Paraquat-Induced Retinal Degeneration Is Exaggerated in CX3CR1-Deficient Mice and Is Associated with Increased Retinal Inflammation

PURPOSE:
To investigate the role of the Fractalkine receptor CX3CR1 pathway in oxidative insults-mediated retinal degeneration and immune activation.
METHODS:
A prooxidant, paraquat (0.75 µM) was injected into the vitreous of C57BL/6J, CX3CR1(gpf/+), and CX3CR1(gfp/gfp) mice. Retinal lesions were investigated clinically by topic endoscopic fundus imaging and fluorescence angiography, and pathologically by light- and electron microscopy. Retinal immune gene expression was determined by real-time RT-PCR. Microglial activation and immune cell infiltration were examined by confocal microscopy of retinal flatmounts.
RESULTS:
Intravitreal injection of paraquat (0.75 µM) resulted in acute retinal capillary nonperfusion within 2 days, which improved from 4 days to 4 weeks postinjection (p.i.). Panretinal degeneration was observed at 4 days p.i. and progressed further at 4 weeks p.i. In the absence of CX3CR1, retinal degeneration was exaggerated and was accompanied by increased TNF-a, iNOS, IL-1ß, Ccl2, and Casp-1 gene expression. Confocal microscopy of retinal flatmounts revealed microglial activation and CD44(+)MHC-II(+) monocyte and GR1(+) neutrophil infiltration in paraquat-injected eyes. The number of activated microglia and infiltrating leukocytes was significantly higher in CX3CR1(gfp/gfp) mice than in CX3CR1(gfp/+) mice.
CONCLUSIONS:
Our results suggest that the CX3CR1 signaling pathway may play an important role in controlling retinal inflammation under oxidative and ischemia/reperfusion conditions. In the absence of CX3CR1, uncontrolled retinal inflammation results in exaggerated retinal degeneration.

Genotoxic risk of herbicides to Anguilla anguilla L.

No contexto dos contaminantes aquáticos, os herbicidas são considerados como um dos grupos mais perigosos. Uma vez aplicados, estes são facilmente transportados para cursos de água, quer devido a uma pulverização pouco cuidada ou devido a fenómenos de escorrência superficial e/ou subterrânea. A presença destes agroquímicos no ambiente tem vindo a ser associada a efeitos nefastos em organismos não-alvo, como é o caso dos peixes. Contudo, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito à informação científica relacionada com o seu impacto genotóxico. Deste modo, a presente tese foi delineada com o intuito de avaliar o risco genotóxico em peixes de duas formulações de herbicidas: o Roundup®, que tem como princípio activo o glifosato, e o Garlon®, que apresenta o triclopir na base da sua constituição, produtos estes largamente utilizados na limpeza de campos agrícolas, assim como em florestas. Foi ainda planeado desenvolver uma base de conhecimento no que diz respeito aos mecanismos de dano do ADN. Como último objectivo, pretendeu-se contribuir para a mitigação dos efeitos dos agroquímicos no biota aquático, nomeadamente em peixes, fornecendo dados científicos no sentido de melhorar as práticas agrícolas e florestais. Este estudo foi realizado adoptando a enguia europeia (Anguilla anguilla L.) como organismo-teste, e submetendo-a a exposições de curta duração (1 e 3 dias) dos produtos comerciais mencionados, em concentrações consideradas ambientalmente realistas. Para a avaliação da genotoxicidade foram aplicadas duas metodologias: o ensaio do cometa e o teste das anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Enquanto o ensaio do cometa detecta quebras na cadeia do ADN, um dano passível de ser reparado, o aparecimento das ANE revela lesões cromossomais, sinalizando um tipo de dano de difícil reparação. O ensaio do cometa foi ainda melhorado com uma nova etapa que incluiu a incubação com enzimas de reparação (FPG e EndoIII), permitindo perceber a ocorrência de dano oxidativo no ADN. No que diz respeito ao Roundup®, o envolvimento do sistema antioxidante como indicador de um estado próoxidante foi também alvo de estudo. Uma vez que as referidas formulações se apresentam sob a forma de misturas, o potencial genotóxico dos seus princípios activos foi também avaliado individualmente. No caso particular do Roundup®, também foram estudados o seu surfactante (amina polietoxilada; POEA) e o principal metabolito ambiental (ácido aminometilfosfórico; AMPA). Os resultados obtidos mostraram a capacidade do Roundup® em induzir tanto dano no ADN (em células de sangue, guelras e fígado) como dano cromossómico (em células de sangue). A investigação sobre o possível envolvimento do stresse oxidativo demonstrou que o tipo de dano no ADN varia com as concentrações testadas e com a duração da exposição. Deste modo, com o aumento do tempo de exposição, os processos relacionados com o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio (ERO) ganharam preponderância como mecanismo de dano no ADN, facto que é corroborado pela activação do sistema antioxidante observado nas guelras, assim como pelo aumento dos sítios sensíveis a FPG em hepatócitos. O glifosato e o POEA foram também considerados genotóxicos. O POEA mostrou induzir uma maior extensão de dano no ADN, tanto comparado com o glifosato como com a mistura comercial. Apesar de ambos os componentes contribuirem para a genotoxicidade da formulação, a soma dos seus efeitos individuais nunca foi observada, apontando para um antagonismo entre eles e indicando que o POEA não aumenta o risco associado ao princípio activo. Deste modo, realça-se a necessidade de regulamentar limiares de segurança para todos os componentes da formulação, recomendando, em particular, a revisão da classificação do risco do POEA (actualmente classificado com “inerte”). Uma vez confirmada a capacidade do principal metabolito do glifosato – AMPA – em exercer dano no ADN assim como dano cromossómico, os produtos da degradação ambiental dos princípios activos assumem-se como um problema silencioso, realçando assim a importância de incluir o AMPA na avaliação do risco relacionado com herbicidas com base no glifosato. A formulação Garlon® e o seu princípio activo triclopir mostraram um claro potencial genotóxico. Adicionalmente, o Garlon® mostrou possuir um potencial genotóxico mais elevado do que o seu princípio activo. No entanto, a capacidade de infligir dano oxidativo no ADN não foi demonstrada para nenhum dos agentes. No que concerne à avaliação da progressão do dano após a remoção da fonte de contaminação, nem os peixes expostos a Roundup® nem os expostos a Garlon® conseguiram restaurar completamente a integridade do seu ADN ao fim de 14 dias. No que concerne ao Roundup®, o uso de enzimas de reparação de lesões específicas do ADN associado ao teste do cometa permitiu detectar um aparecimento tardio de dano oxidativo, indicando deste modo um decaimento progressivo da protecção antioxidante e ainda uma incapacidade de reparar este tipo de dano. O período de pós-exposição correspondente ao Garlon® revelou uma tendência de diminuição dos níveis de dano, apesar de nunca se observar uma completa recuperação. Ainda assim, foi evidente uma intervenção eficiente das enzimas de reparação do ADN, mais concretamente as direccionadas às purinas oxidadas. A avaliação das metodologias adoptadas tornou evidente que o procedimento base do ensaio do cometa, que detecta apenas o dano nãoespecífico no ADN, possui algumas limitações quando comparado com a metodologia que incluiu a incubação com as enzimas de reparação, uma vez que a última mostrou reduzir a possibilidade de ocorrência de resultados falsos negativos. Os dois parâmetros adoptados (ensaio do cometa e teste das ANE) demonstraram possuir aptidões complementares, sendo assim recomendado a sua utilização conjunta com vista a efectuar uma avaliação mais adequada do risco genotóxico. Globalmente, os resultados obtidos forneceram indicações de grande utilidade para as entidades reguladoras, contribuindo ainda para a (re)formulação de medidas de conservação do ambiente aquático. Neste sentido, os dados obtidos apontam para a importância da avaliação de risco dos herbicidas incluir testes de genotoxicidade. A magnitude de risco detectada para ambas as formulações adverte para a necessidade de adopção de medidas restritivas em relação à sua aplicação na proximidade de cursos de água. Como medidas mitigadoras de impactos ambientais, aponta-se o desenvolvimento de formulações que incorporem adjuvantes selecionados com base na sua baixa toxicidade.

Desenvolupament de metodologia analítica per al seguiment d'herbicides fenoxiacètics i cafeïna en el medi ambient

El control d'herbicides i altres anàlits orgànics presents en el medi ambient constitueix una pràctica habitual en els laboratoris des de l'establiment de legislacions que limiten la seva concentració. Per aquesta raó, cal el desenvolupament de noves metodologies analítiques per al seguiment de compostos orgànics en el medi. Molt sovint aquests anàlits es troben a nivells traça en aigües i sòls, conjuntament amb un alt contingut de substàncies húmiques i fúlviques. Així, un dels reptes existents és el tractament de la mostra (extracció, concentració i "clean-up" d'aquests anàlits per a una bona quantificació). Aquests processos han de venir complementats per tècniques cromatogràfiques que permetin la mesura final dels anàlits. La investigació que es presenta en aquesta tesi es centra en el desenvolupament d'un mètode per a la determinació de 2,4-D i MCPA i els seus metabòlits fenòlics i d'un altre per a la determinació de cafeïna. El primer dels procediments desenvolupats s'ha aplicat al seguiment dels herbicides i els metabòlits fenòlics en sòls d'un camp de golf, mentre que el segon s'ha emprat per a la determinació de cafeïna en aigües naturals i, posteriorment, en aigües residuals.

Studies on weed infestation and tea growth under various weed management methods in a young Tea (Camellia sinensis [L.] kuntze) plantation

A field experiment was conducted in the low country of Sri Lanka, during the period 1994–1995 to investigate the severity of weed infestation and tea growth in relation to weed management methods in newly established tea (Camellia sinensis[L.] Kuntze). Manual weeding (hand and slash weeding) at various intervals was compared with various herbicides, with or without mulching. Weed control with herbicides was superior to that of hand weeding at 6-week intervals or more. Weed control with oxyfluorfen at 0.29 kg ai ha−1 + paraquat at 0.17 kg ai ha−1 or glyphosate at 0.99 kg ai ha−1 + kaolin at 3.42 kg ha−1 were superior. Plots unweeded for 12 weeks or more produced significantly greater (P < 0.05) weed biomass than plots unweeded for 6 weeks. Although the least weed dry weight (P < 0.05) and the greatest number of weed species were recorded with hand weeding at 2 week intervals, there was no particular benefit on tea growth when compared with hand weeding at 6 and 12 week intervals. Inter row mulching in chemically treated plots was more favorable for tea growth than no mulching, while living weed cover in unmulched slash weeded plots suppressed tea growth. A combination of mulching and herbicides, particularly oxyfluorfen and paraquat, followed by hand weeding at least every 6–8 weeks was considered the most appropriate weed management system for young tea.

Development of a sequential injection-square wave voltammetry method for determination of paraquat in water samples employing the hanging mercury drop electrode

This work describes the development and optimization of a sequential injection method to automate the determination of paraquat by square-wave voltammetry employing a hanging mercury drop electrode. Automation by sequential injection enhanced the sampling throughput, improving the sensitivity and precision of the measurements as a consequence of the highly reproducible and efficient conditions of mass transport of the analyte toward the electrode surface. For instance, 212 analyses can be made per hour if the sample/standard solution is prepared off-line and the sequential injection system is used just to inject the solution towards the flow cell. In-line sample conditioning reduces the sampling frequency to 44 h(-1). Experiments were performed in 0.10 M NaCl, which was the carrier solution, using a frequency of 200 Hz, a pulse height of 25 mV, a potential step of 2 mV, and a flow rate of 100 mu L s(-1). For a concentration range between 0.010 and 0.25 mg L(-1), the current (i(p), mu A) read at the potential corresponding to the peak maximum fitted the following linear equation with the paraquat concentration (mg L(-1)): ip = (-20.5 +/- 0.3) Cparaquat -(0.02 +/- 0.03). The limits of detection and quantification were 2.0 and 7.0 mu g L(-1), respectively. The accuracy of the method was evaluated by recovery studies using spiked water samples that were also analyzed by molecular absorption spectrophotometry after reduction of paraquat with sodium dithionite in an alkaline medium. No evidence of statistically significant differences between the two methods was observed at the 95% confidence level.

Application of a hybrid MBR system to treat herbicides from agricultural runoffs

Agricultural discharge of herbicides to the Great Barrier Reef (GBR) poses significant threat to the marine ecosystem. This study evaluates the performance of a hybrid treatment system consists of a membrane bioreactor (MBR), UV disinfection unit and a granular activated carbon (GAC) column in treating Ametryn which is one of the major herbicides in agricultural discharges. While the MBR alone removes only 40% of Ametryn at a hydraulic retention time of 7.8 hours, the hybrid system removed Ametryn to below detection levels.

Poly(epsilon-caprolactone)nanocapsules as carrier systems for herbicides: Physico-chemical characterization and genotoxicity evaluation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Paraquat-loaded alginate/chitosan nanoparticles: Preparation, characterization and soil sorption studies

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Controle químico de biótipos de buva (Conyza canadensis e Conyza bonariensis) resistentes ao glyphosate

Studies were conducted at Estacao Experimental de Citricultura de Bebedouro, SP to evaluate the response of glyphosate-resistant horseweed and hairy fleabane biotypes to herbicides glyphosate, bromacil + diuron, diuron e paraquat isolated and in mixture and effect of a sequential application of glyphosate. The experimental design was of complete randomized blocks with four replication and seven treatments. The herbicides were applied with costal sprayer, constant pressure with three nozzles TT110015, the equivalent spray volume was 150 L ha(-1). The control was visually evaluated, trough percentile note scale. The best results were obtained to general control of weed with diuron isolated and glyphosate in mixture with bromacil + diuron while to glyphosate-resistant horseweed and hairy fleabane there was no difference between the treatments. After sequential application to Conyza sp control, the best treatment was obtained associated with diuron and bromacil+diuron.

Superação de dormência das sementese controle químico de plantas de Momordicacharantia L

This experiment were performed to evaluate methods of seeds scarification for overcoming dormancy and the efficacy of six herbicides registered for sugarcane to control adult plants of Mcharantia. The experimental design was completely randomized, with four replications in both trials. The first trial is a factorial 2x8 (two times of seeds collection (2006 and 2007) with eight methods of breaking dormancy (mechanical scarification; 100% and 50% concentrated sulfuric acid; 2% potassium nitrate for three and six hours; heat dried at 60 degrees C; hot water at 60 degrees C and an untreated control). In the second trial evaluated the control of M. charantia through six different herbicides: Imazapic, Metsulfuron-methyl, Metribuzin, 2,4-D, Amicarbazone, Paraquat and a control without herbicide application. Thus, it can be concluded that the seeds were immersed in concentrated sulfuric acid for three minutes and potassium nitrate for three hours gave a higher percentage and germination speed and the herbicide Metribuzin reached, albeit belatedly, a total control of M. charantia.

Germination and mycelial growth of Bipolaris euphorbiae Muchovej & Carvalho as influenced by herbicides and surfactants

Bipolaris euphorbiae Muchovej & Carvalho é um forte candidato para o controle de Euphorbia heterophylla L. (amendoim bravo). Este fungo pode ser aplicado em combinação com herbicidas para controlar um maior espectro de espécies daninhas. Para tanto, experimentos laboratoriais foram realizados para verificar a possibilidade da utilização de mistura de tanque de esporos de B. euphorbiae e herbicidas ou surfatantes recomendados para a cultura da soja. Crescimento micelial e germinação de conídios foram avaliados em meio BDA acrescido dos herbicidas, nas concentrações recomendadas dos produtos comerciais, oxasulfuron (80 g/ha), glifosato (4 L/ha), bentazon (1.5 L/ha), fomesafen (1 L/ha), chlorimuron-ethyl (80 g/ha), lactofen (1 L/ha) e imazetaphyr (1 L/ha) e dos surfatantes Energic (2 ml/L), Aterbane (2,5 ml/L), Silwet L-77Ag (1 ml/L), Herbitensil (2 ml/L) e Natur L'óleo (10 ml/L). Diluições dos herbicidas de 50% e 25% foram avaliadas com um consumo de calda equivalente a 300 L/ha. Os surfatantes foram somente utilizados nas concentrações recomendadas. O crescimento micelial não foi afetado por bentazon e fomesafen e apenas levemente por oxasulfuron. Porém, glifosato, chlorimuron-ethyl, lactofen, Energic, Herbitensil, Silwet, e Aterbane o reduziram drasticamente. A redução observada com imazetaphyr foi intermediária e Natur L' óleo promoveu o crescimento micelial. Na presença dos surfatantes, observou-se que todos permitiram uma porcentagem de germinação equivalente àquela alcançada na presença de água. Energic e Herbitensil causaram um retardamento expressivo. Com Herbitensil, o processo germinativo iniciou somente aos 120 minutos. Com herbicidas, foi observado que somente na presença de glifosato e imazetaphyr a germinação dos conídios não seguiu a tendência observada com água, como ocorreu com os outros produtos testados.