorporated in environmental studies, because behavior demonstrates the ability of an individual to interact directly with the surrounding environment. Based on these theoretical assumptions, this thesis sought to generate toxicological data for some anticholinesterasic compounds in a non-target species – for future risk assessments and / or environmental monitoring – for three classes of compounds, detergents (SDS), pesticides (chlorfenvinphos) and drugs (neostigmine and pyridostigmine). In this context, the fish Lepomis gibbosus (pumpkinseed) was selected as test-organism. It presents itself as a potential candidate as a test-organism in ecotoxicological tests because it is abundant, it has simple laboratory requirements, and it is not a threatened species. Initially, we performed a characterization of cholinesterases in the head and dorsal muscle of L. gibbosus. Then, we evaluated the effects of in vitro and in vivo exposures to the anionic detergent SDS and the organophosphate pesticide chlorfenvinphos on the AChE of L. gibbosus. In vivo exposures were also performed in order to evaluate the effects of the pharmaceutical drugs neostigmine and pyridostigmine on the activity of AChE (head and dorsal muscle). During these experiences, a behavioral trial was assayed for assessing possible changes in L. gibbosus after exposure to these xenobiotics. Results showed that acetylcholinesterase is the predominant enzymatic form in the head and muscle of L. gibbosus. Exposure to chlorfenvinphos showed inhibition of AChE activity both in vivo and in vitro, unlike SDS - which showed no inhibitory effects. For pharmaceutical drugs, inhibitory effects on AChE were recorded, particularly in the case of pyridostigmine, in the head of L. gibbosus. However, there were no concomitant significant changes in behavioral parameters of exposed animals, compared to untreated organisms.

Nas últimas décadas, a investigação e sensibilização para as questões relacionadas com a exposição ambiental a xenobióticos tem aumentado, tendo-se vindo a conhecer a variedade de efeitos sobre os sistemas bióticos. Ao chegarem ao meio aquático, os xenobióticos podem afectar organismos não-alvo, colocando em risco o equilíbrio dos ecossistemas. Assim, os ensaios ecotoxicológicos têm sido utilizados como ferramentas de diagnóstico precoce (e.g. biomarcadores). A monitorização da inibição da acetilcolinesterase (AChE) em peixes tem sido amplamente utilizada em estudos ecotoxicológicos como um indicador de exposição a poluentes neurotóxicos. Contudo, o estabelecimento de ligação entre os diferentes níveis de organização biológica é uma questão importante na avaliação do impacto dos poluentes. Assim, a avaliação de respostas comportamentais deverá ser englobada em estudos ambientais, uma vez que o comportamento demonstra a capacidade de um indivíduo interagir directamente com o ambiente circundante. Com base nestes pressupostos teóricos, a presente dissertação pretendeu gerar dados ecotoxicológicos de alguns compostos anticolinesterásicos, numa espécie não alvo, para futuras avaliações de risco e/ou monitorização ambiental para três classes de compostos: detergentes (SDS), pesticidas (clorfenvinfos) e fármacos (neostigmina e piridostigmina). Neste contexto, foi seleccionado o peixe Lepomis gibbosus (perca-sol) como organismo de estudo. Este apresenta-se como sendo um potencial candidato a organismo teste em ensaios ecotoxicológicos, por ser abundante, por ter requisitos simples de manutenção em laboratório e por não ser uma espécie ameaçada. Inicialmente, foi feita uma caracterização das colinesterases existentes na cabeça e músculo dorsal de L. gibbosus. De seguida, foram realizadas exposições in vitro e in vivo de modo a avaliar os efeitos do detergente aniónico SDS e do insecticida organofosforado (clorfenvinfos) na AChE de L. gibbosus. Por outro lado, foram ainda realizados ensaios in vivo de modo a avaliar o efeito dos fármacos neostigmina e piridostigmina na actividade da AChE (cabeça e músculo dorsal). Durante estas experiências foi ainda desenvolvido um ensaio comportamental de modo a avaliar possíveis alterações em L. gibbosus após exposição a estes xenobióticos. Os resultados demonstraram que a acetilcolinesterase é a forma enzimática predominante na cabeça e músculo de L. gibbosus. A exposição ao clorfenvinfos revelou inibição da actividade da AChE in vivo e in vitro, contrariamente ao SDS - que não apresentou efeitos inibitórios. Relativamente aos fármacos, foram registados efeitos inibitórios na AChE, mais notórios no caso da cabeça e para a piridostigmina. Não obstante, não foram observadas alterações significativas nos parâmetros comportamentais, comparativamente aos organismos não expostos.