Interações do lantânio e cério com microalgas dos gêneros Monoraphidium e Scenedesmus

Os elementos de terras raras, representados em sua maioria pelos lantanídeos, ocorrem principalmente como constituintes-traço da maioria dos minerais de rochas comuns (monazita, apatita) e também estão presentes em alguns minérios. Tais elementos foram largamente usados por décadas como fertilizantes na China. Na área das inovações tecnológicas, a demanda por esses metais vem crescendo por conta das suas aplicações em diversos campos. Consequentemente, grandes quantidades desses elementos são acumulados em ambientes aquáticos atingindo o fitoplâncton. Assim, as microalgas que são organismos ecologicamente importantes na cadeia alimentar têm sido frequentemente usadas em estudos ambientais para avaliar a toxicidade relativa de várias descargas químicas e são largamente estudadas na detecção dos primeiros impactos no ecossistema. Somado a isso, são biomassas que possuem boa capacidade de biossorção de metais devido à presença de ligantes na sua estrutura que promovem a captação deles quando em solução. Dessa forma, as interações entre as microalgas verdes Monoraphidium e Scenedesmus e os íons La3+ e Ce3+ foram investigadas neste trabalho. Para isso, foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação do La3+ pelas duas microalgas verdes. Adicionalmente, estudos em batelada da biossorção do La3+ e Ce3+ em soluções contendo os elementos isoladamente ou em combinação foram realizados. No estudo de toxicidade e de bioacumulação o meio de cultivo utilizado foi o ASM-1, com e sem presença de La3+ (10 mg.L-1 a 100 mg.L-1), onde o efeito tóxico do metal foi monitorado por análises micro e macroscópica das células e também pela quantificação do crescimento celular baseada em medidas da massa seca. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para ambas as microalgas. Os resultados obtidos mostraram que o efeito tóxico do metal foi presente em concentrações iônicas de 50 e 100 mg.L-1 e que houve uma bioconcentração do La3+ em ambas espécies de microalgas, principalmente quando a concentração inicial do La3+ foi de 10 e 25 mg.L-1, mostrando que houve uma relação direta entre a bioconcentração e a toxicidade do La3+. O gênero Monoraphidium bioconcentrou mais metal que o gênero Scenedesmus. Os resultados da biossorção dos metais em solução monoelementar mostraram que as microalgas apresentaram grande capacidade de captação do La3+ (20,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 17,8 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.) e do Ce3+ (25,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 11,5 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.). Os resultados obtidos revelaram que os dados melhor se ajustaram ao modelo de Freundlich, na maioria dos casos. Em sistema binário, notou-se que houve uma menor captação de cada um individualmente, evidenciando uma competição entre eles pelos mesmos sítios ligantes e que ambas apresentaram maior afinidade pelo Ce3+

A influência do metabolismo redox na transmissão da doença de Chagas

As formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi proliferam e se diferenciam no interior de diferentes compartimentos do trato digestivo dos triatomíneos. Esses ambientes antagônicos, no que diz respeito à concentração de nutrientes, pH e status redox, constituem um desafio para o protozoário por conterem moléculas e fatores capazes de deflagrar diferentes sinalizações e respostas no parasito. Por isso, testamos a influência de produtos abundantes do metabolismo do vetor e de status redox distintos, frente aos processos de proliferação e diferenciação in vivo e in vitro. Como exemplo temos o heme e a hemozoína, subprodutos da digestão da hemoglobina, e o urato, rico na urina dos insetos. O heme é uma importante molécula em todos os seres vivos. Nosso grupo mostrou seu papel na proliferação in vitro de T. cruzi e que esse sinal é governado pela enzima redox-sensível CaMKII (Lara et al., 2007; Souza et al., 2009). Esse efeito parece depender de uma sinalização redox, onde o heme e não seus análigos induz a formação de EROs, modulando a atividade da CaMKII (Nogueira et al, 2011). Apesar de gerar espécies reativas de oxigênio (EROs) em formas epimastigotas, o heme não alterou a ultraestrutura desses parasitos mostrando uma adaptação a ambientes oxidantes. Além disso, a adição de FCCP inibiu a formação de EROs mitocondrial, diminuindo a proliferação dos parasitos. Em contrapartida, a AA aumentou drasticamente a produção de EROs mitocondrial levando à morte dos epimastigotas. Estes resultados confirmam a hipótese de regulação redox do crescimento de epimastigotas. A formação de β- hematina (hemozoína) constitui uma elegante estratégia para minimizar o efeito tóxico do heme nos insetos hematófagos. Contudo, a β-hematina não influenciou a proliferação ou a metaciclogênese in vitro. Já o urato, e outros antioxidantes clássicos como o GSH e o NAC prejudicaram a proliferação in vitro de epimastigotas. Estes efeitos foram parcialmente revertidos quando os antioxidantes foram incubados juntamente com o heme. Durante a metaciclogênese in vitro, o NAC e o urato induziram um aumento significativo das formas tripomastigotas e levaram a diminuição da porcentagem de formas epimastigotas. Em contrapartida, o heme e a β-hematina apresentaram o efeito oposto, diminuindo a porcentagem de formas tripomastigotas e aumentando a de epimastigotas. No intuito de confirmar a influencia do status redox na biologia do parasito in vivo, nós quantificamos a carga parasitária nas porções anterior e posterior e no reto do triatomíneo alimentado na presença ou na ausência de NAC e urato por qPCR. O tratamento com os antioxidantes aumentou a carga parasitária em todas as partes do intestino analisadas. Posteriormente, para diferenciar as formas evolutivas responsáveis pelo incremento da carga parasitária, foram realizadas contagens diferenciais nas mesmas porções do intestino do inseto vetor. Cinco dias após a infecção foi observado aumento significativo de formas tripomastigotas e diminuição de formas epimastigotas in vivo. Em conjunto, estes dados sugerem que, assim como a concentração de nutrientes e o pH, o status redox também pode influenciar a biologia do T. cruzi no interior do inseto vetor. Neste cenário, moléculas oxidantes agiriam a favor da proliferação, e em contraste, antioxidantes parecem favorecer a metaciclogênese.

Perfil de secreção de citocinas e de ativação de células endoteliais após interação com cepas selvagens e mutantes de Aspergillus fumigatus

Apesar do desenvolvimento de novas drogas antifúngicas e da sua utilização como terapia profilática visando à prevenção de infecções fúngicas invasivas, estas ainda constituem-se num problema emergente, com elevadas taxas de mortalidade. Neste contexto, destaca-se a aspergilose invasiva, uma infecção fúngica oportunista que acomete pacientes com neutropenia profunda e prolongada, principalmente os pacientes com leucemia aguda ou submetidos a transplante de medula óssea. Aspergillus fumigatus, um fungo filamentoso, é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, sendo um patógeno angioinvasivo. As hifas deste fungo são capazes de causar injúria e ativação endotelial, induzindo o endotélio a um fenótipo pró-trombótico, que por sua vez, é mediado pela secreção de citocinas pró-inflamatórias, em especial, o TNF-α. O presente trabalho teve como objetivo estudar a capacidade de cepas mutantes de A. fumigatus em ativar células endoteliais, avaliando o perfil de secreção de citocinas em meio condicionado e a expressão de fator tecidual. Resumidamente, monocamadas confluentes de células endoteliais isoladas da veia umbilical humana foram incubadas com conídios e tubos germinativos de cepas selvagens (Af293 e Ku80) e mutantes (Δugm1, ΔcalA, ΔcrzA, ΔprtT) de A. fumigatus. A taxa de adesão e endocitose destas cepas às monocamadas de HUVEC foi avaliada a partir de um ensaio quantitativo de imunofluorescência diferencial. O perfil cinético de secreção de citocinas foi determinado em meio condicionado das HUVECs, por ensaio de multiplex para IL-6, IL-8 e TNF-α. A ativação endotelial, por sua vez, foi determinada pela expressão de fator tecidual por RT-PCR em tempo real. Os resultados obtidos demonstraram que a mutante para o gene ugm1, responsável por codificar a enzima UDP-galactopiranose mutase, que converte resíduos de galactopiranose a galactofuranose, apresentou um fenótipo hiperaderente às células endoteliais e um estímulo 10 vezes maior à secreção de TNF-α e 2,5 vezes maior a secreção de IL-6, quando comparada a ativação observada para as cepas selvagens. A galactofuranose é um componente importante de glicoconjugados da parede celular de A. fumigatus. Dessa forma, a ausência desse monossacarídeo na célula fúngica leva a um mecanismo compensatório caracterizado por um aumento na expressão de moléculas de galactosaminogalactana na parede celular. De maneira contrária, mutantes para os genes calA e crzA, apresentaram um fenótipo hipoaderente às HUVECs e uma perda na capacidade de induzir a secreção de citocinas e ativar o endotélio. Essas mutantes apresentam deleções que interferem na via de cálcio/calcineurina, responsável por regular a morfogênese e virulência de A. fumigatus, além de apresentarem alterações no conteúdo de beta-1-3 glucana. Já a cepa ΔprtT, mutante para o fator de transcrição prtT que regula a secreção de múltiplas proteases, apresentou um fenótipo de adesão, estímulo e ativação endotelial semelhante ao observado para as cepas selvagens. A comparação entre a capacidade de conídios e tubos germinativos em ativar células endoteliais, corroborou achados anteriores da literatura que reportam que só hifas são capazes de ativar células endoteliais, independentemente da sua viabilidade. Os dados deste estudo permitiram concluir que dentre os componentes de superfície celular de A. fumigatus, os polímeros de galactose, em especial a galactosaminogalactana, parecem ser responsáveis, pelo menos em parte, pelos mecanismos de interação e ativação endotelial.

Enzimas antioxidantes em sangue de peixes expostos à hipoxia e hiperoxia

O oxigênio é importante não só por sua participação no metabolismo energético, mas também por sua conversão em derivados parcialmente reduzidos, as espécies reativas de oxigênio (ERO). ERO participam de funções importantes em diversas vias do metabolismo, entretanto, em concentrações desequilibradamente elevadas deflagram a peroxidação lipídica, processo deletério que forma aldeídos tóxicos, como o 4-hidroxi-2-nonenal (4-HNE). A manutenção de concentrações não deletérias das ERO é realizada por moléculas componentes do sistema antioxidante. Peixes podem ser expostos a grandes variações das concentrações de oxigênio, o que provoca ciclos oxidantes. A maioria dos estudos usa fígado e rim para avaliar estresse oxidante por meio de ensaios das atividades antioxidantes, o que requer o sacrifício dos animais. Contudo, o sangue sofre efeitos das ERO e avaliações no sangue podem permitir o estudo de antioxidantes no mesmo animal, sem a necessidade de sacrifício. Em consequência, foram nossos objetivos estabelecer uma técnica de cateterismo branquial em peixes, a padronização dos ensaios e a avaliação em sangue de componentes do sistema antioxidante de duas espécies de teleósteos em diferentes tensões de oxigênio. Pacus e tilápias foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1 e em hipoxia a 0,5 mg de O2.L-1 por 42 horas . Para os ensaios de hiperoxia os animais foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1, depois de 6 horas em 9,5 mg de O2.L-1 e depois de 30 horas de recuperação a 6,0 mg de O2.L-1. A utilização de materiais para o cateterismo de humanos permitiu a implantação de um acesso branquial. Infelizmente, houve formação de trombo após 24 horas. Mesmo assim, a observação de fluxo sanguíneo no interior da cânula e a sobrevida dos animais testados, confirmam a viabilidade da técnica. Verificamos em sangue uma maior atividade da enzima glutationa S-transferase (GST) sobre o 4-HNE em relação ao 1-cloro-2-dinitrobenzeno (CDNB). Isto reflete a importância de avaliações de atividade de enzimas, como a GST, sobre substratos endógenos. As respostas enzimáticas de tilápias mostraram-se mais sensíveis que as dos pacus quando comparadas em diferentes tensões de oxigênio.

Estudo in vitro de derivados sintéticos da Isoniazida e da Pirazinamida sobre Leishmania (Viannia) braziliensis

As leishmanioses são um grupo de doenças causadas por protozoários do gênero Leishmania spp que afetam 98 países. No Brasil, no ano de 2013, foram relatados 3.253 casos de leishmaniose visceral e 18.226 casos de Leishmaniose Tegumentar Americana. O tratamento de primeira escolha continua sendo realizado com antimoniais pentavalentes, e em casos de insucessos os fármacos de segunda escolha são a pentamidina e a anfotericina B. Tais medicamentos causam intensos efeitos adversos e ultimamente têm surgido cepas resistentes aos mesmos. Em áreas endêmicas têm sido cada vez mais comum o surgimento da co-infecção Leishmania com Mycobacterium tuberculosis. O tratamento para a tuberculose com pirazinamida (PZA) e isoniazida (INZ), controla a leishmaniose. Esses dados sugerem atividade anti-leishmania da PZA e da INZ. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade in vitro da INZ e da PZA e seus compostos derivados (série G e série R, respectivamente) sobre Leishmania (Viannia) braziliensis. As moléculas foram testadas em monocamadas de macrófagos peritoneais de camunongos infectados com L. (V) braziliensis durante 48h. Todas as moléculas testadas inibiram o índice de infecção de forma dose dependente em comparação aos controles. As moléculas da série R foram mais ativas do que a PZA, porém o resultado foi significativo somente para a R02 (p < 0,005). Apenas a molécula R05 (76,64M) foi relativamente tóxica para macrófagos. Os compostos mais ativos foram R02, G01 e G02, cujos índices de seletividade foram 14,31, 19 e 30, respectivamente. A dosagem de nitrito foi feita em sobrenadantes de monocamadas de macrófagos peritoniais infectados e tratados com as substâncias nas concentrações 10 e 100M. A G01 e a G02 estimularam a produção de NO2 nas duas concentrações, entretanto o resultado foi estatisticamente significativo para a G02 em 100M (p < 0,0001), a G05 só estimulou óxido nítrico na maior concentração. Todos os compostos da série R estimularam NO2, contudo, o resultado foi estatisticamente significativo para a R03 e R05 a 100M (p < 0,001). Adicionalmente, foi realizado uma análise preditiva in sílico de parâmetros farmacocinéticos das moléculas mais ativas in vitro, utilizando o software admetSAR. Os dados obtidos mostraram que de forma semelhante às suas moléculas originais a G01, G02 e R02 apresentaram alta capacidade de serem absorvidas pelo trato gastrointestinal, baixo potencial hepatotoxico e carcinogênico. Juntos, esses dados demonstram que essas moléculas são seletivamente tóxicas para o parasito com potencial para serem testadas pela via oral em estudos em modelo experimental de infecção.

Avaliação do reúso agrícola de águas oleosas da indústria de petróleo tratadas por eletrofloculação e osmose inversa: efeitos na germinação, no desenvolvimento de plântulas de girassol e em atributos do solo

A presente tese de doutorado teve como objetivo estabelecer parâmetros para avaliar a viabilidade do reúso agrícola de águas oleosas da indústria de petróleo, como as águas de produção (AP) de campos de exploração onshore do semiárido nordestino, na irrigação de culturas de girassol destinadas à produção de biodiesel. A AP foi produzida sinteticamente e tratada utilizando-se as técnicas de eletrofloculação (EF) e de osmose inversa (OI). Foram analisados os efeitos da AP não tratada, tratada por EF e por EF combinada com osmose inversa (EF+OI) na germinação, desenvolvimento e produção de biomassa de plântulas de girassol e também nos atributos de um solo característico do semiárido nordestino. Na melhor condição operacional do tratamento da AP por EF (28,6 A m-2 durante 4 min.) foram obtidas eficiências de remoção de óleos e graxas (O&G), demanda química de oxigênio (DQO), cor e turbidez superiores a 95%. O tratamento EF+OI promoveu a remoção do excesso de salinidade e de ferro oriundo da etapa de EF, enquadrando-se esses parâmetros dentro de níveis de referência recomendados para água de irrigação. Níveis de O&G e DQO superiores, respectivamente, a 337 mg L-1 e 1.321 mg O2 L-1 na AP bruta produziram efeitos tóxicos, reduzindo-se o índice de velocidade de germinação (IVG) e o percentual de plântulas normais do girassol. Por outro lado, os efluentes tratados por EF e EF+OI produziram efeitos similares no percentual de sementes germinadas, no IVG, no percentual de plântulas normais e na produção de biomassa do girassol. O uso da AP tratada por EF, com ou sem diluição, contribuiu significativamente para o aumento da salinidade e dos teores de sódio do solo, diferentemente da tratada por EF+OI, que produziu efeitos similares ao do controle (água destilada)

Avaliação da eficácia de uma nova formulação de anfotericina B poliagregada em diferentes esquemas terapêuticos no tratamento da esporotricose experimental causada por Sporothrix brasiliensis

A esporotricose é uma micose subcutânea, crônica, causada por espécies termo-dimórficas do complexo Sporothrix schenckii. Esta micose apresenta diferentes manifestações clínicas sendo mais comum a forma linfocutânea. Casos graves causados por Sporothrix brasiliensis têm sido descritos recentemente, exigindo um tratamento prolongado com antifúngicos de alta toxicidade como a anfotericina B-desoxicolato ou suas versões menos tóxicas, mas de alto custo. Neste trabalho visamos testar in vitro e in vivo a eficácia de uma nova formulação intravenosa de anfotericina B poliagregada (P-AmB) e testar in vivo sua versão semi-sólida (AmB tópica), comparando-a com o itraconazol (ITC) e a anfotericina B-desoxicolato (D-AmB). Ensaios de susceptibilidade in vitro com S. brasiliensis mostraram que esta espécie é suscetível aos antifúngicos testados. Para os testes de eficácia in vivo foram estabelecidos um modelo de esporotricose disseminada e outro de esporotricose subcutânea, causados por S. brasiliensis. No modelo de esporotricose disseminada camundongos BALB/c foram inoculados intravenosamente com leveduras de S. brasiliensis e, 72 h pós-infecção, tratados sob diferentes regimes terapêuticos: i) uma monoterapia de ITC, D-AmB ou P-AmB; ii) uma combinação terapêutica entre D-AmB e ITC ou P-AmB e ITC; iii) um regime de pulso com D-AmB ou P-AmB. A sobrevivência (n= nove) e a carga fúngica em órgãos internos (n= três, no mínimo) foram avaliadas, sendo observado que o regime de pulso com D-AmB ou P-AmB foi o mais efetivo em prolongar a sobrevivência dos animais e reduzir a carga fúngica nos órgãos, seguido pela combinação terapêutica, porém o tratamento com D-AmB e ITC foi a combinação mais efetiva. A monoterapia com ITC e P-AmB e D-AmB foram menos eficazes, sendo corroborados pelas análises histopatológicas. Ensaios de toxicidade in vivo com as diferentes drogas revelaram que ITC e D-AmB induziram a uma toxicidade hepática e renal nos animais, respectivamente, mas P-AmB não induziu a nenhuma toxicidade. Nos ensaios de citoxicidade in vitro foi observado que ITC foi a menos citotóxica e hemolítica e a mais seletiva das drogas testadas, seguida por P-AmB, que foi menos citotóxica e mais seletiva que D-AmB. No modelo de esporotricose subcutânea camundongos da mesma linhagem foram inoculados por via subcutânea com conídios de S. schenckii e de S. brasiliensis (n=9/ grupo). Os animais infectados com S. brasiliensis apresentaram regressão das lesões primárias e disseminação. Usando o modelo de esporotricose subcutânea murina causada por S. brasiliensis testamos peliminarmente a formulação tópica de AmB poliagregada, que reduziu a extensão das lesões de animais infectados. Este é o primeiro trabalho a avaliar diferentes regimes de tratamento da esporotricose disseminada murina causada por S. brasiliensis utilizando ITC, D-AmB e uma nova formulação menos tóxica de anfotericina B poliagregada. O estudo revelou que o regime de pulso foi o mais eficaz para as formulações intravenosas de AmB. Nosso estudo também estabeleceu pioneiramente um modelo de esporotricose subcutânea induzido por S. brasiliensis, que se revelou uma ferramenta útil para comparar a virulência das espécies do complexo S. schenckii e para testar a eficácia de antifúngicos contra essas novas espécies.

Carboxilesterase na adaptação do metabolismo de lipídios do pacu à hipoxia

Os peixes são vertebrados que vivem em vários habitats. Adaptações de sua fisiologia e de sua bioquímica são estudadas para entender como conseguem sobreviver aos desafios presentes em cada ambiente. A diminuição da concentração de oxigênio dissolvido na água é um fenômeno natural cíclico em águas do Pantanal e da Amazônia. A crescente poluição antrópica dos rios da Amazônia e do Pantanal pode, somada à hipoxia, oferecer ameaça à permanência de muitas espécies de peixes. Ao estudarmos a carboxilesterase (CarbE), enzima importante para a biotransformação de xenobióticos, observamos que sua atividade diminuía em plasma de pacu, um peixe típico do Pantanal, mantido em hipoxia durante 42 horas. As carboxilesterases participam de inúmeras reações químicas no organismo, incluindo uma transesterificação capaz de produzir ésteres etílicos tóxicos de ácido graxo (FAEE, fatty acid ethyl esters) a partir de etanol e ésteres de ácidos graxos. Já que a diminuição da atividade de CarbE poderia ser uma vantagem, pois que o etanol (um produto da glicólise em peixes sob hipoxia) seria menos esterificado, resolvemos saber mais sobre a bioquímica da CarbE do plasma e do fígado de pacus. Os pacus foram submetidos à hipoxia por diminuição da concentração até 0,5 mg O2/L por meio de borbulhamento de nitrogênio na água. Os animais ficaram nessas condições por 42 horas, quando então coletamos sangue e retiramos seus fígados. A atividade de CarbE ensaiada foi 50% menor no soro e 25% menor nos microssomos de fígado se comparada com a de peixes sob 6 mg O2/L. A CarbE isolada do soro dos pacus em normoxia possui massa molecular relativa de 56.000. A eletroforese em gel desnaturante com a fração purificada rendeu três bandas, mas o gel nativo apresentou só duas bandas com atividades sobre α-naftil acetato. Inferimos que mais do que uma isoforma da enzima está no plasma dos pacus. A CarbE isolada do soro não possui atividade de lipase sobre o Tween 20, mas os microssomos dos fígados dos animais em normoxia e hipoxia possuem. No entanto, a CarbE possui atividade sobre acil-CoA assim como o microssomo de fígado. A enzima pura apresenta Vmáx três vezes maior e uma KM quatro vezes maior do que a atividade presente nos microssomos. Além disso, os microssomos do fígado dos pacus em normoxia podem hidrolisar acil-CoA com o dobro da velocidade daqueles em hipoxia. A atividade clássica de CarbE do soro foi inibida por 4-HNE a 4 mM. A atividade de acil-CoA dos microssomos de fígado também foi sensível a 4-HNE a 4 mM, enquanto 2 mM de 4-HNE inibiu metade desta atividade do soro.

Protocols for conducting dolphin capture-release health assessment studies

Marine mammals, such as dolphins, can serve as key indicator species in coastal areas by reflecting the effects of natural and anthropogenic stressors. As such they are often considered sentinels of environmental and ecosystem health (Bossart 2006; Wells et al. 2004; Fair and Becker 2000). The bottlenose dolphin is an apex predator and a key component of many estuarine environments in the southeastern United States (Woodward-Clyde Consultants 1994; SCDNR 2005). Health assessments of dolphins are especially critical in areas where populations are depleted, show signs of epidemic disease and/or high mortality and/or where habitat is being altered or impacted by human activities. Recent assessments of environmental conditions in the Indian River Lagoon, Florida (IRL) and the estuarine waters surrounding Charleston, South Carolina (CHS) highlight the need for studies of the health of local bottlenose dolphins. While the condition of southeastern estuaries was rated as fair in the National Coastal Condition Report (U.S. EPA 2001), it was noted that the IRL was characterized by poorer than expected benthic communities, significant sediment toxicity and increased nutrient concentrations. Similarly, portions of the CHS estuary have sediment concentrations of aliphatic aromatic hydrocarbons, select inorganic metals, and some persistent pesticides far in excess of reported bioeffect levels (Hyland et al. 1998). Long-term trends in water quality monitoring and recent scientific research suggest that waste load assimilation, non-point source runoff impacts, contaminated sediments, and toxic pollutants are key issues in the CHS estuary system. Several ‘hot spots’ with high levels of heavy metals and organic compounds have been identified (Van Dolah et al. 2004). High concentrations of anthropogenic trace metals, polychlorinated biphenyls (PCB’s) and pesticides have been found in the sediments of Charleston Harbor, as well as the Ashley and Cooper Rivers (Long et al. 1998). Two superfund sites are located within the CHS estuary and the key contaminants of concern associated with these sites are: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), lead, chromium, copper, arsenic, zinc and dioxin. Concerns related to the overall health of IRL dolphins and dermatologic disease observed in many dolphins in the area (Bossart et al. 2003) initiated an investigation of potential factors which may have impacted dolphin health. From May-August 2001, 35 bottlenose dolphins died in the IRL during an unusual mortality event (MMC 2003). Many of these dolphins were diagnosed with a variety of skin lesions including proliferative ulcerative dermatitis due to protozoa and fungi, dolphin pox and a vesicular dermatopathy of unknown etiology (Bossart et al. 2003). Multiple species from fish to dolphins in the IRL system have exhibited skin lesions of various known and unknown etiologies (Kane et al. 2000; Bossart et al. 2003; Reif et al. 2006). On-going photo-identification (photo-ID) studies have documented skin diseases in IRL dolphins (Mazzoil et al. 2005). In addition, up to 70% of green sea turtles in the IRL exhibit fibropapillomas, with the highest rates of occurrence being seen in turtles from the southern IRL (Hirama 2001).

Atmospheric nutrient input to coastal areas: reducing the uncertainties

A significant fraction of the total nitrogen entering coastal and estuarine ecosystems along the eastern U.S. coast arises from atmospheric deposition; however, the exact role of atmospherically derived nitrogen in the decline of the health of coastal, estuarine, and inland waters is still uncertain. From the perspective of coastal ecosystem eutrophication, nitrogen compounds from the air, along with nitrogen from sewage, industrial effluent, and fertilizers, become a source of nutrients to the receiving ecosystem. Eutrophication, however, is only one of the detrimental impacts of the emission of nitrogen containing compounds to the atmosphere. Other adverse effects include the production of tropospheric ozone, acid deposition, and decreased visibility (photochemical smog). Assessments of the coastal eutrophication problem indicate that the atmospheric deposition loading is most important in the region extending from Albemarle/Parnlico Sounds to the Gulf of Maine; however, these assessments are based on model outputs supported by a meager amount of actual data. The data shortage is severe. The National Research Council specifically mentions the atmospheric role in its recent publication for the Committee on Environmental and Natural Resources, Priorities for Coastal Ecosystem Science (1994). It states that, "Problems associated with changes in the quantity and quality of inputs to coastal environments from runoff and atmospheric deposition are particularly important [to coastal ecosystem integrity]. These include nutrient loading from agriculture and fossil fuel combustion, habitat losses from eutrophication, widespread contamination by toxic materials, changes in riverborne sediment, and alteration of coastal hydrodynamics. "

Increased toxicity of Karenia brevis during phosphate limited growth: ecological and evolutionary implications

Karenia brevis is the dominant toxic red tide algal species in the Gulf of Mexico. It produces potent neurotoxins (brevetoxins [PbTxs]), which negatively impact human and animal health, local economies, and ecosystem function. Field measurements have shown that cellular brevetoxin contents vary from 1–68 pg/cell but the source of this variability is uncertain. Increases in cellular toxicity caused by nutrient-limitation and inter-strain differences have been observed in many algal species. This study examined the effect of P-limitation of growth rate on cellular toxin concentrations in five Karenia brevis strains from different geographic locations. Phosphorous was selected because of evidence for regional P-limitation of algal growth in the Gulf of Mexico. Depending on the isolate, P-limited cells had 2.3- to 7.3-fold higher PbTx per cell than P-replete cells. The percent of cellular carbon associated with brevetoxins (%C-PbTx) was ~ 0.7 to 2.1% in P-replete cells, but increased to 1.6–5% under P-limitation. Because PbTxs are potent anti-grazing compounds, this increased investment in PbTxs should enhance cellular survival during periods of nutrient-limited growth. The %C-PbTx was inversely related to the specific growth rate in both the nutrient-replete and P-limited cultures of all strains. This inverse relationship is consistent with an evolutionary tradeoff between carbon investment in PbTxs and other grazing defenses, and C investment in growth and reproduction. In aquatic environments where nutrient supply and grazing pressure often vary on different temporal and spatial scales, this tradeoff would be selectively advantageous as it would result in increased net population growth rates. The variation in PbTx/cell values observed in this study can account for the range of values observed in the field, including the highest values, which are not observed under N-limitation. These results suggest P-limitation is an important factor regulating cellular toxicity and adverse impacts during at least some K. brevis blooms.

Osmotic stress does not trigger brevetoxin production in the dinoflagellate Karenia brevis

With the global proliferation of toxic Harmful Algal Bloom (HAB) species, there is a need to identify the environmental and biological factors that regulate toxin production. One such species, Karenia brevis, forms nearly annual blooms that threaten coastal regions throughout the Gulf of Mexico. This dinoflagellate produces brevetoxins, potent neurotoxins that cause neurotoxic shellfish poisoning and respiratory illness in humans, as well as massive fish kills. A recent publication reported that a rapid decrease in salinity increased cellular toxin quotas in K. brevis and hypothesized that brevetoxins serve a role in osmoregulation. This finding implied that salinity shifts could significantly alter the toxic impacts of blooms. We repeated the original experiments separately in three different laboratories and found no evidence for increased brevetoxin production in response to low-salinity stress in any of the eight K. brevis strains we tested, including three used in the original study. Thus, we find no support for an osmoregulatory function of brevetoxins. The original publication also stated that there was no known cellular function for brevetoxins. However, there is increasing evidence that brevetoxins promote survival of the dinoflagellates by deterring grazing by zooplankton. Whether they have other as yet unidentified cellular functions is currently unknown.

Characterizing a cyanobacterial bloom in western Lake Erie using satellite imagery and meteorological data

The distribution and intensity of a bloom of the toxic cyanobacterium, Microcystis aeruginosa, in western Lake Erie was characterized using a combination of satellite ocean-color imagery, field data, and meteorological observations. The bloom was first identified by satellite on 14 August 2008 and persisted for more than 2 months. The distribution and intensity of the bloom was estimated using a satellite algorithm that is sensitive to near-surface concentrations of M. aeruginosa. Increases in both area and intensity were most pronounced for wind stress less than 0.05 Pa. Area increased while intensity did not change for wind stresses of 0.05–0.1 Pa, and both decreased for wind stress greater than 0.1 Pa. The recovery in intensity at the surface after strong wind events indicated that high wind stress mixed the bloom through the water column and that it returned to the surface once mixing stopped. This interaction is consistent with the understanding of the buoyancy of these blooms. Cloud cover (reduced light) may have a weak influence on intensity during calm conditions. While water temperature remained greater than 15°C, the bloom intensified if there were calm conditions. For water temperature less than 15°C, the bloom subsided under similar conditions. As a result, wind stress needs to be considered when interpreting satellite imagery of these blooms.

Characterizing Jobos Bay, Puerto Rico: a watershed modeling analysis and monitoring plan

Land-based pollution is commonly identified as a major contributor to the observed deterioration of shallow-water coral reef ecosystem health. Human activity on the coastal landscape often induces nutrient enrichment, hypoxia, harmful algal blooms, toxic contamination and other stressors that have degraded the quality of coastal waters. Coral reef ecosystems throughout Puerto Rico, including Jobos Bay, are under threat from coastal land uses such as urban development, industry and agriculture. The objectives of this report were two-fold: 1. To identify potentially harmful land use activities to the benthic habitats of Jobos Bay, and 2. To describe a monitoring plan for Jobos Bay designed to assess the impacts of conservation practices implemented on the watershed. This characterization is a component of the partnership between the U.S. Department of Agriculture (USDA) and the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) established by the Conservation Effects Assessment Project (CEAP) in Jobos Bay. CEAP is a multi-agency effort to quantify the environmental benefits of conservation practices used by private landowners participating in USDA programs. The Jobos Bay watershed, located in southeastern Puerto Rico, was selected as the first tropical CEAP Special Emphasis Watershed (SEW). Both USDA and NOAA use their respective expertise in terrestrial and marine environments to model and monitor Jobos Bay resources. This report documents NOAA activities conducted in the first year of the three-year CEAP effort in Jobos Bay. Chapter 1 provides a brief overview of the project and background information on Jobos Bay and its watershed. Chapter 2 implements NOAA’s Summit to Sea approach to summarize the existing resource conditions on the watershed and in the estuary. Summit to Sea uses a GIS-based procedure that links patterns of land use in coastal watersheds to sediment and pollutant loading predictions at the interface between terrestrial and marine environments. The outcome of Summit to Sea analysis is an inventory of coastal land use and predicted pollution threats, consisting of spatial data and descriptive statistics, which allows for better management of coral reef ecosystems. Chapters 3 and 4 describe the monitoring plan to assess the ecological response to conservation practices established by USDA on the watershed. Jobos Bay is the second largest estuary in Puerto Rico, but has more than three times the shoreline of any other estuarine area on the island. It is a natural harbor protected from offshore wind and waves by a series of mangrove islands and the Punta Pozuelo peninsula. The Jobos Bay marine ecosystem includes 48 km² of mangrove, seagrass, coral reef and other habitat types that span both intertidal and subtidal areas. Mapping of Jobos Bay revealed 10 different benthic habitats of varying prevalence, and a large area of unknown bottom type covering 38% of the entire bay. Of the known benthic habitats, submerged aquatic vegetation, primarily seagrass, is the most common bottom type, covering slightly less than 30% of the bay. Mangroves are the dominant shoreline feature, while coral reefs comprise only 4% of the total benthic habitat. However, coral reefs are some of the most productive habitats found in Jobos Bay, and provide important habitat and nursery grounds for fish and invertebrates of commercial and recreational value.

Distribution of persistent organic contaminants in canyons and on the continental shelf off central California

The National Status and Trends (NS&T) Program has conducted studies to determine the spatial extent and severity of chemical contamination and associated adverse biological effects in coastal bays and estuaries of the United States since 1991. Sediment contamination in U.S. coastal areas is a major environmental issue because of its potential toxic effects on biological resources and often, indirectly, on human health. Thus, characterizing and delineating areas of sediment contamination and toxicity and demonstrating their effect(s) on benthic living resources are therefore important goals of coastal resource management at NOAA. The National Centers for Coastal Ocean Science, and the Office of National Marine Sanctuaries, in cooperation with the U.S. Geological Survey (USGS), University of California Moss Landing Marine Lab (MLML), and the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), conducted ecosystem monitoring and characterization studies within and between marine sanctuaries along the California coast in 2002 and 2004 on the NOAA RV McArthur. One of the objectives was to perform a systematic assessment of the chemical and physical habitats and associated biological communities in soft bottom habitats on the continental shelf and slope in the central California region. This report addresses the magnitude and extent of chemical contamination, and contaminant transport patterns in the region. Ongoing studies of the benthic community are in progress and will be reported in an integrated assessment of habitat quality and the parameters that govern natural resource distributions on the continental margin and in canyons in the region.