Biomarcadorescomo ferramentas de monitoramento da ... · Pescaria industrial Uso de recursoshídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos. Crescimento do PIB2000–2007

Biomarcadores como ferramentas de

monitoramento da contaminação aquática

Adalto Bianchini

Universidade Federal do Rio GrandeInstituto de Ciências Biológicas

Rio Grande, RS, [email protected] FURG

Biomarcadores de contaminação aquática:

conceitos e aplicações

Adalto Bianchini



Afonso Celso Dias Bainy

Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de BioquímicaFlorianópolis, SC, [email protected]

Biomarcadores moleculares

de contaminação aquática

Biomarcadores fisiológicos e genéticos


Cláudia Bueno dos Reis Martinez

Universidade Estadual de LondrinaDepartamento de Ciências Fisiológicas

Londrina, PR, [email protected]

Biomarcadores morfológicos


Marisa Narciso FernandesUniversidade Federal de São CarlosDepartamento de Ciências Fisiológicas

São Carlos, SP, [email protected]

Biomarcadores de contaminação aquática:

conceitos e aplicações

Adalto Bianchini



Aspectos abordados:

---- BraBraBraBrassssilililil como país em desenvolvimentocomo país em desenvolvimentocomo país em desenvolvimentocomo país em desenvolvimento

---- UsUsUsUso dos o dos o dos o dos recursos hídricosrecursos hídricosrecursos hídricosrecursos hídricos: : : : aspectos políticosaspectos políticosaspectos políticosaspectos políticos, , , , econômicos econômicos econômicos econômicos e e e e ecológicosecológicosecológicosecológicos

---- AlternativAlternativAlternativAlternativas as as as para para para para o o o o monitoramento da qualidade monitoramento da qualidade monitoramento da qualidade monitoramento da qualidade das das das das águaságuaságuaságuas

Antes de 22 deAbril de 1500

Brasil como país em desenvolvimento

Em 22 deAbril de 1500



Equilíbrio ecológico

Após 22 de Abril de 1500


Agricultura

Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos

Agricultura


Pecuária


Atividades Industriais


Atividades Industriais e Portuárias


Exploração de Petróleo


Mineração


Aquicultura


Pescaria artesanal


Pescaria industrial


Crescimento do PIB 2000–2007

Divisão de Estatística da ONU (2008)2000 - 2007 Brasil – 11%


Produto Interno BrutoBrasil como país em desenvolvimento

Belém, PA


Fortaleza, CE


Recife, PE


Vitória, ES


Rio de Janeiro, RJ


Florianópolis, SC


Porto Alegre, RS


Países pelo PIB per capita em 2008 (ONU, estimado em Outubro de 2008)Brasil – 64o

Produto Interno Bruto per CapitaBrasil como país em desenvolvimento

Esgoto doméstico


AMBIENTES AQUÁTICOS

Problemática da poluição


Principais contaminantes aquáticos

Metais (Cu, Cd, Zn e Pb)

Esgoto doméstico

Hidrocarbonetos

Pesticidas


Branqueamento de corais (Recife, PE)

Impactos biológicos e ecológicos


Índice de Desenvolvimento Humano

Índice de Desenvolvimento Humanao (baseado em dados de 2006)Brasil - 70o


Crescimento do PIB 2000–2007

Divisão de Estatística da ONU (2008)2000 - 2007 Brasil – 11%

Fundo Monetário Internacional (2008)2008 - 2013 Brasil – 33%


Conclusão

O equilíbrio ecológico dos sistemas aquáticos do Brasil

está severamente ameaçado pelo incremento da poluição

orgânica e inorgânica associada ao crescimento urbano,

agrícola e industrial. O monitoramento, preservação e

restauração destes ecossistemas requer uma melhor

compreensão de como as atividades naturais e

antrópicas afetam este equilíbrio.


Problemática

A conservação dos recursos hídricos está se tornando progressivamente

mais onerosa e problemática do ponto de vista político e ecotoxicológico.

Aves migratórias no Sul do Brasil


Legislação Ambiental

Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas





Ferramentas para monitoramento da qualidade da água

- Medidas diretas


Rede Brasileira de Monitoramento de Água

- 423 estações

- 4/5 amostragens por ano

- avaliação de diversos parâmetros de qualidade da água


Biodisponibilidade dos contaminantes


FORMAÇÃO DE COMPLEXOS METÁLICOS

LIGAÇÃO COMPETITIVA NOS

SÍTIOS ATIVOS

dureza

cátions

Biodisponibilidade, bioacumulação e toxicidade de metais

FORMAÇÃO DE COMPLEXOS METÁLICOS

LIGAÇÃO COMPETITIVA NOS

SÍTIOS ATIVOS

dureza

cátions

ânions


ECOTOXICOLOGIA

“Ciência que estuda os efeitos das

substâncias naturais ou sintéticas sobre

a biota, em nível organísmico,

populacional e de comunidades, nos

ambientes terrestre e aquático.”


triângulo

ecotoxicológico

triângulo

ecotoxicológico

BIOTA

AMBIENTEAMBIENTE CONTAMINANTESCONTAMINANTES

reprodução, alimentaçãoreprodução, alimentação

salinidade, temperaturasalinidade, temperatura

pluviosidadepluviosidadeaporte aporte variadovariado

O PARADIGMA DA ECOTOXICOLOGIAO PARADIGMA DA ECOTOXICOLOGIA




Alternativas para o monitoramento da qualidade da água

- Medidas diretas

- Testes toxicológicos

- Biomarcadores



- Medidas diretas

Modelagem ecotoxicológica

- Testes toxicológicos}



- Modelagem ecotoxicológica


Paquin et al. (2002)


- Medidas diretas

Modelagem ecotoxicológica

- Biomarcadores}


BIOMARCADORES

Biomarcadores são alterações biológicas nos fluídos

corporais, células ou tecidos indicativas da exposição

a concentrações sub-letais de poluentes ambientais,

detectadas em nível molecular, celular e fisiológico

(Livingstone 1993; Walker et al., 1996).

Alternativas para o monitoramento de qualidade da água

Que biomarcadoresQue biomarcadores utilizautilizarr??

I. I. CitoCitopatologiapatologia e e HistopatologiaHistopatologia (comprometimento estrutural de (comprometimento estrutural de óórgrgããos eos esistemas)sistemas)

II. II. NeurotoxicidadeNeurotoxicidade (altera(alteraçãção no funcionamento do sistema nervoso perifo no funcionamento do sistema nervoso periféérico rico e central)e central)

III. III. Estresse Estresse OxidativoOxidativo (danos de macromol(danos de macromolééculas: lipculas: lipíídios, protedios, proteíínas e DNA)nas e DNA)

IV. IV. OsmoregulaOsmoregulaçãçãoo ee NefrotoxicidadeNefrotoxicidade (perda parcial ou total de adapta(perda parcial ou total de adaptaçãção a o a variavariaçõções de salinidadees de salinidade))

V. V. GenotoxidadeGenotoxidade ((danosdanos àà estruturaestrutura do material do material gengenééticotico))

VI. VI. Imunologia InespecImunologia Inespecííficafica (imunossupress(imunossupressããoo))


Biomarcadores Bioquímicos:

- Atividade da acetilcolinesterase- Concentração de metalotioneínas

- Atividade da catalase- Atividade da glutationa S-transferase

- Capacidade antioxidante total- Lipoperoxidação

Que biomarcadores são utilizadosQue biomarcadores são utilizados??


A relação entre as concentracões de agentes pró-oxidantes e anti-oxidantes determina a probabilidade de ocorrer estresse

oxidativo em uma célula

A relação entre as concentracões de agentes pró-oxidantes e anti-oxidantes determina a probabilidade de ocorrer estresse

oxidativo em uma célula

� Metais

� Pesticidas

� Hidrocarbonetos

� Toxinas

�� MetaisMetais

�� PesticidasPesticidas

�� HidrocarbonetosHidrocarbonetos

�� ToxinasToxinas

PróPró--oxidantesoxidan

tesAntiAnti--ox

idantes

oxidantes

Enzimáticos

� Catalase

� GST

� GPx

� SOD

EnzimáticosEnzimáticos

�� CatalaseCatalase

�� GSTGST

�� GPxGPx

�� SODSOD

Não enzimáticos

� Vit. C

� Vit. E

� GSH

Não enzimáticosNão enzimáticos

�� VitVit. C. C

�� VitVit. E. E

�� GSHGSH

Uso de respostas antioxidantes e estresse oxidativo comobiomarcadores de poluição aquática

Uso de respostas antioxidantes e estresseUso de respostas antioxidantes e estresse oxidativooxidativo comocomobiomarcadoresbiomarcadores de poluição aquáticade poluição aquática

ProteínasProteínasProteínas

Oxidação de AminoácidosOxidação de Oxidação de AminoácidosAminoácidos

Inibição enzimáticaInibição Inibição

enzimáticaenzimática

ROSROSROS

LipídiosLipídiosLipídios

Oxidação de ácidos graxos inssaturadosOxidação de ácidos Oxidação de ácidos graxosgraxos inssaturadosinssaturados

Redução da fluidez da membrana

Redução da fluidez da Redução da fluidez da membranamembrana

DNADNADNA

Oxidação de basesOxidação de basesOxidação de bases

Mutações localizadasMutações localizadasMutações localizadas

OO22..--

HH22OO22

OHOH..

Estresse Oxidativo: um desequilíbrio entre os

agentes pró-oxidantes eanti-oxidantes, em favor

dos pró-oxidantes

Estresse Oxidativo: um desequilíbrio entre os

agentes pró-oxidantes eanti-oxidantes, em favor

dos pró-oxidantes

São Josédo Norte

Lagoa dos

Patos

Rio Grande10 km

Poluído II

Poluído I

Poluído III

Poluído IV

Controle

Lagoa d

os

Pato

s

Sangue

Imunocompetência

Fígado

MT

Fígado

Metais

Explosão respiratóriaExplosão respiratória

ControleControle PoluPoluíídodo

0.000.00

0.050.05

0.100.10

0.150.15

AmbienteAmbiente

Ati

vid

ad

e E

sp

ec

Ati

vid

ad

e E

sp

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í fic

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nm

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g d

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nm

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g d

e p

rote

ína

s/m

inp

rote

ína

s/m

in

*

Atividade colinesterásica –Micropogonias furnieri - RS

Atividade ColinesterásicaAtividade Colinesterásica

Inverno Verão

U C

AT/m

in/m

g proteínas

0

20

40

60

80

aa

bb

CATALASE

Lutjanus synagrisControle

Poluído

GST


Poluído

Inverno Verão

U G

ST/m

in/m

g proteínas

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

a a a

b

LPO


Poluído

Inverno Verão

Peroxidaçã

o lipídica

(nmolesCHP/

g tecido úm

ido)

0

2000

6000

10000

12000

a

a

a

b

8000

4000

Verão Inverno

Concentração do metal(µg/g PS)

Contaminação por metais

Bbc

abdab

aab

c

bc

ab

a

cd

Verão InvernoConcentração de MT (µmol GSH/gPS)

Concentração de Metalotioneínas

Verão Inverno

Explosão respiratória

(fluorescência)

Explosão respiratória

Dano de DNA

Ensaio Cometa

Teste do Micronúcleo

Dano Dano de de DNADNA

Ensaio CometaEnsaio Cometa

Teste Teste do do MicronúcleoMicronúcleo GSTGSTGST

SangueSangueSangue FígadoFígadoFígado

CATCATCAT

MTMTMT

Saco do JustinoSaco do Justino

Não poluídoNão poluído

Coroa do BoiCoroa do Boi

PoluídoPoluído

250 L

SJSJ

250 L

CBCB

Paralichthysorbignyanus

(335.7 ±±±± 51.5 g; n=30; ambos sexos)

Paralichthysorbignyanus

(335.7 ±±±± 51.5 g; n=30; ambos sexos)

OceanOceanoo

EstuárioEstuário

MarismaMarisma

LPOLPOLPO

ESTUDOS EM LABORATÓRIO

aa abab

bcbccc

cccc

1 D1 Diaia 5 D5 Diasias

U C

AT/

mg

U

CA

T/

mg

tecid

ote

cid

o

0.00.0

0.50.5

1.01.0

1.51.5

2.02.0

2.52.5

aa aaaa

aaaa


m m

ol G

SH

/g

tm

mol G

SH

/g

tecid

oecid

o

00

11

22

33

44

55

aa

aa

aa

aa

aaaa


U G

ST/

mg

U

GS

T/

mg

tecid

ote

cid

o

0.00.0

0.50.5

1.01.0

1.51.5

2.02.0

2.52.5

3.03.0

3.53.5

aa

Biomarcadores de exposição

ControlControlee

Ambiente não poluídoAmbiente não poluído

Ambiente poluídoAmbiente poluído

Biomarcadores de efeito

ControlControlee

Ambiente não poluídoAmbiente não poluído

Ambiente poluídoAmbiente poluído

bb

aaaa

aa


Fre

qu

ên

cia

Fre

qu

ên

cia

de M

Nd

e M

N

0022446688101012121414161618182020

aa

aa

aa

bb

bb

aa

300300


Mom

en

to d

a c

au

da

Mom

en

to d

a c

au

da

00

5050

100100

150150

200200

250250

aa

bb

aaaa

aa

bb

bb

bb


nm

ol

nm

olC

HP

/g

C

HP

/g

tecid

ote

cid

o

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

Afonso Celso Dias Bainy

Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de BioquímicaFlorianópolis, SC, [email protected]

Biomarcadores moleculares


Biomarcadores fisiológicos e genéticos


Cláudia Bueno dos Reis Martinez

Universidade Estadual de LondrinaDepartamento de Ciências Fisiológicas

Londrina, PR, [email protected]

Biomarcadores morfológicos


Marisa Narciso FernandesUniversidade Federal de São CarlosDepartamento de Ciências Fisiológicas

São Carlos, SP, [email protected]

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)


INCT-TA

INCT-TA: Estrutura Organizacional


(1) Laboratório de Zoofisiologia - Instituto de Ciências Biológicas – FURG

(2) Laboratório de Microcontaminantes Orgânicos e Ecotoxicologia Aquática –Instituto de Oceanografia – FURG

(3) Laboratório de Biomarcadores de Contaminação Aquática e Imunoquímica -Departamento de Bioquímica – UFSC

(4) Laboratório de Fisiologia Comparativa da Osmoregulação - Departamento de Fisiologia – UFPR

(5) Laboratório de Toxicologia Ambiental – Departamento de Farmacologia – UFPR

(6) Laboratório de Citogenética Animal – Departamento de Genética – UFPR

(7) Laboratório de Toxicologia Celular – Departamento de Biologia Celular – UFPR

(8) Laboratório de Ecofisiologia Animal - Departamento de Ciências Fisiológicas – UEL

(9) Laboratório de Zoofisiologia e Bioquímica Comparativa - Departamento de Ciências Fisiológicas – UFSCAR

(10) Laboratório de Ecotoxicologia Aquática - Departamento de Zoologia – UFPE

INCT-TA: Laboratórios Associados


INCT-TA

INCT-TA: Estrutura Funcional


Responsáveis pelos Grupos Associados:

- Grupo Sede – FURG – Prof. Dr. Adalto Bianchini

- Grupo Associado – UFSC – Prof. Dr. Afonso Celso Dias Bainy

- Grupo Associado – UFPR – Profa. Dra. Helena Cristina da Silva de Assis

- Grupo Associado – UEL – Profa. Dra. Cláudia Bueno dos Reis Martinez

- Grupo Associado – UFSCAR – Profa. Dra. Marisa Narciso Fernandes

- Grupo Associado – UFPE – Prof. Dr. Paulo Sérgio Martins de Carvalho

INCT-TA: Grupos Associados


- Prof. Dr. Adalto Bianchini – FURG (Coordenador do INTA)

- Prof. Dr. Afonso Celso Dias Bainy – UFSC (Vice-Coordenador do INTA)

- Profa. Dra. Helena Cristina da Silva de Assis – UFPR

- Profa. Dra. Cláudia Bueno dos Reis Martinez - UEL

- Profa. Dra. Marisa Narciso Fernandes – UFSCAR

- Prof. Dr. Paulo Sérgio Martins de Carvalho – UFPE

- Dr. Ademilson Josemar Zamboni (Ministério do Meio Ambiente)

- Prof. Dr. Christopher M. Wood – McMaster University (Canadá)

INCT-TA: Comitê Gestor


O INCT-TA tem como tema central a Toxicologia Aquática, com abordagem focada no uso de

ferramentas químicas, biológicas e de modelagem

ecotoxicológica, visando o desenvolvimento e aplicação

de biomarcadores de contaminação de recursos

hídricos por substâncias químicas oriundas das

atividades humanas nos mais diferentes setores da

produção, tais como na agricultura, pecuária,

aqüicultura, pesca, indústria, portos e extração vegetal e

mineral. Além disso, aborda os problemas da

contaminação e saúde ambiental em função dos dejetos

urbanos e daqueles oriundos do uso doméstico.

INCT-TA


O INCT-TA tem um programa bem definido, com metas

quantitativas e qualitativas, compreendendo quatro

missões: pesquisa, formação de recursos humanos,

transferência de conhecimentos à sociedade e

transferência de conhecimentos para o governo, com

vistas ao estabelecimento de políticas públicas voltadas

à preservação do meio ambiente.

INCT-TA


Formação de Recursos Humanos:

O INCT-TA visa contribuir na formação de recursos

humanos de alta qualificação e capacidade para

desenvolver estudos avançados em toxicologia aquática

e atividades de vanguarda relacionadas ao

desenvolvimento e aplicação de ferramentas químicas,

biológicas e de modelagem ecotoxicológica, com vistas

à conservação dos recursos hídricos brasileiros.

INCT-TA


Transferência de Conhecimentos à Sociedade:

O INCT-TA objetiva transferir conhecimentos para a

sociedade sobre os diferentes aspectos da

contaminação e poluição aquática, sobretudo de seus

prejuízos para a saúde ambiental e humana, bem como

sobre a necessidade de preservação dos recursos

hídricos para o bem-estar da sociedade como um todo.

INCT-TA


Transferência de Conhecimentos para o Governo:

O programa do INCT-TA contempla a transferência de

conhecimentos para os órgãos governamentais, visando

a implementação de programa de monitoramento e

controle da qualidade dos recursos hídricos brasileiros

com base na aplicação de ferramentas modernas de

detecção de efeitos biológicos de microcontaminantes

na água.

INCT-TA


Pesquisa:

O programa de pesquisa do INCT-TA pretende, de

forma inédita, realizar a avaliação integrada de um

grande número de biomarcadores morfológicos,

bioquímicos, fisiológicos, genéticos, imunológicos e

comportamentais, visando à identificação, calibração e

aplicação dos mais adequados, práticos e econômicos

em políticas públicas relacionadas ao monitoramento da

qualidade ambiental, conservação dos recursos hídricos

e estabelecimento de critérios de qualidade de água

para preservação da biota aquática.

INCT-TA



BIOMARCADORES COMO FERRAMENTAS COMPLEMENTARES DE AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ÁGUAS


Coordenação do INCT:

Coordenador: Dr. Adalto Bianchini

Contato:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)Instituto de Ciências BiológicasAv. Itália km 8 – Campus Carreiros96.201-900 – Rio Grande – RSFone: (53) 3233-6853FAX: (53) 3233-6848E-mail: [email protected]://www.cnpq.br/programas/inct/_apresentacao/inct_toxicologia_aquatica.html

INCT-TA


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Documents

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