Evaluación de posibles biomarcadores del estrés oxidativo en Egeria densa presente en el río Gascón, Santiago de Cuba Evaluation of potential biomarkers.

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1 Evaluación de posibles biomarcadores del estrés oxidativo en Egeria densa presente en el río Gascón, Santiago de Cuba Evaluation of potential biomarkers of oxidative stress in Egeria densa at Gascón river, Santiago de Cuba Evaluación de posibles biomarcadores del estrés oxidativo en Egeria densa presente en el río Gascón, Santiago de Cuba Evaluation of potential biomarkers of oxidative stress in Egeria densa at Gascón river, Santiago de Cuba Guisado-Bourzac F*, Menéndez-Sánchez J*, Falcón-Martin TA*, Moreno-Guisado JC* y JR Rodríguez-Amado** *Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad de Oriente. Ave. Patricio Lumumba s/n, Alturas de Quintero, Santiago de Cuba, CP 90500, Cuba. fguisado@uo.edu.cu Tel: 632277fguisado@uo.edu.cu **Laboratório de Pesquisa em Fármacos. Universidade Federal do Amapá. Brasil. jiribilla2009@gmail.com Tel: 55 96 981220087jiribilla2009@gmail.com *Corresponding author: Frenkel Guisado-Bourzac E-mail address: fguisado@uo.edu.cufguisado@uo.edu.cu Palabras claves: estrés oxidativo, Egeria densa, bioindicador, biomonitoreo, contaminación Keywords: oxidative stress, Egeria densa, bioindicator, biomonitoring, pollution. Abstract: Environmental pollution generates oxidative stress in living organisms, a situation which induces formation of free radicals and other reactive oxygen species, and molecules that indicate cell damage and antioxidant activity in response to that stress. Egeria densa is a freshwater plant present at Gascón river, Santiago de Cuba city, exposed to water pollution. In this research non-enzymatic and enzymatic biomarkers of oxidative stress were evaluated on Egeria densa leaf samples on four sampling stations in order to study physiological response face of anthropogenic pollution. Results show a significant increase (p<0.05) of all non-enzymatic biomarkers tested towards the most anthropized station, such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and malondialdehyde like reactive compounds (MDA), indicating cell damage. The antioxidant activity biomarkers such as ascorbate and NADH+NADPH also increased in the same direction. Phaeophytinisation index decreases toward the anthropized stations, so there is further degradation of chlorophylls to pheophorbides, showing physiological cell damage while phenol oxidizing peroxidase enzymatic activity decreases in this ecosystem. Abstract: Environmental pollution generates oxidative stress in living organisms, a situation which induces formation of free radicals and other reactive oxygen species, and molecules that indicate cell damage and antioxidant activity in response to that stress. Egeria densa is a freshwater plant present at Gascón river, Santiago de Cuba city, exposed to water pollution. In this research non-enzymatic and enzymatic biomarkers of oxidative stress were evaluated on Egeria densa leaf samples on four sampling stations in order to study physiological response face of anthropogenic pollution. Results show a significant increase (p<0.05) of all non-enzymatic biomarkers tested towards the most anthropized station, such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and malondialdehyde like reactive compounds (MDA), indicating cell damage. The antioxidant activity biomarkers such as ascorbate and NADH+NADPH also increased in the same direction. Phaeophytinisation index decreases toward the anthropized stations, so there is further degradation of chlorophylls to pheophorbides, showing physiological cell damage while phenol oxidizing peroxidase enzymatic activity decreases in this ecosystem. Introducción: El incremento del estrés oxidativo causado por algunos contaminantes ambientales en especies terrestres y acuáticas ha aumentado significativamente y se debe entre otros factores a la cantidad y diversidad de productos químicos agrícolas e industriales que invaden los ambientes acuáticos, los cuales son incorporados en los tejidos de organismos que habitan o utilizan recursos en dichos ecosistemas (Valavanidis et al., 2006). Los análisis químicos no son suficientes para evaluar los efectos adversos de las complejas mezclas de contaminantes en el agua (He et al., 2011). En este sentido, para valorar el efecto biológico de los contaminantes que son liberados constantemente en depósitos acuíferos sobre las poblaciones acuáticas, el biomonitoreo basado en biomarcadores es un acercamiento prometedor para conocer de forma temprana los signos de la exposición frente a diversos contaminantes (Viarengo et al., 2000; Au, 2004; Zorita et al., 2007; Tlili et al., 2010). Materiales y métodos Determinaciones físico-químicas en cuatro estaciones de muestreo. Procesamiento de las muestras de hojas de E. densa. Determinación espectrofotométrica de la concentración de los marcadores del estrés oxidativo (EO) y del potencial Redox celular: NADH y NADPH ( ξ 340 ), H 2 O 2 ( ξ 240 ), malondialdehído (ξ 535 ), ascorbato (ξ 290 ) y clorofila ( ξ 645 y ξ 663 ) por espectrofotometría. Concentración de proteínas Según Scopes, (1974), citado por Abelson y Simon (1990) Concentración (mg/g de tejido) = 31*A 205nm Índice de feofitinización (IF) (Garty et al., 1985; Garty, 2001) Actividad enzimática peroxidasa oxidante de fenoles Salvachúa et al., 1999; Caramelo et al., 1999 Resultados: Referencias bibliográficas: 1. Valavanidis, A., Vlahogianni, T., Dassenakis, M., and Scoullos, M. 2006. Molecular biomarkers of oxidative stress in aquatic organisms in relation to toxic environmental pollutants. Ecotoxicology and Environmental Safety 64 (2): 178-189. 2. He, X., Nie, X., Wang, Z., Cheng, Z., Li, G., Wong, M. H., Liang, X., Tsui, M. T. K. 2011. Assessment of typical pollutants in waterborne by combining active biomonitoring and integrated biomarkers response. Chemosphere 84, 1422-1431. 3. Viarengo, A., Burlando, B., Giordana, A., Bolognese, C., Gabrielides, G. P. 2000. Networking and espert-system analysis: next frontier in biomonitoring. Mar. Environ. Res. 49, 483-486. 4. Au, D. W. T. 2004. The application of histo-cytopathological biomarkers in marine pollution monitoring: a review. Mar. Pollut. Bull. 48, 817-834. 5. Zorita, I., Apraiz, I., Ortiz-Zarragoitia, M., Orbea, A., Cancio, I., Soto, M., Marigomez, I., Cajaraville, M. 2007. Assessment of biological effects of environmental pollution along the NW Mediterranean Sea using mussels as sentinel organisms. Environ. Pollut. 148, 236-250. 6. Tlili, S., Jebali, J., Banni, M., Haouas, Z., Mlayah, A., Helal, A. N., Boussetta, H. 2010. Multimarker approach analysis in common carp Cyprinus carpio sampled from three freshwater sites. Environ Monit. Assess. 168, 285-298. 7. Abelson, John N. and Simon Melvin I. 1990. Methods in enzymology. Third Edition. 8. Garty J., Ronen R. y Galun M. 1985. Correlation between chlorophyll degradation and the amount of some elements in the lichen Ramalina duriaei (De Not.) Jatta. Environ. Exp. Bot. 25, 67-74. 9. Garty J. 2001. Biomonitoring atmospheric heavy metals with lichens: Theory and Application. Crit. Rev. Plant Sci. 20, 309-371. 10. Salvachúa, D., A. Prieto. 2013. "Characterization of a Novel Dye-Decolorizing Peroxidase (DyP)-Type Enzyme from Irpexlacteus and Its Application in Enzymatic Hydrolysis of Wheat Straw." Appl Environ Microbiol 79(14): 4316-4324. 11. Caramelo, L., M. J. Martínez. 1999. "A Search for Ligninolytic Peroxidases in the Fungus Pleurotus eryngii Involving α-Keto-γ-Thiomethylbutyric Acid and Lignin Model Dimers." Appl Environ Microbiol 65(3): 916-922. 12. Guerra A. M. y G. Prieto. 1989. "Descripción geológica de redes fluviales". Material presente en la empresa de recursos hidráulicos de Santiago de Cuba. 13. Larras, F., N. Regier, Planchon, Sébastien Poté, John Renaut, Jenny Cosio, Claudia. 2013. "Physiological and proteomic changes suggest an important role of cell walls in the high tolerance to metals of Elodea nuttallii." Journal of Hazardous Materials 263, Part 2(0): 575-583. 14. Cervilla, L.M.M. 2009. Respuesta fisiológica y metobólica a la toxicidad por boro en plantas de tomate. Estrategias de Tolerancia. Tesis Doctoral. Universidad de Granada. 15. Siwela, A.H., Nyathi, C.B., Naik, Y.S. 2010. A comparison of metal levels and antioxidant enzymes in freshwater snails, Lymnaea natalensis, exposed to sediment and water collected from Wright Dam and Lower Mguza Dam, Bulawayo, Zimbabwe. Ecotoxicology and Environmental Safety. 73: 1728-1732. 16. Maleva, M.G.; G. F. Nekrasova, G. G. Borisova, N. V. Chukina, and O. S. Ushakova. 2012. Effect of Heavy Metals on Photosynthetic Apparatus and Antioxidant Status of Elodea. Russian Journal of Plant Physiology Vol. 59 No. 2. 17. Acosta, J.R.M. 2014. Utilización de aguas regeneradas para el riego de dos especies de la familia de las mirtáceas ( Myrtus communis L. y Eugenia myrtifolia L.). Respuesta morfológica, fisiológica y bioquímica a distintos niveles de salinidad. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Cartagena. 18. Restrepo, H.; M. I., Gómez; A., Garzón; l. Manrique; F. Alzate; J., López; A., Rodríguez. 2013. Respuesta bioquímica de plántulas de maíz ( Zea mays l.) a diferentes condiciones de temperaturas nocturnas. Revista colombiana de Ciencias Hortícolas - Vol. 7 - No. 2 - pp. 252-262. 19. Li, F.-t., Qi, J.-m., Zhang, G.-y., Lin, L.-h., Fang, P.-p., Tao, A.-f., and Xu, J. 2013. Effect of Cadmium Stress on the Growth, Antioxidative Enzymes and Lipid Peroxidation in Two Kenaf Hibiscus cannabinus L. Plant Seedlings. Journal of Integrative Agriculture 12(4): 610-620. 20. Vidal-Liñán, L., Bellas, J., Etxebarria, N., Nieto, O., and Beiras, R. 2014. Glutathione S-transferase, glutathione peroxidase and acetylcholinesterase activities in mussels transplanted to harbour areas. Science of the Total Environment 470–471(0): 107-116. Estaciones de muestreo 1234 Salinidad (%)0.05 a0.04 b Conductividad (µS/cm)936.7 ± 51.7 a878.8 ± 82.8 b774 ± 25.6 c763.2 ± 73.8 c pH (U)7.22 ± 0.02 a7.59 ± 0.03 a7.67 ± 0.08 a7.90 ± 0.09 a STD (g/L)62.3 ± 2.9 a57.5 ± 5.6 b50.6 ± 0.6 c50.8 ± 1.5 c Biomarcadores no enzimáticos del estrés oxidativo Conclusiones:  Los marcadores moleculares del daño celular y la respuesta antioxidante peróxido de hidrógeno, malondialdehído, ascorbato y el potencial reductor NADH-NADPH en la especie Egeria densa constituyen parámetros útiles para evaluar el estrés generado por la contaminación.  El índice de feofitinización constituye un biomarcador que refleja el nivel de estrés oxidativo a que está sometida la especie, indicando que tiene un nivel de afectación con repercusión en su fisiología. Área de estudio Río Gascón (6,45 km): cuenca hidrográfica Guaos-Gascón, clima tropical seco, caluroso con períodos de lluvia aislados Límites: Norte: estribaciones de la Sierra de Boniato Sur: Bahía de Santiago de Cuba Este: cuenca del río Yarayó Oeste: río los Guaos Resumen: La contaminación ambiental genera estrés oxidativo en los organismos vivos, induciendo la formación de radicales libres y otras especies reactivas del oxígeno, además de otras moléculas que indican daño celular y actividad antioxidante como respuesta al estrés. Egeria densa es una planta dulceacuícola presente en el río Gascón de Santiago de Cuba, expuesta a la contaminación de las aguas. En este trabajo se evalúan biomarcadores no enzimáticos y enzimáticos del estrés oxidativo en muestras de hoja de Egeria densa en cuatro estaciones de muestreo con el objetivo de estudiar la respuesta fisiológica frente a la contaminación antrópica. Los resultados evidencian un incremento de todos los biomarcadores no enzimáticos ensayados de daño celular hacia la estación más antropizada como el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) y compuestos reactivos similares al malondialdehído (MDA), indicando daño celular. Los biomarcadores de actividad antioxidante ascorbato y el poder reductor NADH+NADPH se incrementaron de la estación menos a la más contaminada. Disminuye el índice de feofitinización hacia la estación más antropizada, por lo que hay mayor degradación de las clorofilas a feofórbidos, corroborando el daño fisiológico. La actividad enzimática oxidante de fenoles en las estaciones del río Gascón mostró que a mayor contaminación, menor actividad. Resumen: La contaminación ambiental genera estrés oxidativo en los organismos vivos, induciendo la formación de radicales libres y otras especies reactivas del oxígeno, además de otras moléculas que indican daño celular y actividad antioxidante como respuesta al estrés. Egeria densa es una planta dulceacuícola presente en el río Gascón de Santiago de Cuba, expuesta a la contaminación de las aguas. En este trabajo se evalúan biomarcadores no enzimáticos y enzimáticos del estrés oxidativo en muestras de hoja de Egeria densa en cuatro estaciones de muestreo con el objetivo de estudiar la respuesta fisiológica frente a la contaminación antrópica. Los resultados evidencian un incremento de todos los biomarcadores no enzimáticos ensayados de daño celular hacia la estación más antropizada como el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) y compuestos reactivos similares al malondialdehído (MDA), indicando daño celular. Los biomarcadores de actividad antioxidante ascorbato y el poder reductor NADH+NADPH se incrementaron de la estación menos a la más contaminada. Disminuye el índice de feofitinización hacia la estación más antropizada, por lo que hay mayor degradación de las clorofilas a feofórbidos, corroborando el daño fisiológico. La actividad enzimática oxidante de fenoles en las estaciones del río Gascón mostró que a mayor contaminación, menor actividad. Tabla No 1. Parámetros físico-químicos determinados en las muestras de agua de cada estación. a) Relación entre las variables malondialdehído (MDA) y peróxido de hidrógeno (H 2 0 2 ) por estaciones de muestreo. Figura No. 2. Valores promedios de la concentración de proteínas por estaciones de muestreo. Cervilla (2009), Solanum licopersicum Siwela et al. (2010), Lymnaea natalensis Maleva et al. (2012), Elodea Acosta (2014), Myrtus communis L. y Eugenia myrtifolia L. b) Relación entre las variables ascorbato y NADH+NADPH por estaciones de muestreo. Figura No. 3. Relación entre las variables del daño oxidativo (a) y de la respuesta antioxidante (b) por estaciones de muestreo. Focos contaminantes de diferentes orígenes: Centro Urbano del Distrito José Martí, Reparto Marimón, Fábrica de Asbesto Cemento y el Combinado Textil Celia Sánchez Manduley (Guerra y Prieto, 1989). Figura No. 4. Comportamiento de índices del funcionamiento celular Figura No. 1. a) Representación esquemática de la distribución de las estaciones a lo largo del río Gascón b) Imágenes de las zonas con mayor efecto antrópico (izquierda) y con menor efecto antrópico (derecha) a) b) Larras et al., 2013 Acosta (2014), Myrtus communis L. y Eugenia myrtifolia L. Restrepo, et al. (2013), Zea mays l. (Li et al., 2013; Vidal-Liñán, et al, 2014) Garty et al., (1993)