Esterase inhibition in tadpoles of Scinax fuscovarius (Anura, Hylidae) as a biomarker for exposure to organophosphate pesticides

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

Characterization of Organophosphate Pesticides in Urine and Home Environment Dust in an Agricultural Community

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Determination of organophosphate and carbamate pesticides based on enzyme inhibition using a pH-sensitive fluorescence probe

A flow injection system for the determination of organophosphate and carbamate pesticides is described. A sensitive fluorescence probe was synthesized and used as the pH indicator to detect the inhibition of the enzyme acetylcholinesterase (ACNE). The percentage inhibition of enzyme activity is correlated to the pesticide concentration. Several parameters influencing the performance of the system are discussed. The detection limits of 3.5, 50, 12 and 25 mug/l for carbofuran, carbaryl, paraoxon and dichlorvos, in pure water, respectively were achieved with an incubation time of 10 min. A complete cycle of analysis, including incubation time, took 14 min. The detection system has been applied to the determination of carbofuran in spiked vegetable juices (Chinese cabbage and cole), achieving recovery values between 93.2 and 107% for Chinese cabbage juice and 108 and 118% for cole juice at the different concentration levels assayed. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Application of primary haemocyte culture of Penaeus monodon in the assessment of cytotoxicity and genotoxicity of heavy metals and pesticides

Lack of shrimp cell lines has hindered the study of pollutants which adversely affects shrimp health and its export value. In this context a primary haemocyte culture developed from Penaeus monodon was employed for assessing the cytotoxicity and genotoxicity of two heavy metal compounds, cadmium chloride and mercuric chloride and two organophosphate insecticides, malathion and monocrotophos. Using MTT assay 12 h IC50 values calculated were 31.09 16.27 mM and 5.52 1.16 mM for cadmium chloride and mercuric chloride and 59.94 52.30 mg l 1 and 186.76 77.00 mg l 1 for malathion and monocrotophos respectively. Employing Comet assay, DNA damage inflicted by these pollutants on haemocytes were evaluated and the pollutants induced DNA damage in >60% of the cells. The study suggested that haemocyte culture could be used as a tool for quantifying cytotoxicity and genotoxicity of aquaculture drugs, management chemicals and pollutants

Assessing exposures to emerging environmental contaminants in children

The period of developmental vulnerability to toxicants begins at conception and extends through gestation, parturition, infanthood and childhood to adolescence. The concern is that children: (1) may experience quantitatively and qualitatively different exposures, and (2) may have different sensitivity to chemical pollutants. Traditional toxicological studies are inappropriate for assessing the results of chronic exposure at very low levels during critical periods of development. This paper will discuss (1) the health effects associated with exposure to selected emerging organic pollutants, including brominated flame retardants, perfluorinated compounds, organophosphate pesticides and bisphenol A; (2) difficulties in monitoring these substances in children, and (3) suggest techniques and strategies for overcoming these difficulties. Such biomonitoring data can be used to identify where policies should be directed in order to reduce exposure, and to document policies that have successfully reduced exposure.

Evaluation of a systems approach to control Queensland fruit fly (Bactrocera tryoni)in stonefruit as an alternative to fenthion

Queensland fruit fly (Bactrocera tryoni) is a significant quarantine pest of stonefruit. To access domestic markets within Australia stonefruit require treatment to ensure they are free of fruit flies. Due to the recent restriction of the organophosphate pesticides, fenthion and dimethoate, the stonefruit industry now faces a significant challenge to control fruit flies. In this field trial we quantified the level of control achieved by a 'best case' systems approach that relied on currently available and registered control measures. This system included protein bait sprays, Male Annihilation Technique, insecticide cover sprays of trichlorfon, maldison and spinetoram and inspection and culling of damaged fruit. We found that in two out of the three trial orchards, packed fruit samples from Gatton (QLD) and Bangalow (NSW) had low levels of fruit fly infestation; 1.47 and 2.97% respectively. However, at the third property located at Alstonville (NSW) a high level of infestation (51.63%) was found in packed nectarines, which was likely attributed to the late implementation of the systems approach. This trial has demonstrated the potential for fruit fly control without relying on fenthion, however further modification of the system is needed to refine and increase efficacy.

Susceptibilidade de pacus, Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887), sob hipoxia aos agrotóxicos organofosforados

A ação inibitória dos organofosforados sobre as esterases, por ser específica, pode ser empregada como um eficiente biomarcador da exposição de seres vivos aos organofosforados. A inibição da acetilcolinesterase (AChE; EC 3.1.1.7) provoca acúmulo do neurotransmissor acetilcolina nas fendas sinápticas colinérgicas, o que pode resultar na morte do indivíduo. Outra atividade também afetada por organofosforados é a da enzima carboxilesterase (CarbE; EC 3.1.1.1). CarbE estão envolvidas na fase I da biotransformação de xenobióticos e atuam como captadoras (scavengers) de organofosfatos, incluindo os formados pela biotransformação dos organofosforados. As CarbE estudadas até hoje se ligam com maior velocidade aos organofosfatos do que as colinesterases. Por isto se admite que CarbE possam diminuir, por captação estequiométrica, a ligação tóxica de moléculas de organofosfatos às acetilcolinesterases das sinapses colinérgicas e das placas motoras dos músculos. Experimentos realizados em nosso laboratório mostraram que a atividade da CarbE está aproximadamente 50% menor no soro e no fígado de pacus submetidos à hipoxia. Por causa disso, em razão de uma possível diminuição da capacidade captadora da CarbE, decidimos verificar se o pacu em hipoxia seria mais sensível aos agrotóxicos organofosforados. Para este propósito foram colocados seis pacus divididos em dois tanques. No primeiro tanque, os animais foram submetidos a 24 horas de hipoxia seguidos por mais 4 horas de exposição ao organofosforado metilparation em duas concentrações diferentes (0,02 ou 0,01 mg / L). No segundo tanque os animais permaneceram em normoxia durante o mesmo período de 24 horas e depois foram expostos ao metilparation como no primeiro tanque. As atividades da AChE ensaiada com acetiltiocolina, a da butirilcolinesterase (BChE) ensaiada com butiriltiocolina e a da CarbE ensaiada com p-nitrofenilacetato foram avaliadas no soro, fígado, cérebro, músculo e coração dos pacus. Houve redução de aproximadamente 35% da atividade de CarbE no soro dos pacus submetidos a 24 horas de hipoxia. Uma queda de 85% na atividade de CarbE do soro foi observada nos animais que sofreram hipoxia e subsequente exposição a 0,02 mg de metilparation por litro. Com metilparation a 0,01 mg/L a diminuição observada foi de 48,2%. No músculo dos pacus expostos a 0,02 mg/L, as atividades de AChE e BChE cairam pela metade quando os mesmos foram submetidos à hipoxia quando comparados a animais que permaneceram em normoxia. Nos diversos tecidos dos pacus expostos a 0,01 mg/L de metilparation não observamos diferenças significativas nas atividades de AChE, BChE ou CarbE. Concluímos que a duplicação da concentração de metilparation de 0,01 para 0,02 mg/L levou à atividade residual de CarbE do soro de 51,8% para 15%. A ausência de mudanças nas atividades das esterases dos tecidos de animais expostos a 0,01 mg/L entre os grupos hipoxia e normoxia deve ter ocorrido porque a concentração de organofosforado não foi suficiente para superar a primeira barreira de proteção das esterases séricas e atingir os tecidos. Mas, no experimento com 0,02 mg/L de metilparation, as inibições de AChE e de BChE no músculo dos animais em hipoxia podem ser explicadas pela diminuição da atividade de CarbE do soro dos pacus.

Neurotoxicidade de pesticidas organofosforados durante o desenvolvimento: alterações bioquímicas e comportamentais

Pesticidas organofosforados são amplamente usados e seu uso constitui um grave problema de saúde pública. A ação clássica destes compostos é a inibição irreversível da acetilcolinesterase, promovendo acúmulo de acetilcolina nas sinapses e hiperestimulação colinérgica. No entanto, as consequências da exposição a baixas doses podem se estender a outros mecanismos de ação e sistemas neurotransmissores. Considerando que crianças constituem um grupo particularmente vulnerável aos efeitos de pesticidas, neste trabalho investigamos os efeitos da exposição aos organofosforados metamidofós (MET) e clorpirifós (CPF) durante o desenvolvimento sobre os sistemas colinérgico e serotoninérgico e sobre o comportamento de camundongos. Para isso, camundongos suíços foram expostos a injeções subcutâneas de MET, clorpirifós ou veículo do terceiro (PN3) ao nono (PN9) dias de vida pós-natal. As doses de exposição foram previamente escolhidas através da construção de uma curva dose-resposta que identificou como mais adequadas para este estudo as doses de 1mg/kg de MET e 3mg/kg de CPF, as quais promoveram em torno de 20% de inibição da acetilcolinesterase. Em PN10, parte dos animais foi sacrificada e foram avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico no tronco encefálico e córtex cerebral. De PN60 a PN63, os animais foram submetidos a uma bateria de testes comportamentais. Em seguida, estes animais também foram sacrificados tendo sido avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico. Em PN10, MET e CPF causaram alterações que sugerem aumento da atividade colinérgica respectivamente no tronco e córtex em fêmeas. No sistema serotoninérgico, apenas CPF promoveu alterações, aumentando a ligação ao receptor 5HT1A e transportador 5HT em fêmeas e diminuindo na ligação ao 5HT2. Em PN63, a atividade da acetilcolinesterase foi reestabelecida em todos os grupos. Ainda assim, MET diminuiu a atividade da colina acetiltransferase no córtex e a ligação ao transportador colinérgico no tronco. Quanto aos efeitos do CPF, no tronco, houve redução da atividade da colina acetiltransferase em fêmeas e aumento em machos. Sobre o sistema serotoninérgico, MET e CPF promoveram diminuições no 5HT1A respectivamente no tronco e córtex das fêmeas e CPF aumentou a ligação no córtex de machos. A ligação ao 5HT2 foi aumentada após o tratamento com MET e ao transportador 5HT foi diminuída em fêmeas após o tratamento com clorpirifós. Sobre o comportamento, identificamos comportamento associado à depressão em animais expostos a MET e aumento dos níveis de ansiedade, além de prejuízo de aprendizado/memória após exposição à CPF. Desta forma, nossos resultados indicam que a exposição à metamidofós e clorpirifós durante o desenvolvimento é capaz de alterar, de diferentes formas, a atividade colinérgica e serotoninérgica, mesmo que as doses de exposição sejam toxicologicamente equivalentes. Foram verificados efeitos nas vias neuroquímicas logo após a exposição e após um longo período de interrupção do tratamento, indicando efeitos tardios em sistemas importantes que podem estar associados às alterações comportamentais. Finalmente, o presente estudo reforça a associação epidemiológica entre pesticidas e alterações psiquiátricas e a capacidade da programação de alterações a longo-prazo quando a exposição se dá durante o desenvolvimento.

Cholinesterase Research Outreach Project (CROP): measuring cholinesterase activity and pesticide use in an agricultural community

BACKGROUND: Australian farmers and their workers are exposed to a wide variety of pesticides. Organophosphate (OP) insecticides are a widely used class of pesticide used for animal husbandry practices (Naphthalophos for sheep dipping, jetting and drench), crop production for pest control (Dimethoate) and in public health (Maldison for head lice). Acute poisonings with this class of insecticide are reported among agricultural workers and children around the globe, due to the inhibition of acetylcholinesterase (AChE). Less is known about chronic exposures. Regular monitoring of erythrocyte AChE will enable farmers to identify potential exposure to organophosphate insecticides and take action to reduce exposures and improve their health and safety practices. This study aims to assess and improve the integration of AChE monitoring into routine point of care health clinics, and provide farming and non-farming people with a link between their AChE activity and their household chemical and agrichemical use. METHODS/DESIGN: The research will target individuals who work on mixed farming enterprises and routinely using OPs (n = 50) and non-farmers (n = 30). Baseline data are collected regarding demographic, health conditions and behaviours, Kessler 10 (K10) scores, chemical use and personal protection. Baseline anthropometric measures include height, weight, hip and waist circumference, body fat analysis and, biochemical analysis of fasted total serum cholesterol, triglycerides, low-density cholesterol (LDL), high-density cholesterol (HDL) and blood glucose. Analysis of erythrocyte cholinesterase (EAChE) activity is also conducted using a finger prick test. Testing of EAChE is then repeated in all participants every 3 weeks for a maximum of three times over a period 10 weeks. Participants are provided with full feedback and counselling about their EAChE activity after each reading and a detailed summary provided to all participants at the completion of the study. Data will be analysed using repeated measures within a general linear model. DISCUSSION: This work will provide an evidence base and recommendations for the integration of EAChE monitoring into Australian rural health clinics, leading to research which will further quantify pesticide exposure both on the farm and in the home, highlighting the importance of sustaining and providing a safe work and home environment for farming communities. TRIAL REGISTRATION: ACTRN12613001256763.

Biochemical, histopathological and clinical evaluation of delayed effects caused by methamidophos isoforms and TOCP in hens: Ameliorative effects using control of calcium homeostasis

This work evaluated the potential of the isoforms of methamidophos to cause organophosphorus-induced delayed neuropathy (OPIDN) in hens. In addition to inhibition of neuropathy target esterase (NTE) and acetylcholinesterase (AChE), calpain activation, spinal cord lesions and clinical signs were assessed. The isoforms (+)-, (+/-)- and (-)-methamidophos were administered at 50 mg/kg orally; tri-ortho-cresyl phosphate (TOCP) was administered (500 mg/kg, po) as positive control for delayed neuropathy. The TOCP hens showed greater than 80% and approximately 20% inhibition of NTE and AChE in hen brain, respectively. Among the isoforms of methamidophos, only the (+)-methamidophos was capable of inhibiting NTE activity (approximately 60%) with statistically significant difference compared to the control group. Calpain activity in brain increased by 40% in TOCP hens compared to the control group when measured 24h after dosing and remained high (18% over control) 21 days after dosing. Hens that received (+)-methamidophos had calpain activity 12% greater than controls. The histopathological findings and clinical signs corroborated the biochemical results that indicated the potential of the (+)-methamidophos to be the isoform responsible for OPIDN induction. Protection against OPIDN was examined using a treatment of 2 doses of nimodipine (1 mg/kg, i.m.) and one dose of calcium gluconate (5 mg/kg, iv.). The treatment decreased the effect of OPIDN-inducing TOCP and (+)-methamidophos on calpain activity, spinal cord lesions and clinical signs. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparative in vitro study of the inhibition of human and hen esterases by methamidophos enantiomers

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

Biochemical biomarkers in Oreochromis niloticus exposed to mixtures of benzo[a]pyrene and diazinon.

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

Qualidade microbiológica, fisico-química e pesquisa de resíduos de antibióticos e pesticidas no leite bovino produzido pelo sistema convencional e pelo sistema orgânico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de possíveis correlações entre miastenia grave e exposiçao crônica a pesticidas em nosso meio

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB