Development of novel short and long term studies in Enchytraeus crypticus

Abstract

A maioria dos estudos ecotoxicológicos têm investigado os efeitos de curto prazo dos contaminantes. Comparativamente, tem sido desenvolvido pouco trabalho na avaliação dos efeitos a longo prazo dos químicos existindo portanto uma necessidade de preencher esta lacuna. De entre as espécies de solo usadas em ecotoxicologia estão os Enquitraídeos (Oligochaeta), membros importantes da mesofauna terrestre com diretrizes padrão para testar os efeitos ao nível da sobrevivência, reprodução e bioacumulação (ISO, 2004; OECD, 2010, 2004). Para a espécie Enchytraeus crypticus, existe também disponível o cDNA microarray com mais de 40 000 transcritos (Castro-Ferreira et al., 2014) sendo uma vantagem competitiva em relação a outras espécies padrão. O principal objetivo desta pesquisa foi desenvolver novos testes de curto e longo prazo, abrangendo novos/diferentes endpoints para E. crypticus. A habilidade de regeneração do E. crypticus foi descoberta e o processo de regeneração foi descrito; este pode ser adicionalmente utilizado para avaliar os efeitos de tóxicos em testes de curto prazo. O desenvolvimento embrionário de E. crypticus foi investigado e um teste de embriotoxicidade foi desenvolvido (pela primeira vez em um invertebrados do solo). O cádmio (Cd) foi usado como substância de teste para validar o teste embriotoxicidade dados os seus conhecidos efeitos embriotóxicos. Os resultados mostraram que o Cd causou uma diminuição no sucesso da eclosão devido a um atraso ou interrupção na formação de estruturas embrionárias. Um teste de longevidade (com avaliação da sobrevivência e reprodução ao longo do tempo) foi desenvolvido para E. crypticus. Este ensaio de exposição de longo prazo foi utilizado para avaliar os efeitos de nanopartículas de óxido de cobre (CuO-NPs) em comparação com CuCl2 revelando que CuO-NPs causou efeitos superiores (diminuindo a longevidade e reduzindo a reprodução) do que CuCl2, a uma concentração de efeito semelhante. Este ensaio traz um novo conceito em ecotoxicidade, a longevidade. Este é um especto particularmente importante quando o assunto é a toxicidade de nanomateriais (NMs), onde se espera que o tempo de exposição a longo prazo revele efeitos imprevisíveis através dos testes correntes de curto/longo prazo. O uso dos novos ensaios desenvolvidos podem melhorar a avaliação dos perigos dos produtos químicos.

Most of the ecotoxicity studies have investigated the short-term effects of chemicals. Comparatively, little work has been done in the assessment of the long-term effects of chemicals and there is a need to fill this gap. Among soil species used in ecotoxicology are Enchytraeids (Oligochaeta), important members of the terrestrial mesofauna with standard guidelines for testing effects at survival, reproduction and bioaccumulation level (ISO, 2004; OECD, 2010, 2004). For the species Enchytraeus crypticus, there is also available the cDNA microarray with more than 40 000 transcripts (Castro-Ferreira et al., 2014) being a competitive advantage in comparison to other standard species. The main goal of this research was to develop novel short and long-term tests, covering new/different endpoints, for E. crypticus. Regeneration ability of E. crypticus was discovered and the regeneration process was described; this can be further used as endpoint to assess the effects of toxicants in short-term studies. The embryonic development of E. crypticus was investigated and an embryotoxicity test was developed (for the first time in a soil invertebrate). Cadmium (Cd) was used as a test substance to validate the embryotoxicity test given its known embryotoxic effects. Results showed that Cd caused a decrease in the hatching success due to a delay or disruption in formation of embryonic structures. A lifespan test (with assessment of survival and reproduction over time) was developed for E. crypticus. This long-term exposure assay was used to assess the effects of copper oxide nanoparticles (CuO-NPs) in comparison with CuCl2 revealing that CuO-NPs caused higher effects (shortening lifespan and reducing reproduction) than CuCl2, at similar effect concentration. This lifespan assay brings a novel concept in ecotoxicity, the longevity. This is a particularly important aspect when the subject is nanomaterials (NMs) toxicity, where longer term exposure time is expected to reveal unpredicted effects via the current short/long-term tests. The use of the new assays developed can improve the hazard assessment of chemicals.