Suitability of Daphnia similis as an alternative organism in ecotoxicological tests: implications for metal toxicity

The acute toxicity of metals to Daphnia similis was determined and compared to other daphnid species to evaluate the suitability of this organism in ecotoxicology bioassays. To verify the performance D. similis in toxicity tests, we also investigated the effect of Pseudokirchneriella subcapitata at 1 x 10(5) and 1 x 10(6) cells ml(-1) on Cd and Cr acute toxicity to the cladoceran. Daphnid neonates were exposed to a range of chromium and cadmium concentrations in the absence and presence of the algal cells. Metal speciation calculations using MINEQL(+) showed that total dissolved metal concentrations in zooplankton culture corresponded to 96.2% free Cd and 100% free Cr concentrations. Initial total dissolved metal concentrations were used for 48 h-LC(50) determination. LC(50) for D. similis was 5.15 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cd without algal cells, whereas with 1 x 10(5) cells ml(-1), it was significantly higher (7.15 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cd). For Cr, the 48 h-LC(50) value of 9.17 x 10(-7) mol l(-1) obtained for the cladoceran in tests with 1 x 10(6) cells ml(-1) of P. subcapitata was also significantly higher than that obtained in tests without algal cells (5.28 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cr). The presence of algal cells reduced the toxicity of metals to D. similis, as observed in other studies that investigated the effects of food on metal toxicity to standard cladocerans. Comparing our results to those of literature, we observed that D. similis is as sensitive to metals as other standardized Daphnia species and may serve as a potential test species in ecotoxicological evaluations.

The azo dye Disperse Orange 1 induces DNA damage and cytotoxic effects but does not cause ecotoxic effects in Daphnia similis and Vibrio fischeri

Azo dyes constitute the largest group of colorants used in industry and can pass through municipal waste water plants nearly unchanged due to their resistance to aerobic treatment, which potentially exposes humans and local biota to adverse effects. Unfortunately, little is known about their environmental fate. Under anaerobic conditions, some azo dyes are cleaved by microorganisms forming potentially carcinogenic aromatic amines. In the present study, the azo dye Disperse Orange 1, widely used in textile dyeing, was tested using the comet, Salmonella/microsome mutagenicity, cell viability, Daphnia similis and Microtox (R) assays. The human hepatoma cell line (HepG2) was used in the comet assay and for cell viability. In the mutagenicity assay. Salmonella typhimurium strains with different levels of nitroreductase and o-acetyltransferase were used. The dye showed genotoxic effects with respect to HepG2 cells at concentrations of 0.2, 0.4, 1.0, 2.0 and 4.0 mu g/mL. In the mutagenicity assay, greater responses were obtained with the strains TA98 and YG1041, suggesting that this compound mainly induces frameshift mutations. Moreover, the mutagenicity was greatly enhanced with the strains overproducing nitroreductase and o-acetyltransferase, showing the importance of these enzymes in the mutagenicity of this dye. In addition, the compound induced apoptosis after 72 h in contact with the HepG2 cells. No toxic effects were observed for either D. similis or Vibrio fischeri. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação da fertilidade e sensibilidade de Daphnia similis e Daphina magna (Crustacea, Cladocera) submetidas a diferentes tipos de dietas e meios de cultivo

O gênero Daphnia é o grupo mais antigo utilizado em ensaios de toxicidade. Dentre este grupo, as espécies Daphnia similis e Daphnia magna tiveram sua biologia amplamente estudada e vem sendo utilizada para ensaios toxicológicos. Diferentes condições de cultivo, no entanto, podem influenciar na produtividade e sensibilidade dos organismos. Este trabalho tem como objetivo, avaliar a influência de diferentes dietas e meios de cultivo na sensibilidade e na reprodução de D. similis e D. magna. Foram realizados cultivos com dez indivíduos em béqueres de 250 mL e 600 mL para D. similis e D. magna respectivamente, com água destilada deionizada reconstituída e meio de cultivo M4, mantidos a 20°C, fotoperíodo de 16horas/luz e alimentados com diferentes combinações de alimento com quatro réplicas cada. As dietas consistiam na utilização das algas Selenastrum capricornutum na concentração de 1.5.105 céls.mL-1 e Scenedesmus subspicatus na concentração de 106 céls.mL-1 . A combinação destas algas com o complemento de uma ração podendo ser de truta ou artêmia na concentração de 6 g.L-1 também foi utilizada. Em cada tratamento observou-se diariamente o número médio de neonatos produzidos por fêmea no período de 21 dias. Paralelamente foram realizados ensaios de sensibilidade ao dicromato de potássio de acordo com a NBR 12713 para cada dieta. Os resultados obtidos quanto à fertilidade quando submetidas a uma dieta com as algas S. capricornutum para D. similis e S. subspicatus para D. magna tendo o complemento de uma ração de artêmia demonstrou que independente do meio utilizado para o cultivo, a reprodução não variou significativamente o que caracteriza a ração de artêmia como uma alternativa ao complemento M4. Quanto à sensibilidade, em todos os casos analisados, quando cultivados em meio M4 os organismos mostraram-se mais resistentes ao Dicromato de Potássio do que quando cultivados em meio ISO.

Cloro e ozônio aplicados à desinfecção de efluente hospitalar tratado em contadores biológicos rotatórios, com avaliação de efeitos tóxicos em Daphnia similis

Neste trabalho foi avaliado o desempenho do sistema de contatores biológicos rotatórios para a remoção de matéria orgânica de efluente hospitalar e a posterior inativação de coliformes totais, Escherichia coli e Enterococcus sp. com os oxidantes hipoclorito de sódio e ozônio. A toxicidade gerada nos processos de desinfecção foi avaliada em Daphnia similis. Os efluentes hospitalares podem apresentar semelhanças aos efluentes domésticos no que diz respeito à concentração de matéria orgânica, coliformes e pH e ambos são, geralmente, coletados pela rede de esgotos e enviados para mesma estação de tratamento. Contudo, a presença de substâncias como fármacos, desinfetantes e compostos químicos, bem como organismos patogênicos multirresistentes a antimicrobianos podem ocorrer em elevadas contagens nas águas residuárias hospitalares. O sistema biológico de tratamento utilizado nesta pesquisa se mostrou adequado, obtendo-se remoções de matéria orgânica na ordem de 80% em termos de DQO, sendo que no término do experimento atingiu-se 88,5% de remoção de DQO para o tempo de detenção hidráulico de 2,28 horas. Houve a inativação de 1 a 2 unidades logarítmicas para coliformes totais, de 2 a 3 unidades logarítmicas para Escherichia coli e significativa remoção de toxicidade. O desempenho dos desinfetantes hipoclorito de sódio e ozônio mostrou similaridades. Entretanto, ao comparar-se com efluentes domésticos, foram necessárias maiores dosagens para o efluente hospitalar devido ao elevado consumo de oxidante pela presença da matéria orgânica refratária ao tratamento biológico. O processo de desinfecção com hipoclorito de sódio apresentou variabilidade nos resultados, em função da concentração de matéria orgânica, nitrogênio amoniacal e pH do efluente. Para ensaios em bateladas em volumes de amostra de 1 litro, valores de C.t oscilaram entre 20 a 50 mg.min.L-1 para inativação de E. coli. A desinfecção por ozônio também sofreu variações em função da matriz complexa do efluente. A inativação dos organismos somente foi acentuada após adição de 70 a 90 mg.L-1 de ozônio, concentrações estas nas quais se observou grande decaimento na absorbância em UV 254 nm, indicando possivelmente o consumo prioritário de ozônio para outras reações de oxidação, tais como a ruptura de anéis aromáticos e/ou insaturações nas cadeias carbônicas. Efluentes de origem doméstica foram rapidamente desinfetados com ozônio. Os organismos Enterococcus sp. apresentaram decaimento ora semelhante a coliformes totais, ora semelhante a Escherichia coli e ora resistentes frente à ação do desinfetante. Após total inativação de coliformes fecais foram eventua lmente observadas contagens na ordem de 103 UFC.100mL-1 de Enterococcus sp. Dada a prevalência de organismos resistentes a antibióticos que, em função disso, apresentam maior grau de virulência, observou-se que somente o monitoramento de coliformes totais e fecais não seria adequado para a desinfecção e lançamento de efluentes hospitalares. A toxicidade aguda do efluente, verificada em Daphnia similis, aumentou após adição de cloro mas foi reduzida quando houve decloração com tiossulfato de sódio. Com adição de ozônio, verificou-se variabilidade nos resultados, mas geralmente houve aumento da toxicidade após aplicação de elevadas dosagens as quais foram necessárias para desinfecção.

Toxicidade de petróleo bruto sobre microcrustáceo Daphnia similis em água de rio e água de produção de petróleo

Aquatic ecosystems are suffering many impacts caused by human activities resulting from the activities occurring around them. With technological progress observed in recent years, this environment has received large amounts of chemicals from industries, agriculture and urban area that affect the aquatic biota. Among these sources of contamination, the oil industry has contributed to the pollution of aquatic environments with both effluents as produced water well as oil spills and their derivatives having toxicity to various organisms. With all the environmental issues has increased concern about water quality and has been used ecotoxicological tests with aquatic organisms to ecosystems to assess the toxicity of chemicals present in the water. In this context the microcrustacea Daphnia similis stands out as a freshwater organism very representative of the aquatic fauna of rivers and high sensitivity to environmental impacts. Thus, the present study aimed to evaluate the lethal toxicity of crude oil and produced water on this microcrustacea. The results showed that the microcrustacea presented high sensitivity to contaminants primarily crude oil. There was also the influence of environmental variables pH and temperature on the survival of organisms

Field and laboratory studies to assess the effects of Vertimec (R) 18EC on Daphnia similis

The present study aimed to evaluate the interactions of the pesticide Vertimec (R) 18EC in aquatic ecosystems. In this respect, soil plots were contaminated with Vertimec (R) 18EC at the concentration indicated for strawberry crops (0.125 L of solution m(-2)). After the contamination, torrential rainfall was simulated and the surface runoff was collected and transferred to mesocosm tanks in five treatments, run in triplicate: (1) control-C; (2) runoff from an uncontaminated plot-UR; (3) runoff from the plot contaminated with Vertimec (R) 18EC-CR; (4) direct application of Vertimec (R) 18EC in the water-V and (5) water samples gathered randomly to verify whether there was contamination between the mesocosms-RS. Water samples from these tanks were also submitted to ecotoxicological tests with Daphnia similis and analyses to evaluate the limnological characteristics, in five collection periods over 10 days (240 h). Physical and chemical differences were observed in the water samples, mainly related to increased turbidity, suspended solids and nutrients (nitrogen and phosphate forms). Acute toxicity was observed for the direct application treatment for the entire experimental period, and in some periods for the CR treatment (from 48 h to 168 h). The results obtained suggest that the pesticide did not fully degrade during the study period (10 days) in the direct application treatment, demonstrating that the presence of other substances in the commercial formulation contribute to the maintenance of toxicity. This represents a potential risk for aquatic ecosystems in areas adjacent to where the chemical is applied. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Lethal effects of abamectin on the aquatic organisms Daphnia similis, Chironomus xanthus and Danio rerio

Abamectin is used as an acaricide and insecticide for fruits, vegetables and ornamental plants, as well as a parasiticide for animals. One of the major problems of applying pesticides to crops is the likelihood of contaminating aquatic ecosystems by drift or runoff. Therefore, toxicity tests in the laboratory are important tools to predict the effects of chemical substances in aquatic ecosystems. The aim of this study was to assess the potential hazards of abamectin to the freshwater biota and consequently the possible losses of ecological services in contaminated water bodies. For this purpose, we identified the toxicity of abamectin on daphnids, insects and fish. Abamectin was highly toxic, with an EC50 48 h for Daphnia similis of 5.1 ng L-1, LC50 96 h for Chironomus xanthus of 2.67 mu g L-1 and LC50 48 h for Danio rerio of 33 mu g L-1. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of sewage sludge metals on Daphnia similis acid phosphatase.

2009

Estudos de toxicidade de agroquímicos na atividade da fosfatase ácida de Daphnia similis.

Os diversos compostos químicos liberados no ambiente oriundos do uso indiscriminado na agricultura, pecuária e na indústria são responsáveis por efeitos ecológicos adversos, causando a contaminação do solo e corpos d´água e acumulando-se em organismos não alvo. O tratamento dos esgotos resulta na produção do lodo de esgoto, o qual muitas vezes é utilizado como fonte alternativa de nutrientes para as plantas devido ao seu alto teor de matéria orgânica. Contudo, o lodo pode conter metais pesados em sua composição advindos principalmente do setor industrial, os quais podem expressar seu potencial poluente diretamente nos organismos do solo, além da possibilidade de transferência para outros organismos via cadeia alimentar ou pela contaminação das águas (CHANG et al., 1987). Embora o controle químico de pragas tenha reduzido o índice de doenças para homens e animais e incrementado a produção agrícola, agentes poluentes podem permanecer ativos no ambiente por longos períodos, afetando os ecossistemas. Os efeitos desses agentes ao longo do tempo representam um grande risco para a saúde pública, tornando-se necessário o monitoramento em águas, solos, alimentos e ar. Nesse contexto, as alterações ao nível bioquímico são as primeiras respostas detectáveis e quantificáveis em uma mudança do meio ambiente, sendo indicadores mais sensíveis que os de maiores níveis de organização biológica porque exibem um tempo de exposição mais curto. A partir do processo de bioacumulação, os agentes poluentes podem se concentrar em diferentes tecidos e promover a ativação ou inibição de sistemas enzimáticos, tais como o das fosfatases ácidas (JONSSON, 2005; JONSSON, AOYAMA, 2007). As fosfatases ácidas ou ortofosfato monoéster fosfohidrolases (E.C.3.1.3.2.) são enzimas que catalisam a hidrólise de uma grande variedade de ésteres de ortofosfato e reações de transfosforilação. Inibições in vitro de fosfatases de vários organismos causadas por pesticidas, têm sido relatadas na literatura (SEKEROGLU et al., 1980; EL DEMERDASH et al., 2001). O ensaio enzimático in vitro representa uma ferramenta útil para o screening de poluentes, elucidação de mecanismos de toxicidade e monitoramento de áreas contaminadas. Entretanto, os testes de toxicidade em organismos aquáticos podem complementar as análises in vitro. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito in vitro de agentes agroquímicos e metais pesados contaminantes de lodo de esgoto sobre a fosfatase ácida total de Daphnia similis, comparando-se com os resultados obtidos em testes de toxicidade aguda.

Ecotoxicological studies of aquatics compartments contaminated with glyphosate and AMPA using Daphnia similis.

2008

Differential Toxicity of Disperse Red 1 and Disperse Red 13 in the Ames Test, HepG2 Cytotoxicity Assay, and Daphnia Acute Toxicity Test

Azo dyes are of environmental concern due to their degradation products, widespread use, and low-removal rate during conventional treatment. Their toxic properties are related to the nature and position of the substituents with respect to the aromatic rings and amino nitrogen atom. The dyes Disperse Red 1 and Disperse Red 13 were tested for Salmonella mutagenicity, cell viability by annexin V, and propidium iodide in HepG2 and by aquatic toxicity assays using daphnids. Both dyes tested positive in the Salmonella assay, and the suggestion was made that these compounds induce mainly frame-shift mutations and that the enzymes nitroreductase and O-acetyltransferase play an important role in the observed effect. In addition, it was shown that the presence of the chlorine substituent in Disperse Red 13 decreased the mutagenicity about 14 times when compared with Disperse Red 1, which shows the same structure as Disperse Red 13, but without the chlorine substituent. The presence of this substituent did not cause cytotoxicity in HepG2 cells, but toxicity to the water flea Daphnia similis increased in the presence of the chlorine substituent. These data suggest that the insertion of a chlorine substituent could be an alternative in the design of dyes with low-mutagenic potency, although the ecotoxicity should be carefully evaluated. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Environ Toxicol 26: 489-497, 2011.

Intraclonal variability in Daphnia acetylcholinesterase activity: The implications for its applicability as a biomarker

The relationship between individual growth and acetylcholinesterase (AChE).activity was evaluated for Daphnia magna. Analysis on the influence of two different culture media on baseline AChE activity was performed with Daphnia similis. The results indicated an inverse relationship between D. magna body length and AChE activity. An increase in total protein, which was not proportional to an increase in the rate of the substrate hydrolysis (Delta absorbance/min), seems to be the reason for this inverse size versus AChE activity relationship. Therefore, toxicants such as phenobarbital, which affect protein and size but not AChE activity directly, have an overall affect on AChE activity. In contrast, the AChE inhibitor parathion altered AChE activity but not protein. Culture medium also had a significant affect on AChE activity in D. similis. Changes in total protein seem to be the main reason for the variations in baseline AChE activity in Daphnia observed in the different evaluations performed in this work. Therefore, AChE activity in Daphnia must be interpreted carefully, and variations related to changes in total protein must be taken into account when applying this enzyme as a biomarker in biological monitoring.

Differential Toxicity of Disperse Red 1 and Disperse Red 13 in the Ames Test, HepG2 Cytotoxicity Assay, and Daphnia Acute Toxicity Test

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