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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
Universidade Federal do Rio GrandeInstituto de Ciências Biológicas
Rio Grande, RS, [email protected] FURG
Afonso Celso Dias Bainy
Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de BioquímicaFlorianópolis, SC, [email protected]
Biomarcadores moleculares
de contaminação aquática
Biomarcadores fisiológicos e genéticos
de contaminação aquática
Cláudia Bueno dos Reis Martinez
Universidade Estadual de LondrinaDepartamento de Ciências Fisiológicas
Londrina, PR, [email protected]
Biomarcadores morfológicos
de contaminação aquática
Marisa Narciso FernandesUniversidade Federal de São CarlosDepartamento de Ciências Fisiológicas
São Carlos, SP, [email protected]
Biomarcadores de contaminação aquática:
conceitos e aplicações
Adalto Bianchini
Universidade Federal do Rio GrandeInstituto de Ciências Biológicas
Rio Grande, RS, [email protected] FURG
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
Atividades Industriais e Portuárias
Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos
Crescimento do PIB 2000–2007
Divisão de Estatística da ONU (2008)2000 - 2007 Brasil – 11%
Brasil como país em desenvolvimento
Países pelo PIB per capita em 2008 (ONU, estimado em Outubro de 2008)Brasil – 64o
Produto Interno Bruto per CapitaBrasil como país em desenvolvimento
Principais contaminantes aquáticos
Metais (Cu, Cd, Zn e Pb)
Esgoto doméstico
Hidrocarbonetos
Pesticidas
Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos
Branqueamento de corais (Recife, PE)
Impactos biológicos e ecológicos
Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos
Índice de Desenvolvimento Humano
Índice de Desenvolvimento Humanao (baseado em dados de 2006)Brasil - 70o
Brasil como país em desenvolvimento
Crescimento do PIB 2000–2007
Divisão de Estatística da ONU (2008)2000 - 2007 Brasil – 11%
Fundo Monetário Internacional (2008)2008 - 2013 Brasil – 33%
Brasil como país em desenvolvimento
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.
Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos
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
Uso de recursos hídricos: aspectos políticos, econômicos e ecológicos
Ferramentas para monitoramento da qualidade da água
- Medidas diretas
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
Rede Brasileira de Monitoramento de Água
- 423 estações
- 4/5 amostragens por ano
- avaliação de diversos parâmetros de qualidade da água
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
Biodisponibilidade dos contaminantes
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
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
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
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.”
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
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 das águas
Alternativas para o monitoramento da qualidade da água
- Medidas diretas
- Testes toxicológicos
- Biomarcadores
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
Alternativas para o monitoramento da qualidade da água
- Medidas diretas
Modelagem ecotoxicológica
- Testes toxicológicos}
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
Alternativas para o monitoramento da qualidade da água
- Modelagem ecotoxicológica
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
Paquin et al. (2002)
Alternativas para o monitoramento da qualidade da água
- Medidas diretas
Modelagem ecotoxicológica
- Biomarcadores}
Alternativas para o monitoramento da qualidade das águas
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))
Alternativas para o monitoramento de qualidade da água
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??
Alternativas para o monitoramento de qualidade da água
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
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PróPró--oxidantesoxidan
tesAntiAnti--ox
idantes
oxidantes
Enzimáticos
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� GST
� GPx
� SOD
EnzimáticosEnzimáticos
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�� 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
ControleControle PoluPoluíídodo
0.000.00
0.050.05
0.100.10
0.150.15
AmbienteAmbiente
Ati
vid
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*
Atividade colinesterásica –Micropogonias furnieri - RS
Inverno Verão
U C
AT/m
in/m
g proteínas
0
20
40
60
80
aa
bb
CATALASE
Lutjanus synagrisControle
Poluído
GST
Lutjanus synagrisControle
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
Lutjanus synagrisControle
Poluído
Inverno Verão
Peroxidaçã
o lipídica
(nmolesCHP/
g tecido úm
ido)
0
2000
6000
10000
12000
a
a
a
b
8000
4000
Bbc
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aab
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bc
ab
a
cd
Verão InvernoConcentração de MT (µmol GSH/gPS)
Concentração de Metalotioneínas
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
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mg
tecid
ote
cid
o
0.00.0
0.50.5
1.01.0
1.51.5
2.02.0
2.52.5
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1 D1 Diaia 5 D5 Diasias
m m
ol G
SH
/g
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/g
tecid
oecid
o
00
11
22
33
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1 D1 Diaia 5 D5 Diasias
U G
ST/
mg
U
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tecid
ote
cid
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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
1 D1 Diaia 5 D5 Diasias
Fre
qu
ên
cia
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0022446688101012121414161618182020
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300300
1 D1 Diaia 5 D5 Diasias
Mom
en
to d
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5050
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1 D1 Diaia 5 D5 Diasias
nm
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nm
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HP
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C
HP
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cid
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00
1010
2020
3030
4040
5050
6060
Afonso Celso Dias Bainy
Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de BioquímicaFlorianópolis, SC, [email protected]
Biomarcadores moleculares
de contaminação aquática
Biomarcadores fisiológicos e genéticos
de contaminação aquática
Cláudia Bueno dos Reis Martinez
Universidade Estadual de LondrinaDepartamento de Ciências Fisiológicas
Londrina, PR, [email protected]
Biomarcadores morfológicos
de contaminação aquática
Marisa Narciso FernandesUniversidade Federal de São CarlosDepartamento de Ciências Fisiológicas
São Carlos, SP, [email protected]
INCT-TA
INCT-TA: Estrutura Organizacional
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
(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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
INCT-TA
INCT-TA: Estrutura Funcional
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
- 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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
Legislação Ambiental
BIOMARCADORES COMO FERRAMENTAS COMPLEMENTARES DE AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ÁGUAS
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)
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
Instituto Nacional de Ciência e Tecnologiade Toxicologia Aquática (INCT-TA)