Enantioselective ecotoxicity of venlafaxine in aquatic organisms: daphnia and zebrafish

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Inúmeros fármacos quirais, incluindo a venlafaxina (VLF), são detetados no meio aquático. Os enantiómeros apresentam propriedades físico-químicas semelhantes, mas os seus efeitos tóxicos podem diferir. A VLF é um antidepressivo quiral presente em níveis desde ng/L a μg/L nas águas residuais e nos rios, e pode afetar negativamente os organismos não-alvo. Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar os efeitos tóxicos da VLF racémica (R,S)-VLF e enantiómeros (S)-VLF e (R)-VLF na dáfnia (Daphnia magna) e peixe-zebra (Danio rerio). Foi avaliada a imobilização da dáfnia após 2 dias de exposição a diversas concentrações de VLF até 50000 μg/L. Durante 21 dias foi avaliada a reprodução e a mortalidade da dáfnia exposta a 25, 50, 100, 200 e 400 μg/L de VLF. Após exposição aguda não foi observada toxicidade nas dáfnias expostas, o que está de acordo com o EC50 = 149,28 mg/L para VLF. Na exposição crônica, a (R,S)-VLF e enantiómeros não causaram efeitos significativos na mortalidade, idade à primeira reprodução e no tamanho da primeira ninhada. No entanto, foi observada uma diminuição da fecundidade nos animais expostos a (S)-VLF e (R)-VLF. Estes resultados mostram que a concentração ambientalmente relevante (0.3 μg/L) não deve haver impacto negativo na reprodução da dáfnia. No peixe-zebra, ao longo de 120 horas, foram avaliados os efeitos da (R,S)-VLF e enantiómeros (0.3, 3, 30, 300 e 3000 μg/L) na mortalidade, desenvolvimento embrionário, comportamento, bioquímica e pigmentação da melanina. Foram observadas mudanças no desenvolvimento embrionário, sobretudo aumento da curvatura da cauda em animais expostos a 3000 μg/L de (S)-VLF, e aumento da percentagem de malformações em animais expostos a 3000 μg/L de (R,S)-VLF, (S)-VLF e (R)-VLF. Relativamente ao comportamento, observou-se que a exposição do peixe-zebra a 3000 μg/L de (R,S)-VLF levou a uma diminuição da distância total percorrida e ao aumento da distância ao centro do poço. Também houve uma redução do comportamento de fuga em animais expostos a 300 e 3000 μg/L de (R)-VLF. Apesar das alterações bioquímicas observadas, como o aumento da GPx, GSH, GSSG, LDH para (R,S)-VLF, diminuição da GPx para (R)-VLF, aumento da AChE e diminuição de ROS e SOD para (S)-VLF, não houve alteração na homeostase redox. Foram observados efeitos enantiosseletivos com o aumento de pigmentação, de malformações e da distância total percorrida nos animais expostos ao (R)-VLF. Além disso, observou-se que os animais expostos ao (S)-VLF estavam mais letárgicos, apresentando menor distância total percorrida, o que pode ser explicado pelo aumento da atividade de AChE e pela diminuição da atividade de LDH. Os resultados observados no peixe-zebra estão em linha com os obtidos na dáfnia, e sugerem que os baixos níveis de VLF e enantiómeros, refletindo as concentrações ambientais relevantes, não afetam os parâmetros estudados. Apesar da enantiotoxicidade observada, esta só foi detetada para as altas concentrações testadas. Sendo assim, são necessários mais estudos enantiosseletivos para complementar os escassos dados disponíveis na literatura e os resultados obtidos neste estudo, considerando avaliar a exposição crónica para o peixe-zebra e os efeitos transgeracionais na dáfnia, e consequentemente melhorar a precisão das avaliações de risco ecológico.
Numerous chiral drugs, including venlafaxine (VLF) are detected in the aquatic environment, as enantiomers that present similar physico-chemical properties, but their toxic effects may differ. VLF is a chiral antidepressant can be present in levels from a few ng/L to μg/L in wastewater and river water, and thus they can interact negatively with non-target organisms. Thus, the objective of the work was to evaluate the toxic effects of racemic VLF (R,S)-VLF and enantiomers (S)-VLF and (R)-VLF in daphnia (Daphnia magna) and zebrafish (Danio rerio). Daphnia immobilization was assessed after 2 days exposed to several concentrations up to 50000 μg/L. For 21 days was evaluated the reproduction and mortality of daphnia exposed to 25, 50, 100, 200 and 400 μg/L of VLF. For acute exposure, no toxicity of (R,S)-VLF was found for exposed daphnia, which is in accordance with the EC50 = 149.28 mg/L for VLF. For chronic exposure, (R,S)-VLF and its enantiomers didn’t cause significant effects on mortality, age at first reproduction and size of the first clutch. However, a decrease in fecundity was observed in animals exposed to (S)-VLF and (R)-VLF. These results showed that the environmentally relevant concentration (0.3 μg/L) no negative effects are expected on daphnia reproduction. In zebrafish, over 120 hours, it was evaluated the effects of VLF (0.3, 3, 30, 300 and 3000 μg/L) on mortality, embryonic development, behaviour, biochemistry and melanin pigmentation. In zebrafish, it has been observed changes in embryonic development, such as increased in tail curvature in animals exposed to 3000 μg/L of (S)-VLF, and increased percentage of malformations in animals exposed to 3000 μg /L of (R,S)-VLF, (S)-VLF and (R)-VLF. In terms of behaviour, it was observed that the exposure of zebrafish to 3000 μg/L of (R,S)-VLF led to a decrease in the total distance moved and an increase in the distance to the centre of the well. There was also a reduction in avoidance behaviour in animals exposed to 300 and 3000 μg/L of (R)-VLF. Despite the biochemical changes observed, such as an increase in GPx, GSH, GSSG, LDH for (R,S)-VLF, a decrease in GPx for (R)-VLF, an increase in AChE and a decrease in ROS and SOD for (S)-VLF, there were no changes in redox homeostasis. Enantioselective effects were observed with the increase in pigmentation, malformations, total distance moved, and SOD in animals exposed to (R)-VLF. Additionally, it was observed that animals exposed to (S)-VLF were more lethargic, presenting a lower total distance moved which can be explained by the higher levels of AChE and lower levels of LDH. The results observed in zebrafish are in line with those obtained in daphnia, both suggest that the effects of low levels of VLF and its enantiomers, reflecting environmental concentrations, are not affecting the parameters studied. So, despite the enantiotoxicity observed, it was only detected at high concentrations. Therefore, more enantioselective studies are needed to complement scarce data available and result obtained in this study, considering the assessment of chronic exposure in zebrafish and transgenerational effects in daphnia, for more accurate ecological risk assessments.
Descrição
Master dissertation in Clinical Laboratory Biology
Palavras-chave
Ecotoxicidade , Fármacos quirais
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