Cytotoxicity of Degradation Products of Emerging Microcontaminants in Freshwater Microalga Raphidocelis Subcapitata
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http://hdl.handle.net/2183/29141Colecciones
- Bioloxía, Grao en [438]
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Cytotoxicity of Degradation Products of Emerging Microcontaminants in Freshwater Microalga Raphidocelis SubcapitataTítulo(s) alternativo(s)
Citotoxicidad de los productos de degradación de microcontaminantes emergentes sobre la microalga dulceacuícola Raphidocelis subcapitataCitotoxicidade dos produtos de degradación de microcontaminantes emerxentes sobre a microalga doceacuícola Raphidocelis subcapitata
Autor(es)
Directores
Rioboo, CarmenFecha
2021Centro/Dpto/Entidad
Universidade da Coruña. Facultade de CienciasDescripción
Traballo fin de grao (UDC.CIE). Bioloxía. Curso 2020/2021Resumen
[Abstract] Emerging contaminants (EC), such as pharmaceuticals, pose a potential risk in
aquatic environments since their presence in water media can induce toxic effects onto the
environment’s biota. This kind of compounds, not completely degraded after their
use/application, can easily reach different water bodies, like lakes or oceans, given that
many water treatment systems cannot efficiently eliminate them nowadays. Thus, it is of
great concern the potential negative effect these compounds can cause on representative
organisms of these environments, such as microalgae, given their essential role on the
trophic net as primary productors. In recent years, advance oxidation processes (AOP)
have been researched as promising mechanisms of remediation and elimination of these
emerging contaminants from aquatic environments.
In the present study several experiments were carried out in order to test the possible toxic
effect of the antibiotic and emerging contaminant sulfamethoxazole (SMX) on the freshwater
microalga Raphidocelis subcapitata. For that, several parameters, like proliferation, viability,
vitality, photosystem II’s quantum yield, oxidative stress, and potential of cytoplasmic and
mitochondrial membrane were monitored through flow cytometry (FCM). The effective
concentration of SMX that induces a 10% inhibition on the growth of the microalga was
calculated (EC10). Furthermore, the toxicity of photolyzed SMX (PLSMX), obtained after
exposure of SMX solutions at their EC10 to UV light, was also studied by monitoring of the
same parameters.
The results obtained demonstrated that exposure to both compounds, pure and photolyzed,
significantly induces (p<0.05) great levels of cells with low vitality. Nevertheless, PLSMX
also induces total cell growth inhibition and the decrease of daughter cells percentage.
Further, the cells also show a loss in cell viability and a decrease on the quantum yield of
their photosystem II. Moreover, R. subcapitata exposed to PLSMX also exhibited enhanced
levels of intercellular reactive oxygen species (ROS) production and great values of cells
with both cytoplasmic and mitochondrial depolarized membranes.
From the results obtained it can be concluded that PLSMX showed a greater toxic effect on
the studied microalga compared to pure SMX. This has great ecological relevance, since
remediation of SMX by AOP could affect the aquatic environments in a more toxic manner
compared to pure SMX, scenario aggravated by the fact that microalgae are the
fundamental primary productors of these environments. Thus, further research on SMX
remediation is needed. [Resumo] Os contaminantes emerxentes (EC), coma os medicamentos, supoñen un potencial
risco nos medios acuáticos dado que a súa presencia nestes ambientes pode inducir
efectos tóxicos na biota do medio. Este tipo de compostos, os cales non se degradan
completamente despois do seu uso/aplicación, poden alcanzar facilmente diferentes masas
de auga, coma lagos ou océanos, dado que a día de hoxe os sistemas de tratado de auga
non as poden eliminar de maneira eficiente. Polo tanto, é de elevada preocupación o
potencial efecto negativo que estes compostos poden causar nos organismos
representativos destes medios, coma as microalgas, dado o seu papel esencial na rede
trófica coma produtores primarios. En anos recentes, os procesos de oxidación avanzada
(AOP) foron investigados como mecanismos prometedores de remediación e eliminación
destes contaminantes emerxentes en medios acuáticos.
Neste estudo varios experimentos foro levados a cabo para comprobar o posible efecto
tóxico do antibiótico e contaminante emerxente sulfametoxazol (SMX) na microalga de auga
doce Raphidocelis subcapitata. Para iso, varios parámetros, coma a proliferación celular, a
viabilidade, a vitalidade, o rendemento cuántico do fotosistema II, o estrés oxidativo, e o
potencial das membranas citoplasmática e mitocondrial foron monitorizados por citometría
de fluxo (FCM). A concentración efectiva de SMX que induce unha inhibición do 10% no
crecemento da microalga foi calculada (EC10). Por outra parte, a toxicidade de SMX
fotolizado (PLSMX), obtido logo da exposición de solucións de SMX na súa EC10 con luz
UV, tamén foi estudiada por monitorización dos mesmos parámetros.
Os resultados obtidos demostraron que a exposición de R. subcapitata a ambos compostos,
puro e fotolizado, induce significativamente (p<0.05) elevados niveis de células con baixa
actividade metabólica. Sen embargo, PLSMX tamén induce a inhibición total do crecemento
celular e a redución da porcentaxe de células fillas. Ademais, as células tamén mostran
unha perda da viabilidade celular e unha redución no rendemento cuántico do fotosistema
II. Adicionalmente, R. subcapitata exposta a PLSMX tamén exhibiu niveles elevados de
produción intracelular de especies reactivas de osíxeno (ROS) e de células con membrana
citoplasmática e mitocondrial despolarizadas.
Cos resultados obtidos pódese concluír que PLSMX mostrou un maior efecto tóxico na
microalga estudiada en comparación con SMX puro. Isto é de gran relevancia ecolóxica,
dado que a remediación de SMX con AOP pode afectar aos medios acuáticos dunha
maneira máis tóxica ca SMX puro, escenario agravado polo feito de que as microalgas son
os produtores primarios fundamentais destes medios. Polo tanto, maior investigación na
remediación de SMX é necesaria. [Resumen] Los contaminantes emergentes (EC), como los fármacos, suponen un potencial
riesgo en los ecosistemas acuáticos dado que su presencia en estos ambientes puede
inducir efectos tóxicos en la biota del medio. Este tipo de compuestos, los cuales no se
degradan completamente después de su uso/aplicación, pueden alcanzar fácilmente
diferentes masas de agua, como lagos u océanos, dado que a día de hoy los sistemas de
tratamiento de aguas no los pueden eliminar de manera eficiente. Por lo tanto, es de
elevada preocupación el potencial efecto negativo que estos compuestos pueden causar
en los organismos representativos de estos medios, como las microalgas, dado su papel
esencial en la red trófica como productores primarios. En años recientes, los procesos de
oxidación avanzada (AOP) han sido investigados como mecanismos prometedores de
remediación y eliminación de estos contaminantes emergentes en medios acuáticos.
En este estudio varios experimentos fueron llevados a cabo para comprobar el posible
efecto tóxico del antibiótico y contaminante emergente sulfametoxazol (SMX) en la
microalga de agua dulce Raphidocelis subcapitata. Para ello, varios parámetros, como la
proliferación celular, la viabilidad, la vitalidad, el rendimiento cuántico del fotosistema II, el
estrés oxidativo, o el potencial de las membranas citoplasmática y mitocondrial fueron
monitorizados por citometría de flujo (FCM)., La concentración efectiva de SMX que induce
una inhibición del 10% en el crecimiento de la microalga fue calculada (EC10). Por otra parte,
la toxicidad de SMX fotolizado (PLSMX), obtenido luego de la exposición de soluciones de
SMX en su EC10 con luz UV, también fue estudiada por monitorización de los mismos
parámetros.
Los resultados obtenidos demostraron que la exposición de R. subcapitata a ambos
compuestos, puro y fotolizado, induce significativamente (p<0.05) elevados niveles de
células con baja vitalidad. Sin embargo, PLSMX también induce la inhibición total del
crecimiento y la reducción del porcentaje de células hijas. Además, las células también
muestran una pérdida de viabilidad celular y una reducción en su rendimiento cuántico del
fotosistema II. Adicionalmente, R. subcapitata expuesta a PLSMX también exhibió niveles
elevados de producción intracelular de especies reactivas de oxígeno (ROS) y de células
con membrana citoplasmática y mitocondrial despolarizadas.
Con los resultados obtenidos se puede concluir que PLSXM mostró un mayor efecto tóxico
en la microalga estudiada en comparación con SMX puro. Esto es de gran relevancia
ecológica, dado que la remediación de SMX con AOP puede afectar a los medios acuáticos
de una manera más tóxica que el SMX puro, escenario agravado por el hecho de que las
microalgas son los productores primarios fundamentales de estos medios. Por lo tanto,
mayor investigación en la remediación de SMX es necesaria.
Palabras clave
Emerging contaminant (EC)
Cytotoxicity
Effective concentration
Advanced oxidation process (AOP)
Flow cytometry (FCM)
Antibiotic
Sulfamethoxazole (SMX)
Reactive oxygen species (ROS)
Contaminante emerxente (EC)
Citotoxicidade
Concentración efectiva
Procesos de oxidación avanzada (AOP)
Citometría de fluxo (FCM)
Antibiótico
Sulfametoxazol (SMX)
Especies reactivas de osíxeno (ROS)
Contaminante emergente (EC)
Citotoxicidad
Citometría de flujo (FCM)
Especies reactivas de oxígeno (ROS)
Cytotoxicity
Effective concentration
Advanced oxidation process (AOP)
Flow cytometry (FCM)
Antibiotic
Sulfamethoxazole (SMX)
Reactive oxygen species (ROS)
Contaminante emerxente (EC)
Citotoxicidade
Concentración efectiva
Procesos de oxidación avanzada (AOP)
Citometría de fluxo (FCM)
Antibiótico
Sulfametoxazol (SMX)
Especies reactivas de osíxeno (ROS)
Contaminante emergente (EC)
Citotoxicidad
Citometría de flujo (FCM)
Especies reactivas de oxígeno (ROS)
Derechos
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