Toxicología Ambiental

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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de los efectos generados por la exposición a polvo de carbón en diferentes modelos biológicos
    (Universidad de Cartagena, 2023) Tirado Ballestas, Irina Patricia; Caballero Gallardo, Karina
    La minería del carbón es considerada como punto básico de la economía de muchos países, dado que, al ser un recurso importante en la producción de energía a nivel mundial, permite el ingreso de divisas. Sin embargo, las partículas que se liberan en el proceso de exploración, explotación y distribución de este mineral pueden generar efectos toxicológicos a varios niveles tróficos en los ecosistemas aledaños e incluyen daño al ser humano. La asociación de las enfermedades crónicas y exposición al polvo de carbón es una realidad confirmada con estudios científicos globales. No obstante, es necesario realizar investigaciones que permitan determinar los daños transcripcionales y fisiológicos relacionados con la alteración en el comportamiento, desarrollo, reproducción y supervivencia de seres fundamentales para mantener el equilibrio ecosistémico en matrices ambientales como es el suelo. Además, se deben ahondar en estudios que muestren los posibles mecanismos de toxicidad en el ser humano, principalmente a nivel respiratorio, puesto que la principal ruta de exposición de los seres humanos y organismos superiores es la aérea. El objetivo del presente proyecto consistió en evaluar los efectos toxicológicos de la exposición a polvo de carbón equivalente a partículas suspendidas totales (PST) sobre tres modelos biológicos: Eisenia fetida (Oligochaeta, Lumbricidae), Sinella curviseta y línea celular humana Calu- 1. La metodología empleada en los dos primeros modelos incluyó un diseño completamente aleatorizado, en el que los organismos fueron expuestos tanto a suelo control como a cinco concentraciones diferentes de polvo de carbón de diámetro inferior a 38 µm. El período de exposición fue de 7, 14, 28 y 60 días para E. fetida, tiempo durante el cual fueron determinados la viabilidad, cambios anatómicos, morfológicos y fisiológicos de los mismos, así como también fue revisada la capacidad de la lombriz para evadir la exposición al polvo de carbón, alteraciones histológicas del tejido y reproducción. En cuanto al modelo S. curviseta, los tiempos de exposición fueron 28 y 60 días a las mismas concentraciones utilizadas para la evaluación del efecto del polvo de carbón sobre la lombriz de tierra, teniendo como punto final la reproducción y mortalidad. En adición, fue evaluado el impacto en la viabilidad celular, alteraciones en el equilibro redox y cambios transcripcionales en la línea pulmonar humana Calu-1 expuesta a un extracto hidroalcohólico, a través de ensayo MTT, detección de ROS intracelular y expresión de genes asociados con estrés oxidativo, daño al ADN, peroxidación lipídica, inflamación y transporte de metales. La obtención del polvo de carbón con tamaño de partícula ≤38 μm se logró a través del proceso de molienda, utilizando un molino de bolas planetario PS + E, ND 04 L, con posterior tamizaje a través de malla menor o igual a 38 µm. Dichos tamaños de partículas fueron escogidos puesto que han sido reportados como la mayor proporción de material particulado generado en el proceso de extracción y transporte de carbón mineral, además de poseer una alta fugacidad. Para comprender de mejor manera el mecanismo de acción del polvo de carbón frente a los modelos escogidos para el desarrollo de la presente investigación, se realizó un análisis de sus elementos traza, el cual permitió identificar la presencia de moléculas con potencial alteración en el desarrollo normal de los modelos evaluados. Se realizó la identificación de metales pesados a través de la técnica Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS), identificando cuarenta y tres elementos: Li, Be, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Ga, Ge, As, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, Tl, Pb, Bi, Th, y U. Para la identificación de mercurio, fue utilizada la técnica de espectrometría de absorción atómica a través del analizador Zeeman mercury con software RAPID (Lumex, Russia) y unidad de pirólisis (PYRO-915+). Para el análisis toxicológico in vitro de este contaminante en células humanas, fue utilizado el extracto hidroetanólico del mismo. Al extracto se le analizaron los hidrocarburos presentes a través de cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas (GC-MS), encontrando diecisiete moléculas que incluyeron Undecano, Pentadecano, Dodecano; Undecano, 4-metil; Dodecano, 2,6,11-trimetil-; Heptano, 2,3-dimetil-; Octano, 4-metil-; Nonano, 4,5 dimetil; Tetradecano, 2,6,10-trimetil; cis - anhídrido aconítico, Glicerina, isoalocolato de etilo, ácido octanoide, 1H pirrol-2,5 diona, Estra-1,3,5(10)-trien-17ß-ol; Benzo[a]antraceno, 6,12- dimetil-1,2,3,4-tetrahidro- y neocuasino. Los datos obtenidos se presentan como media ± error estándar de la media (X ± SEM). Se utilizó ANOVA de una vía para comparar los grupos de tratamiento, verificando previamente la normalidad y la homogeneidad de la varianza, utilizando las pruebas de Kolmogorov- Smirnov y Bartlett, respectivamente. Cuando no se logró la normalidad, se utilizó Kruskal-Wallis en su lugar. Los análisis estadísticos se llevaron a cabo utilizando GraphPad Prism 6.0 (GraphPad Software, San Diego, CA). Los resultados con respecto al modelo E. fetida revelan que las alteraciones en la morfología y fisiología de los anélidos expuestos se evidenciaron principalmente en las mayores concentraciones probadas (3–4%) y tiempos de exposición (≥14 días). Los cambios incluyeron pérdida de peso y color, abundante producción de moco, constricción, descamación de la epidermis, involución del clítelo, movimientos violentos y letargo. La evitación del suelo contaminado con polvo de carbón siguió una relación de concentración-respuesta. Los hallazgos histopatológicos revelaron cambios en la cutícula, así como en las capas musculares circulares y longitudinales en animales que viven en suelos que contienen 3 y 4% de partículas de carbón. En resumen, E. fetida expuesta al polvo de carbón experimentó varios cambios patológicos, lo que sugiere que este contaminante puede inducir problemas de población en los microinvertebrados presentes en las zonas mineras de carbón. Con respecto al modelo Sinella curviseta, se encontró que la exposición de estos organismos a polvo de carbón por más de dos semanas a concentraciones de 3 y 4% generan alteraciones en el ciclo reproductivo, disminuyendo de forma significativa la población de colémbolos, organismos detritívoros importantes en el equilibrio biogeoquímico de los suelos a nivel mundial. Esta alteración poblacional sugiere que la exposición crónica y subcrónica (28 y 60 días) al polvo de carbón a concentraciones relativamente bajas (3 y 4% p/p) por parte de microinvertebrados del suelo y otros organismos morfológicamente similares a los colémbolos, puede desencadenar alteraciones en el equilibrio natural de los ecosistemas desde los niveles más bajos de la cadena trófica. En adición, a nivel de tejido humano, se evidenció citotoxicidad por desequilibrio redox de células epiteliales pulmonares in vitro, lo cual se relaciona además con alteraciones en la expresión de genes asociados con inflamación, estrés oxidativo, metabolismo de lípidos y de metales (CYP1A1, IL-8, IL-6, MT1X, y NQO1) luego de 24 horas de exposición a concentraciones iguales y mayores de 62.5 µg/mL de extracto hidroetanólico de polvo de carbón, lo que sugiere que no sólo la exposición a partículas de carbón, sino también los elementos traza que se encuentran en dichas partículas y que pueden liberarse a través de las corrientes de agua y exposición a condiciones ambientales como altas temperaturas y corrientes de aire, incluyendo hidrocarburos como undecano, dodecano, pentadecano y benzo(a)antraceno 6,12 dimetil- 1.2.3.4-tetrahidro. Se evidenció además una disminución en la expresión del gen PPAR-α, relacionado con la regulación de hidrocarburos.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Polvo urbano: reservorio de elementos potencialmente tóxicos en una ciudad industrializada del caribe colombiano
    (Universidad de Cartagena, 2023) Osorio Martínez, Jorge Armando; Olivero Verbel, Jesús; Silva Oliveira, Luis
    Colombia es un país biodiverso ubicado en la región tropical de América del Sur. La región caribe, que comparte las características climáticas de esta área, presenta diversidad de climas, ecosistemas, flora y fauna. En esta región está ubicada Barranquilla, capital del departamento del Atlántico, la cual es la ciudad más densamente poblada de la región caribe con aproximadamente 7.800 personas/km2 . Además, en la última década, Barranquilla ha presentado el mayor desarrollo industrial y urbanístico del caribe colombiano. Esto trae consigo el aumento de los índices de contaminación que impactan negativamente en la calidad del aire, en las fuentes hídricas, en el suelo, en la flora y fauna silvestre, así como en el aumento de problemas de salud pública para sus habitantes. A pesar de los estudios de monitoreo y caracterización del material particulado (MP), sedimentos y fuentes hídricas realizados en Barranquilla, aún las investigaciones para comprender la dinámica de los contaminantes y la contribución de las diferentes matrices es insuficiente. El polvo, considerado un indicador de la calidad ambiental de los entornos urbanos y suburbanos, es una matriz objeto de estudio en países en desarrollo y en vía de desarrollo. Estas partículas presentan una composición heterogénea a la cual se asocian contaminantes inorgánicos y orgánicos. Además, este contribuye con el MP en cuidades. El polvo urbano puede incorporándose al suelo y fuentes hídricas por deposición seca, húmeda y escorrentías, lo que conlleva a cambios en las características fisicoquímicas de los ecosistemas, al aumento del contenido mineralógico y a riesgos ambientales y de salud humana a mediano y largo plazo. Los elementos potencialmente tóxicos (EPTs) son contaminantes presentes en estas partículas que, al incorporarse en los ecosistemas, son bioacumuladas y biomagnificadas en la red trófica, causando efectos tóxicos. En las ciudades, las principales fuentes de EPTs son de origen antropogénico. De acuerdo esto, el objetivo de la tesis doctoral fue el estudio del polvo urbano, los riesgos (ecológicos y a la salud humana) y efectos tóxicos asociados a los EPTs del mismo; lo cual es descrito en dos proyectos. El primer proyecto realizado tuvo como objetivo principal establecer la distribución espacial de los niveles de EPTs presentes en el polvo urbano de la ciudad de Barranquilla y los riesgos ambientales y de salud relacionados con la exposición a los mismos. La metodología consistió en la recolección de treinta y cinco muestras en sitios diferentes del área urbana de la ciudad. Después fueron determinados la composición por tamaño de partículas de las muestras, contenido oligoelementos por espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS), y los riesgos ecológicos y a la salud humana. Los resultados mostraron que el polvo está compuesto principalmente por partículas de 10-70 µm de tamaño. Las concentraciones medias de V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Pb y Bi eran superiores a los valores de fondo. Los elementos Cu, Zn, As, Se, Mo, Ag, Sn, Sb y Bi presentaron mayor heterogeneidad espacial en el área urbana. El tráfico vehicular y las emisiones industriales fueron identificadas como las principales fuentes antropogénicas de EPTs. Según lo índices ambientales, los factores de concentración sugieren que el polvo urbano está extremadamente contaminado por Zn y Cu. El riesgo ecológico asociado a elementos específicos disminuyó en el orden Cd > Cu > As > Hg > Pb > Ni > Co ≈ Zn ≈ Cr, y el índice de carga de contaminación mostró que el 91% de las muestras están contaminadas por ETPs. Además, los riesgos cancerígenos de Cr, Ni, As, Co y Cd fueron bajos. Una vez identificado el polvo urbano de Barranquilla como un reservorio de EPTs, el objetivo del segundo estudio de este trabajo fue determinar la relación del contenido de EPTs en extractos inorgánicos de polvo urbano de Barranquilla y los efectos tóxicos de los mismos utilizando Caenorhabditis elegans como modelo biológico. Para esto, los elementos trazas fueron analizados por ICP-MS y la toxicidad fue evaluada mediante bioensayos endpoints y expresión génica empleando cepas silvestres y transgénicas del nematodo. La concentración de EPTs en los extractos de polvo disminuyó en el orden Sr > Cu > Ba > Mo > Se > Cr > V > Ni > As > Zn > Rb > Mn > Sb > Co > Sn > Cd > La > Ce >Tl ≈ Bi > Ag ≈ Pb. Los extractos inorgánicos del polvo urbano afectaron a parámetros fisiológicos del nematodo, como la supervivencia, el crecimiento y la locomoción. En los análisis multivariantes, la letalidad mostró una relación positiva con el Sr y negativa con el V. El crecimiento mostró una asociación negativa con el Mo. La expresión de los genes mtl-2, sod-4 y unc-25 fue inducida por la exposición a los EPTs. En general, Barranquilla enfrenta una problemática de contaminación por EPTs presentes en polvo urbano. Por esta razón, es necesario promover políticas ambientales que permitan realizar un seguimiento y un mayor control del tráfico, la industria y las actividades de construcción. Estas medidas son esenciales para proteger los ecosistemas y la salud de los ciudadanos de Barranquilla. Así mismo, C. elegans es un organismo sensible capaz de responder a la exposición a extractos de polvo urbano, siendo un sensor adecuado para la implementación de sistemas de alerta relacionados con los riesgos para la biota asociados a la contaminación atmosférica en ciudades industrializadas.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Efectos toxicológicos inducidos por la coexposición a benzo(a)pireno y acetaminofén: Evaluación en modelo murino y estudio in silico
    (Universidad de Cartagena, 2024) Montero Pérez, Yina Margarita; Olivero Verbel, Jesús; Pájaro Castro, Nerlis
    La exposición simultánea a múltiples compuestos químicos se ha convertido en un desafío creciente para la salud pública y la investigación científica. El acetaminofén (APAP), ampliamente reconocido como uno de los fármacos analgésicos y antipiréticos más utilizados en el mundo, y el benzo(a)pireno (B[a]P), un hidrocarburo aromático policíclico con efectos carcinogénicos, son ejemplos de compuestos de uso cotidiano cuya interacción no ha sido completamente comprendida. Aunque el APAP es seguro en dosis terapéuticas, diversas condiciones de salud y factores externos, como la malnutrición, el alcoholismo, la exposición a contaminantes y el consumo de tabaco, pueden incrementar el riesgo de daño hepático inducido por este fármaco. Se ha demostrado que el B[a]P, presente en el humo del tabaco y en otras fuentes de contaminación ambiental, puede inducir la expresión de enzimas del citocromo P450 y agotar las reservas de antioxidantes, como el glutatión, lo que amplifica la toxicidad hepática del APAP. A pesar de la clara coexposición a acetaminofén y B[a]P, especialmente en personas que fuman, están expuestas a emisiones vehiculares o consumen alimentos contaminados con B[a]P, la información sobre cómo la preexposición al B[a]P influye en el daño hepático causado por dosis no hepatotóxicas de acetaminofén sigue siendo limitada. El objetivo de esta tesis es determinar si la exposición conjunta a dosis no hepatotóxicas de B[a]P y APAP puede inducir daño hepático en modelos murinos, y explorar los mecanismos moleculares asociados a esta coexposición. Adicionalmente, se pretende, a través de herramientas computacionales como el docking molecular inverso y simulaciones de dinámica molecular, identificar proteínas humanas clave que puedan interactuar con B[a]P y APAP, para evaluar el posible impacto de la coexposición en procesos biológicos fundamentales. En el estudio de coexposición utilizando el modelo murino, ratones de la cepa ICR fueron tratados con 50 mg/kg de B[a]P o un vehículo durante tres días, seguido de 200 mg/kg de APAP o un vehículo. El daño hepático se evaluó mediante análisis histopatológico, medición de la actividad de transaminasas séricas y análisis de expresión génica. En el grupo expuesto a B[a]P/APAP, se observaron diversos cambios histológicos, como balonización de hepatocitos, esteatosis, necrosis, inflamación y apoptosis, con un aumento en los niveles de transaminasas ALT y AST los cuales estuvieron correlacionados con el nivel de daño o alteraciones histopatológicas. Adicionalmente, se detectó un aumento en la expresión del gen citocromo P450 Cyp1a1, junto con una disminución en la expresión de citocromo Cyp2e1, superóxido dismutasa 1 (Sod1), el receptor activado por proliferadores de peroxisomas gamma (Ppar-γ) y la caspasa 3 (Casp3). Estos resultados sugieren que la preexposición a B[a]P incrementa la susceptibilidad al daño hepático inducido por APAP, probablemente debido a cambios en la expresión génica relacionados con el metabolismo, el equilibrio redox y la proliferación celular. En cuanto al estudio computacional, se realizó un docking molecular inverso con B[a]P, APAP y tres metabolitos de APAP sobre 689 proteínas humanas involucradas en diversos procesos biológicos. Cinco proteínas fueron seleccionadas según su alta afinidad de acoplamiento y su participación en múltiples vías biológicas. Las simulaciones de dinámica molecular mostraron que B[a]P interactúa principalmente mediante interacciones hidrofóbicas y apilamiento π con proteínas como LXR-β, HSP90α, HSP90β y AKT1, mientras que AM404, un metabolito del APAP, formó enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas. Estas simulaciones confirmaron una alta estabilidad conformacional en los complejos, con excepción de la proteína AKT1 y sugieren un impacto significativo en la regulación del estrés celular, el metabolismo lipídico y la proliferación celular, lo que podría influir en la respuesta a la toxicidad hepática. Este trabajo presenta importantes implicaciones para la salud pública, ya que proporciona una base sólida para comprender cómo la exposición conjunta a fármacos de uso común y contaminantes ambientales puede incrementar el riesgo de toxicidad hepática, lo que subraya la necesidad de desarrollar nuevos estudios que permitan ofrecer políticas preventivas y estrategias terapéuticas adecuadas.
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    Unraveling the environmental pollution in agroecosystems: multicompartmental occurrence and toxicity assessment of pesticides and trace metals in the Sogamoso River Basin, Colombia
    (Universidad de Cartagena, 2024) Gallego Zapata, Jorge Luis; Olivero-Verbel, Jesús
    Pesticides and metals are perhaps the most studied contaminants worldwide, linked as environmental stressors due to their increased occurrence and accumulation in soils, sediments, and water. They occur in complex mixtures in agroecosystems posing potential risk for biodiversity and human health. Agricultural lands in Colombia faces several environmental challenges. Most of them, especially horticulture systems, are managed by smallholders and few is known about their patterns of conventional use of agrochemicals and the impacts on natural resources. The crop of onion (Allium cepa L.) is representative of this problem. It presents a growing trend in national vegetable production, it is mainly handled by smallholders, and is characterized by a high dependence on agrochemicals. Hence, it is necessary to determine their toxicity in field conditions and to develop monitoring approaches to assess the environmental status of the intensive agriculture areas and its impact on the surrounding ecosystems at basin scale. The main objective of the thesis was to assess the pesticide and trace metals pollution in a tropical agroecosystem, its multicompartmental occurrence, and cytogenetic toxicity biomarkers in Allium cepa L. crops. To assess the multicompartmental occurrence of pollutants, pesticides were quantified in soils, sediments and water, and trace metals in soils and sediments. Then, the toxicological impact of the resulting mixtures was assessed in soils using the Allium cepa L. tests, with an on-site approach. Also, different indices of pollution and ecological risk were assessed for soil, sediment, and water systems. This objective was pursued through two studies conducted in the department of Boyacá, Colombia, in the surrounding of the irrigation district of the Chicamocha River, belonging to the basin of the Sogamoso River and tributaries of the Magdalena River. The first project addressed the occurrence of pesticides in soils, sediments, and water around the influence area of conventional crops of onion in the basin of the Sogamoso river. Legacy organochlorines (22), organophosphates (7), and azole fungicides (5) were analyzed using GC-MS. Trace metals Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, and Zn were quantified by AAS. Toxic units (TU) and hazard quotients (HQ) were calculated to assess the mixture toxicity. Pesticide levels varied widely, with soil samples showing concentrations between 214.2 and 8497.7 µg/kg, sediment samples ranging from 569.6 to 12768.2 µg/kg, and water samples containing 0.2 to 4.1 µg/L. Furthermore, by employing the partition coefficient (Kd) and the fraction of organic carbon (foc), it was possible to analyze the distribution of most pesticides in sediments, suspended particulate matter (SPM), and water, although this method was not applicable for soil samples. Trace metals were measured in soils (n=19) in average concentrations of 1.1±1.6 for Cd, 18.9±5.1 for Cr, 24.4±16.8 for Cu, 0.060±0.017 for Hg, 10.3±4.1 for Ni, 11.9±20.2 for Pb, and 350.4±523.9 for Zn. In sediments (n=10), the average concentrations were 0.5±0.1 for Cd, 17.6±7.2 for Cr, 79.9±75.9 for Cu, 0.034±0.024 for Hg, 13.4±9.8 for Ni, 18.4±25.3 for Pb, and 133.1±44.2 for Zn. TU >1 and HQ >1 were observed respectively in 10% and 42% of soil samples, 100% of sediments, and 30% and 50% of water samples. These indices suggest most of the sampling sites had pollution levels of environmental concern. The second project investigated toxicity biomarkers in agricultural soils, examining the relationship between cytogenetic biomarkers in Allium cepa L. and the complex mix of pesticides and trace elements in soils of conventional, conversion, and organic crops The analysis involved GC-MS/MS and LC-MS/MS for pesticide detection, ICP-MS for arsenic, cadmium, lead, and zinc, ICP-OES for chromium, copper, nickel, and selenium, and a direct analyzer for mercury. Microscopic examination of root meristematic cells of Allium cepa L. was used to assess cytogenetic impacts. In soils from conventional farms, 26 pesticides were identified, whereas in organic farms, pesticide levels were below detection limits. Average concentrations of As, Cd, Cr, Ni, Pb, and Se were higher in conventional farm soils than in organic ones. Moreover, conventional soil samples showed increased cytotoxicity and genotoxicity biomarkers, which correlated with the levels of pesticides and trace elements, pollution indices, and hazard quotients. A discriminant function incorporating the mitotic index, chromosomal aberrations, and nuclear abnormalities effectively differentiated the samples based on the type of farming. The two projects together indicated the fate of legacy organochlorine pesticides across the basin and the potential transport and distribution of complex mixtures of pesticides and trace metals from croplands to the river. This research demonstrated the sensitivity of Allium cepa L. to the toxicity of complex mixtures in field crops and its potential as an in-situ approach for soil health monitoring in organic and conventional crop systems. Conventional agriculture is a source of diffuse pollution; the detection of pollutants along the river indicated the need to prevent ecological and human health risks due to their capacity to remain active in the environment. This was comprehensive view of the impacts of agriculture, contributing to the identification of actions oriented to the sustainable management of agroecosystems.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Biomonitoring of mercury and lead in vulnerable communities of the Colombian Caribbean: Exposure and impacts on human health
    (Universidad de Cartagena, 2020) Carranza López, Liliana Patricia; Olivero Verbel, Jesús
    Heavy metal pollution is a major public health concern. Mercury (Hg) and Lead (Pb) are widespread heavy metals, recognized as global contaminants. These harmful chemicals are normally present in nature, but different anthropogenic activities have increased biota and human exposure. Among these activities, Hg is used in gold mining and Pb in fishing tools manufacture. This is critical at developing countries, where those represent a significant environmental risk for the population, especially for vulnerable communities. In Colombia, Hg is highly used in gold mining activities, most carried out as the only economic activity for many families. The lack of good practices and technological tools allows Hg to reach nearby ecosystems, where it can be bioaccumulated in the food web and human. Therefore, high Hg concentrations have been found in carnivorous fish and humans. In this sense, this study was carried out to evaluate total Hg (T-Hg) concentrations in human hair, fish, soil, and air from two major gold-mining districts (GMDs), the Mojana region and the Middle Magdalena in the department of Bolivar, Colombia. Total Hg (T-Hg) concentrations were evaluated at two major GMDs, at the department of Bolivar. Total Hg was analyzed using a direct Hg analyzer. Average T-Hg level in hair samples was 3.07 ± 0.14 μg/g (range 0.15–25.1 μg/g; median 2.02 μg/g). The highest Hg level was observed in Mojana GMD, specifically at Achi-La Raya (9.2 ± 0.6 μg/g) and the lowest in Morales, at the Middle Magdalena GMD (1.50 ± 0.16 μg/g). Hair T-Hg values exceeded the U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) reference level of 1.0 μg/g. Total Hg fish concentrations were evaluated in several fish species, including, Caquetaia kraussii, Sorubim cuspicaudus, 8 Plagioscion surinamensis, Trachelyopterus insignis, Prochilodus magdalenae and Pseudoplatystoma magdaleniatum. The highest average T-Hg fish concentration was observed in Caquetaia kraussii (0.37 ± 0.10 μg/g), whereas the lowest (0.03 ± 0.01 μg/g) was reported in Prochilodus magdalenae. Human health risk assessment of Hg exposure, based on fish consumption, suggested that, with the exception of P. magdalenae, all economically significant fish species are potentially harmful for the communities. Soil Hg levels in amalgam burning facilities were extremely high, and Hg in the air around mining areas and gold-processing shops exceeded international guidelines. Mercury is not the only chemical threat in vulnerable populations. Currently, Pb is particularly influential as a pollutant in many fishing communities. Children are highly vulnerable to Pb poisoning because this metal has the potential to exert deleterious effects, in particular at the nervous system, causing cognitive deficits, behavioral problems, on the other hand, anemia, infertility, hepatic effects, hearing impairment, immune-related diseases, decreased physical growth, and hypertension, among others. Thus, in this study Blood lead levels (BLL) were assessed in children from two fishing communities in Northern Colombia, Loma de Arena and Tierrabomba, evaluating their association with morphometric parameters, markers of hematological status, liver function, and mRNA expression of genes related to Pb toxicity. A total of 198 blood samples were collected from participants aged 5–16 years old. The mean (± standard error) BLL for the studied sample was 3.6 ± 0.3 μg/dL. The participants of Loma de Arena and Tierrabomba presented BLL of 3.9 ± 0.5 and 2.9 ± 0.3 μg/dL, respectively. 9 Children born preterm had greater BLL than those born at full term. Boys had greater BLL than girls, which also occurred for participants between 12 and 16 years old, compared with those aged 5–11 years old. The BLL were negatively correlated with body mass index in children from Loma de Arena, but an opposite behavior was observed for Tierrabomba. In Loma de Arena, the mRNA expression of interferon gamma, a pro-inflammatory cytokine, increased with the BLL, while that of δ-aminolevulinic acid dehydrogenase, a sensor for Pb poisoning, decreased. In Tierrabomba, gene expression did not change with BLL. In conclusion, these results show that in fishing communities lead exposure promotes different health impacts depending on age, sex, and other site-specific factors. In any case, appropriate educational and intervention programs should be carried out to minimize Pb exposure in children.
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    Dinámica de cianobacterias en un embalse eutrófico tropical: exploración de un factores ambientales y toxicidad de floraciones
    (Universidad de Cartagena, 2023) Tapia Larios, Claudia Milena; Olivero Verbel, Jesús
    Las floraciones de cianobacterias causan olores y sabores desagradables, anoxia, toxicidad y afectan la cadena alimentaria, teniendo un impacto negativo en la salud humana y la ecología acuática. Estas floraciones incluyen géneros como Dolichospermum, Phormidium, Aphanizomenon, Microcystis, así como formadores de tapetes como Cylindrospermopsis y Oscillatoria, produciendo una variedad de toxinas. Estos organismos se benefician de condiciones con exceso de nutrientes y muestran resistencia a condiciones extremas, como altos niveles de luz, altas temperaturas y períodos intermitentes de escasez de nutrientes. El estudio del comportamiento de cianobacterias en el embalse El Guájaro ha permitido identificar patrones de sucesión y recambio de poblacionales, según factores fisicoquímicos que generan procesos complejos relacionados con los patrones de lluvia y sequía de la región. Con relación a la producción de cianotoxinas, aún no se comprenden completamente las condiciones que la favorecen la producción de las microcistinas, por muchas especies de cianobacterias. Las microcistinas (MCs) altamente tóxicas realizan interacciones complejas con muchas proteínas que inducen a la alteración celular, conduciendo al desarrollo de varias enfermedades incluyendo el cáncer. Existe una diversidad y complejidad química entre los congéneres de las microcistinas, que dificulta identificar los efectos tóxicos dependientes de la estructura y del tiempo de exposición. Es por esto que esta investigación se enfoca en analizar la variaciones espaciotemporales de las cianobacterias planctónicas por un periodo de 5 años, realizando una asociación entre los parámetros fisicoquímicos de interés, y la abundancia y dominancia de algunos taxones. Teniendo en cuenta la dominancia de especies productoras de toxinas y generadoras de floraciones, se realizó un análisis in silico de las interacciones moleculares de las variantes de microcistinas MC-LA, MC-LR, MC-RR y MC-LY, utilizando AutoDock Vina para evaluar la interacción de las toxinas con 1000 proteínas relacionadas con diferentes funciones biológicas. Esto con el fin de determinar la asociación de especies tóxicas con los efectos de exposición. Los resultados muestran que las alteraciones bioquímicas y moleculares asociadas a las MCs pueden ser explicadas por las interacciones virtuales encontradas en este estudio. Las afinidades asociadas a nuevas dianas moleculares podrían explicar las vías que no extinguen las señales antiapoptóticas, o que aceleran el daño celular irreversible generado por estas toxinas, y los eventos que conducen a respuestas complejas, acelerando el autodeterioro. Se sugiere que existe un riesgo igual o incluso mayor por los efectos adversos tras la exposición a MC-LA y MC-LY en comparación con MC-LR, teniendo en cuenta el gran número de posibles dianas moleculares y la fuerte afinidad teórica a diversas enzimas metabólicas importantes. Se identificó un total de 86 especies de 12 órdenes y 42 géneros; el 44% de estas especies se consideraron potencialmente tóxicas. Se identificó un predominio significativo de especies filamentosas, en particular Pseudanabaena y Phormidium, como los géneros más frecuentes y abundantes. Los resultados revelan distintos patrones de distribución y abundancia influidos por las fluctuaciones estacionales. Durante la estación seca de 2019 se produjo una floración notable, codominada por Microcystis y Dolichospermum, que provocó la muerte del ganado y otros animales, en la zona norte del embalse. Es imperativo adoptar medidas urgentes de gobernanza y estrategias de control para mitigar el impacto sanitario de tales floraciones.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Rodenticidas: disruptores endocrinos con alto potencial para afectar la salud humana
    (Universidad de Cartagena, 2021) Coronado Posada, Nadia Isabel; Olivero Verbel., Jesús
    Los plaguicidas son sustancias ampliamente utilizadas en el control de plagas en todo el planeta y de su uso depende gran parte de la disponibilidad de alimentos requeridos por la sociedad, favoreciendo la seguridad alimentaria de las poblaciones. Si bien existe abundante información toxicológica sobre estos productos, cada día son reportados nuevos procesos moleculares activados por la exposición a los mismos, expandiendo su perfil toxicológico al incluir la disrupción endocrina y las alteraciones epigenéticas para estas moléculas biocidas. La regulación epigenética modula procesos biológicos normales y patológicos de los organismos, y en ella la metilación del ADN es llevada a cabo por metiltransferasas del ADN (DNMT), enzimas claves durante la expresión de los genes. Muchas sustancias químicas han demostrado que regulan las funciones epigenéticas mediante la inhibición de las DNMT, incluidos los pesticidas. No obstante, la identificación de sus blancos a nivel tóxico-dinámico sigue elusiva. En este trabajo fueron evaluadas varias DNMTs humanas como blancos potenciales de pesticidas, empleando el cribado virtual de 1038 pesticidas sobre DNMT1 (3SWR) y DNMT3A (2QRV). Los cálculos de acoplamiento molecular para los complejos DNMTspesticidas fueron realizados utilizando AutoDock Vina; la afinidad de unión proteína-ligando, al igual que los patrones de contacto evaluados, fueron los criterios de selección aplicados para identificar los pesticidas con alto potencial para ser considerados ligandos virtuales de las DNMTs. Los tres mejores complejos DNMT-pesticida seleccionados de acuerdo con sus altos valores de afinidad (kcal/mol), tanto para DNMT1 como para DNMT3A, fueron Flocoumafen (-12.5; - 9.9), Brodifacoum (-12.4; -8.4) y Difenacoum (-12.1; -8.7). Estas sustancias químicas pertenecen a los rodenticidas de segunda generación. Los residuos que se predijeron con mayor frecuencia para los complejos DNMT1-pesticida fueron Trp1170A, Phe1145A, Asn1578A, Arg1574A y Pro1225A; mientras que para DNMT3A fueron Arg271B, Lys740A y Glu303B. Estos resultados sugieren que los rodenticidas utilizados para el control de roedores podrían ser buenos ligandos de la DNMT modulando las metilaciones del ADN. Una hipótesis evaluada a partir de estos resultados postulaba a los rodenticidas como sustancias capaces de interaccionar con otros blancos celulares. Para tal efecto, fue realizada una búsqueda virtual para identificar dianas humanas del flocoumafen, un rodenticida del tipo superwarfarina. El proceso incluyó la realización de acoplamientos moleculares ciegos sobre 841 proteínas humanas implicadas en diversos procesos biológicos empleando AutoDock Vina, seleccionando los mejores complejos de igual forma a lo descrito para los plaguicidas. Los resultados sugieren que el flocoumafen podría ser un ligando promiscuo para múltiples rutas bioquímicas. Los mejores complejos proteína-flocoumafen fueron para la prostaglandina F sintasa y la albúmina sérica (≤ -14.0 kcal/mol), seguidos del receptor de glucocorticoides 2, la metaloproteinasa de matriz-9, el receptor nuclear ROR-alfa y el receptor de activina tipo 1, todos ellos con puntuaciones ≤ -13.5 kcal/mol. La validación del método de acoplamiento basada en re-acoplamientos demostró que el protocolo usado permite reproducir adecuadamente las correspondientes posturas co-cristalizadas. Alternativamente, simulaciones con dinámica molecular sugirieron que el complejo prostaglandina Fflocoumafen es termodinámicamente estable; las redes de interacción proteína-proteína construidas con las principales dianas proteicas revelaron que la proteína quinasa B (AKT1), la proteína ribosómica S6 quinasa B1 (RPS6KB1), la subunidad catalítica alfa de la fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato 3-cinasa (PIK3CA), el receptor de retinoides X alfa (RXRA) y la subunidad catalítica alfa de la proteína fosfatasa 2 (PPP2CA) fungen como proteínas centrales de señalización mediadas por flocoumafen. Por su parte, el análisis de Gene Ontology para el flocoumafen al actuar sobre sus blancos moleculares reveló que, el proceso biológico mayormente impactado fue la respuesta celular al estímulo endógeno, la función molecular de mayor afectación está relacionada con la unión a proteínas y el complejo TOR fue el componente celular más comprometido. Estos resultados deberían motivar la realización de más pruebas de ecotoxicidad para el flocoumafen y otras superwarfarinas presentes en nuestros ambientes, generando de esta manera datos para aportar evidencias en la toma de decisiones, contribuyendo a una legislación preventiva con aras de minimizar la exposición a estas sustancias químicas con alta capacidad de disrupción endocrina. Este hallazgo, además señala importantes implicaciones ambientales y clínicas, ya que las vías epigenéticas y la homeostasis endocrina son críticas en el desarrollo de las enfermedades.
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    Tribolium castaneum HERBST (Coleoptera: Tenebrionidae) AS a toxicity model for the study of volatile chemicals
    (Universidad de Cartagena, 2018) Pájaro Castro, Nerlis Paola; Olivero Verbel, Jesús
    Humans are exposed to thousands of chemical substances, therefore, the responses of these toxic substances and their interactions with environmental factors can occur at various time scales and at different levels of biological complexity. Currently, there are more than five million man-made chemicals and the number of new products that appear annually has increased enormously, generating a growing gap between the evaluation capacity and the need of new toxicity detection tools. In vivo studies are used to determine different levels of toxicity; however, these tests can be very expensive, consume more time and use a large number of animals. Therefore, it is necessary to develop new models for the evaluation of toxicity based on the principles 3R - Reduce, Replace, Refine. Invertebrate organisms have an easy and economical maintenance, a short life cycle, small size, simple anatomy and are extremely useful to provide an early and sensitive detection of toxicity, as well as a better understanding of the biochemical mechanisms involved, allowing a more predictable of the toxicity of unknown compounds. In addition, a large number of invertebrates can be studied in a single experiment within a short period of time, with fewer ethical problems and its maintenance cost is lower compared to other animals. Tribolium castaneum, is a model organism for agricultural and medical research, some authors consider it a better representative of the Insecta class than Drosophila melanogaster. In view of the need for new toxicity models, this work aimed to propose the T. castaneum insect as a toxicity model for the study of volatile chemicals of natural and synthetic origin, evaluating the molecular mechanisms involved. Based on the above, the work contemplates four phases, described below. In the first, the development of the insect in laboratory conditions and its life cycle was evaluated. In the second, the effects of benzene, naphthalene, toluene, xylene, and thinner are studied in several genetic markers of toxicity on the red flour beetle, using the polymerase chain reaction (PCR) in real time, and the lethal concentration 50 (LC50) of each chemical was determined. In addition, gas chromatography coupled to mass spectrometry was used to identify the compounds present in the thinner and the naphthalin balls. The third phase, evaluates three toxicological endpoints (development, growth, and reproduction) in the Coleoptera exposed to eight toxic chemicals. Finally, the expression of genes related to neurotransmission in T. castaneum exposed to linalool and β-pinene was studied, using real-time PCR, in addition the repellent concentration 50 (RC50) was determined and in silico interaction with important proteins for the insect was evaluated. The results obtained show that the development cycle of the immature stages of the insect is in the range of 46-81 days. The egg stage has a duration of 6-7 days, and a size of 0.6 ± 0.0 x 0.3 ± 0.0 mm, the larvae can reach up to eight instars and can go to the pupal stage from the fourth instar. The pupa stage lasts 7 ± 1.7 days and a size of 3 ± 0.1 x 1.1 ± 0.0 mm. Adults have a size of 3.6 ± 0.0 x 1.1 ± 0.0? mm. The LC50 for naphthalene, naphthalin and benzene was 63.6, 20.0 and 115.9 μL/L in air, respectively. Naphthalin balls mainly contained naphthalene and in a lesser proportion benzo[b]thiophene. Real-time PCR analysis revealed changes in the expression of genes related to oxidative stress, metabolism, reproduction, metamorphosis, and neurotransmission in naphthalene-exposed insects. Adults exposed to benzene overexpressed genes related to neurotransmission, reproduction, metamorphosis and development. The main compounds identified in the thinner with peak area > 2% were p-xylene (6.00%), toluene (3.98%), 2,4-dimethylheptane (2.99%), methylcyclohexane, (2.75%), 2-methylheptane, (2.04%), cyclohexanone (2.58%) and nonane (2.10%). Xylene was highly toxic and most animals did not survive 4 hours of exposure. The LC50 values for toluene, xylene and thiner at 48 h of exposure were 97.7, <40.0 and 99.8 μL/L of air, respectively. The gene expression of glutathione-S-transferase increased after exposure to thiner and toluene. Expression of the superoxide dismutase gene increased after exposure to toluene. On the other hand, the effect observed at the level of reproduction and development after exposure to eight chemical compounds was abnormalities in the stages of larva and pupa induced by bisphenol A and mercury (II) chloride, while phenol, toluene and metronidazole, showed an effect on the pupa stage. Hydroquinone and hydrazine hydrochloride affected the weight of the larva and pupa, respectively. The main anomalies observed were necrosis in appendages of larvae, in pupae the absence of papillae for sexual differentiation and abnormality in the formation of head, extremities, wings and appendages. Studies with two components of natural origin, indicated that β-pinene was more potent than linalool to induce insect repellency, with RC50 values of 0.03 and 0.11 μL / cm2, respectively. Both compounds induced overexpression of the Hiscl2 gene in adult insects, and β-pinene promoted overexpression of the Grd and Ace1 gene. However, these monoterpenes had little potential for coupling in computer-generated models for several important proteins in the neurotransmission of T. castaneum since their respective binding affinities were marginal, and therefore the repellent action probably involved mechanisms other than the interaction direct with these protein targets. In summary, with the obtained results it is demonstrated that the T. castaneum insect can be used as a toxicological model for the study of volatile compounds, the effects are quantitatively measurable at the level of gene expression, development, growth, reproduction, and mortality
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    Mercury and Cadmium contamination in ethnic groups from the Colombian Amazon: A panoramic overview of exposure sources and the general health status of the population.
    (Universidad de Cartagena, 2020) Alcalá Orozco, María Clara; Caballero Gallardo, Karina
    Environmental exposure to heavy metals such as mercury (Hg) and cadmium (Cd) is currently a worldwide public health problem, especially in biodiversity hotspots such as the Amazon River basin, which houses large aquatic complexes, including the Amazon and Putumayo Rivers. These water bodies and their main tributaries are extensively degraded and threatened by dams, mining, and deforestation. In these areas, artisanal and small-scale gold mining activities are key contributors to Hg pollution in ecological media, as this element is employed for the separation of gold particles through an amalgamation process. In addition, human populations are highly exposed to other heavy metals, most significantly Cd, as it is likely mobilized during mining activities. In addition to mining, the Colombian Amazon faces a significant disappearance of forest mass as a result of the conversion of land into agricultural plantations or grazing areas, logging, and road construction, which is carried out illegally or, at least, irregularly in many cases. This situation co-exists with other issues that are due to poverty, and which, in turn, lead to micronutrient deficiencies, including Se. Unfortunately, this panorama represents a risk to the health of indigenous communities that not only base their diet and economy on the cultivation of autochthonous species, but also on the consumption of fresh and canned fish as main sources of protein. Given the risks that heavy metals represent to human health, biological indicators are essential tools in the assessment of health issues generated by exposure to them. These indicators, when associated with the socio-demographic characteristics of the population, the frequency of fish consumption, the diet, and the specific symptomatology related to heavy metal exposure; provide valuable information that can be used to estimate risks to the health of vulnerable communities. Although multiple studies have shown levels of Hg and Cd contamination in the Amazon region, few have focused on the relationship between these concentrations, the load of the essential element Se, and their effects on exposed individuals (i.e. changes in the hematological parameters of populations). In order to understand the current state of Hg contamination in the Colombian Amazon, the first study in this thesis documented concentrations of this element in nine indigenous communities of the Tarapaca Village (on the Cotuhe and Putumayo rivers), an area inhabited by groups that have a traditional lifestyle that is highly affected by the mining activities carried out there. Subsequently, hair and fish samples were taken from residents of the Municipality of Puerto Nariño, which is located at the southern extreme of the Colombian Amazon, in order to evaluate the interactions between Hg, Cd and Se, and possible risks and associated with changes in the hematological levels of the population. Likewise, the isotopic composition of Hg of the inhabitants of this municipality was evaluated in order to confirm that their exposure to this element occurred through the consumption of fish, thus highlighting the influence of gold mining in this area. Finally, additional results are presented related to the presence of As and Pb, as well as eight essential elements in brands of canned tuna and sardines consumed by the inhabitants of this region. In order to meet these objectives, a total of 190 hair samples were taken from indigenous people living at the Tarapaca village. The overall mean T-Hg level of these samples was 10.6±0.4 μg/g, with values ranging from 0.61 to 31.1 μg/g. Based on recommendations from the United States Environmental Protection Agency (USEPA), 99.5% of the samples exceeded the maximum level of 1.0 μg/g Hg. This Hg content was significantly associated with fish consumption (ρ=0.253; p<0.001), and, according to a health survey that was simultaneously conducted, at least 24.7% of the volunteers manifested some signs and symptoms related to Hg poisoning. Thus, this study demonstrates the extensive Hg contamination currently found in the Colombian Amazon environment, a situation that could impact the quality of life of its vulnerable indigenous groups. In the context of the second project that was carried out, Hg, Cd, and Se concentrations in fish, as well as the magnitude of exposure and hematological conditions of adult citizens from Puerto Nariño (Colombian Amazon) were assessed. Among fish samples, greater Hg concentrations were found in higher trophic level species, including Rhaphiodon vulpinus (880±130 ng/g) and Pseudoplatystoma tigrinum (920±87 ng/g). These species presented both the highest hazard quotients and the lowest Se:Hg molar ratios found in the study; conditions that may represent significant health risks. Several samples of Mylossoma duriventre and Prochilodus magdalenae had Cd levels greater than the recommended limits. Mercury concentrations in human hair and blood were 5.31 µg/g and 13.7 µg/L, respectively. All hair samples exceeded the 1.0 μg/g threshold set by the USEPA, whereas 93% of the volunteers had Hg levels in blood above 5 μg/L, suggesting that there is elevated exposure in the Amazon environment. In relation to Cd, the mean value found in the blood of the volunteers was 3.1 µg/L, with 21% of samples surpassing 5 µg/L. Additionally, eighty-four percent of participants presented Se deficiencies (<100 μg/L). There was also a significant association between fish consumption and T-Hg in hair (ρ=0.323; p=0.032) and blood (ρ=0.381; p=0.011). In this last matrix, Se correlated with Cd content, whereas lymphocytes were inversely linked to Hg concentrations. The results of this study showed that there was extensive exposure to Hg through fish consumption in this population, which may be linked to negative impacts on hematology parameters within the community. Given that hair reflects the body's load of Hg, in the third project, Hg stable isotopes in hair were used as tracers of potential sources of this element, taking the indigenous communities from Pueblo Bello (Sierra Nevada de Santa Marta) as comparison populations. The slope obtained for hair samples from Pueblo Bello (1.197±0.050, 2SE, n=36) and the Δ199Hg and Δ201Hg anomalies indicated that the Hg levels within the population are mostly the result of a photochemical Hg demethylation process derived from a magnetic isotope effect. Thus, the Mass Independent Fractionation signature found in the hair of volunteers was acquired before the methylmercury was incorporated into the food web. A significant trend was found between δ202Hg and Δ199Hg in the individuals from Pueblo Bello. Given that the obtained Δ199Hg/δ202Hg slope (0.917±0.222; 2SE, n=36) was very low compared to theoretical photodemethylation trends (a slope of 2.43±0.10, 1 SE), it was concluded that the observed tendency is most likely produced by binary mixing, and is not related solely to a photochemical process. Despite the fact that fish is not their only protein source, the highest Δ199Hg values corresponded to people who consumed mainly canned fish (especially sardines and tuna) and fresh marine fish species. According to δ202Hg (range: +1.08 to +2.46‰) and Δ199Hg (range: -0.01 to +0.57 ‰) signatures of the hair samples from Puerto Nariño (Amazon), it was possible to determine that this population is remarkably homogeneous, with similar sources of Hg exposure. Since hair Δ199Hg values of the Amazon inhabitants are close to 0, these were much lower than those of the Sierra Nevada de Santa Marta inhabitants, but similar to the signature of Hg ores, which highlights the influence of the gold mining activities carried out in the region. Finally, in the fourth project, the concentrations of eight essential elements [Chromium (Cr), Manganese (Mn), Iron (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Copper (Cu), Zinc (Zn), and Se] and four elements of toxicological concern [Arsenic (As), Cd, Hg, and Lead (Pb)] were determined in selected brands of canned sardines and tuna marketed in Latin America and commercially available in the Amazon, with the aim of estimating risk-based fish consumption limits. The Hg content found during this study was much higher than that observed in previous surveys carried out by our research group. According to the Hazard Quotients obtained, all brands may present some risk in terms of this element; especially brand F, in which levels up to 3.1 µg/g were measured. Similarly, sardine samples surpassed the reference limits of Mn and As. According to the observed trend, we highly encourage the use of stricter quality control measures in retail chains by industries, in order to guarantee safe levels of these elements in fishery products.
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    Riesgo ecotoxicológico y de elementos traza y metales pesados en matrices ambientales en zonas de importancia ambiental y económica de Colombia y Panamá
    (Universidad de Cartagena, 2021) Valdelamar Villegas, Juan Carlos; Olivero Verbel, Jesús
    El uso de organismos marinos como bioindicadores de contaminación ambiental por metales pesados constituye una herramienta de gran aceptación para monitorear la calidad ambiental de los ecosistemas marinos y evaluar el riesgo que puede representar la ingesta de estos, para la salud de las personas. Debido a esto, se evaluó el potencial de la especie Donax denticulatus (Chipi chipi) como especie indicadora de la presencia de metales pesados y el riesgo potencial que puede representar su ingesta para las personas que habitan la zona costera del Caribe colombiano. En tal sentido se realizaron muestreos en la zona costera de los departamentos de Sucre (Berrugas), Bolívar (Cartagena) y La Guajira (Riohacha), a partir de los cuales se obtuvieron especímenes de D. denticulatus, en los cuales se determinó mediante absorción atómica y análisis directo de mercurio, la concentración de cadmio total (Cd), plomo total (Pb) y mercurio total (Hg). Los resultados de estas mediciones permitieron conocer que D. denticulatus tenía en promedio una concentración de Cd igual a 0.02 mg/kg, mientras que la de Pb y Hg fue de 0.06 y 0.01 mg/kg respectivamente. Por su parte el cálculo de la Tasa de Ingesta Potencial Diaria (TIPDE) mostró para el Cd, un valor de 0.66 g/día, superior al del 62% de las especies revisadas en la literatura científica, mientras que, para el Pb y Hg, este valor fue de 3.23 y 0.47 g/día respectivamente, superando el primero al 76% y el segundo al 67% de las especies revisadas en la bibliografía. Los resultados encontrados permiten afirmar que D. denticulatus, tiene un alto potencial de aplicación como especie centinela para monitorear la presencia de contaminantes metálicos en playas del Caribe colombiano y también evaluar el riesgo toxicológico potencial que puede representar su consumo, para las poblaciones humanas que habitan esta zona. Por su parte el estudio sobre el contenido de mercurio en el cabello de los miembros de las comunidades que habitan la cuenca del río Apaporis, Parque Nacional Natural Yaigojé Apaporis, exactamente en las comunidades de Bocas de Taraira, Bocas de Ugá, Ñumi y Vista Hermosa, permitió conocer, a partir de la determinación del contenido de Hg total en el cabello de 110 voluntarios, en un analizador directo de mercurio (DMA), que, los voluntarios del estudio contenían un promedio de 23.0 ±1.2 μg/g de Hg, presentando valores mínimo y máximo de 2.6 y 63.7 μg/g en Vista hermosa y Bocas de Taraira respectivamente. Además, el análisis de la probabilidad de presentar efectos neurológicos adversos indicó que el 85% de los voluntarios tienen un 60% probabilidad de presentar un 5% de posibilidades de manifestar estos efectos. Además, se pudo constatar mediante encuesta sociodemográfica y análisis de redes que la principal causa probable de la bioacumulación de Hg por parte de estas comunidades es el consumo de peces, principalmente de las especies Pirinampus pinirampu, Brycon cephalus y Laemolyta garmani, que han sido previamente reportadas en la literatura científica para la región amazónica, como bioacumuladoras de Hg. Se concluye que los habitantes de las comunidades de la cuenca del río Apaporis presentan los niveles de mercurio en cabello más altos reportados para indígenas de América Latina, el cual es transferido a estas personas mediante el consumo de peces, presentes en sus ecosistemas. En cuanto al estudio realizado de los sedimentos superficiales de la cuenca media del río Ranchería, en La Guajira colombiana, principalmente en el área de influencia de la explotación minera de carbón, para valorar el estado de contaminación y el riesgo ecológico y ambiental potencial que estos elementos representan para la biodiversidad del ecosistema, fue necesario colectar muestras de sedimento superficial de manera manual y con ayuda de una draga Eckman, para posteriormente analizar su composición química de metales y otros elementos traza, mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Con los resultados obtenidos, fue calculado el índice de geoacumulación (I-geo), se estimó el efecto límite (TEC) y efecto probable (PEC) y también se calculó, el índice de carga de contaminación (PLI). Como resultado del análisis de los sedimentos, fueron cuantificados 47 elementos, entre los que se destacaron por su mayor concentración (μg/g), el Ba (502.5 34.3), Sr (191.1 12.6), V (148.3 14.7) y Zr (107.5 5.1), mientras que el Bi (0.2 0.01), Tm (0.4 0.02), Lu (0.4 0.02) y Cd (0.6 0.09), fueron los elementos de menor concentración. Además de este aspecto, el cálculo de los índices permitió conocer, para el caso del I-geo, que los valores de este índice estuvieron entre -3.8 y 2.1, los cuales resultaron inferiores a los de otros ecosistemas reportados en la literatura científica. Por su parte los valores del TEC fueron superados para el caso del Cr, en el 83% de los sitios analizados y el PEC, sólo fue superado en el caso del Ni para el 25% de los sitios analizados. En cuanto al factor de contaminación, este mostró que todos los sitios mantuvieron la condición de fuertemente contaminados con selenio y bismuto, mientras que el cálculo del PLI, mostró que el 75% de los sitios estaban fuertemente contaminados. Estos resultados permiten afirmar que en la cuenca media del río Ranchería existe una alta probabilidad de ocurrencia de efectos biológicos adversos, principalmente para los organismos que habitan en la zona bentónica. Respecto a la evaluación del riesgo ecotoxicológico que representan los elementos traza presentes en los sedimentos superficiales del Canal de Panamá, para su análisis, fue necesario realizar muestreos de sedimentos superficiales con ayuda de una draga Eckman, en 11 sitios a lo largo del curso del Canal. La determinación de los elementos se hizo por ICP-MS, y en el caso del mercurio, empleando un analizador directo de Hg. Estos datos se asociaron con la actividad biológica de extractos de sedimentos acuosos probados en cepas mutantes y de tipo salvaje de Caenorhabditis elegans, midiendo marcadores fisiológicos y moleculares. La concentración de los elementos traza disminuyeron en el orden Sr> V> Ba> Cr> Li> Sc> Ce> Ni> Y> Co> Ga> Pb> Rb> Nd> La> Gd> Dy> Sm> Pr> Er> Hf > Yb> U> Th> Eu> Ho> Be> Tb> Tm> Ta> Hg. El factor de contaminación y el índice de carga de contaminación mostraron que el 36% de los sitios presentaron una fuerte contaminación de los sedimentos principalmente a causa de los siguientes elementos: V, Li, Pb y Sr. Además, la concentración de Cr y Ni, superaron los valores del índice de riesgo ecológico integral en todos los sitios analizados. Las pruebas de toxicidad determinaron que los extractos de sedimentos, a pesar de no ser altamente letales contra C. elegans, redujeron significativamente su movilidad y activaron los mecanismos de toxicidad asociados con la expresión de la metalotioneína y genes relacionados con el estrés oxidativo. Estos tres últimos criterios de valoración se relacionaron estadísticamente (p-valor < 0.05) con las concentraciones de Cr, Ta y Ba en los sedimentos. Los datos sugieren que los elementos presentes en los sedimentos del Canal de Panamá pueden estar impactando a los organismos bentónicos y, por lo tanto, deben existir regulaciones de manejo más estrictas para asegurar su sostenibilidad.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Sierra Nevada de Santa Marta: Entre las presiones antrópicas y el uso sostenible de sus recursos
    (Universidad de Cartagena, 2022) Durán-Izquierdo, Margareth Lorena; Olivero Verbel, Jesús
    La sostenibilidad de los recursos naturales hace parte de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS), propiciando la bioprospección y la bioeconomía, como herramientas para el uso razonable de los mismos. Colombia es conocido por ser un país biodiverso, siendo el segundo país en la región con mayor número de especies en los diferentes grupos taxonómicos, riqueza biológica dada por la existencia de ecosistemas únicos, aunque con alta vulnerabilidad a factores antrópicos. Uno de los ecosistemas que soporta gran biodiversidad y endemismo es la reserva de la Biosfera Sierra Nevada de Santa Marta (SNSM), considerada la reserva natural más irremplazable del planeta, albergando recursos hídricos para al menos cuatro departamentos y casi una decena de comunidades indígenas, varias a puntos de extinguirse. A pesar de su importancia, existe poca información científica sobre los impactos de las actividades antrópicas al interior o en el área circundante de la SNSM. Este estudio, por tanto, incluye un análisis de las presiones antrópicas que están impactando el recurso, así como un ejemplo de evaluación de bioprospección de especies en este ecosistema. El primer proyecto desarrollado tuvo como objetivo principal evaluar el estado ambiental de la SNSM como reserva ecológica de importancia cultural y ambiental para el país. La metodología fue basada en el marco de evaluaciones ambientales de “Conductores-Presión-Estado- Impacto-Respuesta” (DPSIR, por sus siglas en inglés), seguido de una evaluación cuantitativa de las amenazas identificadas bajo esta plataforma, permitiendo una visión generalizada sobre la situación ambiental de la SNSM. De acuerdo con el modelo DPSIR las principales fuerzas motrices que ejercen presiones o impactos negativos sobre la SNSM son los proyectos mineros, el manejo del agua, los sistemas agrícolas intensivos, el turismo, los conflictos territoriales y el cambio climático. Por su parte, desde un contexto cuantitativo, la minería, los cambios en el uso del suelo (agricultura intensiva) y el turismo son las actividades que contribuyen de forma significativa a la alteración de la homeostasis ambiental y a la reducción de los servicios ecosistémicos proporcionados a la región. Finalmente, los resultados obtenidos señalan la necesidad de priorizar medidas gubernamentales rigurosas para la conservación de esta reserva, en particular desde enfoques basados en el desarrollo sostenible, que involucre de forma efectiva a las comunidades indígenas locales, y a sus conocimientos de conservación, como garantía para mantener el bienestar de las generaciones actuales y futuras, evitando la pérdida de la biodiversidad de la SNSM como ecosistema único en el mundo. Por consiguiente, existe la necesidad de desarrollar estudios científicos interdisciplinarios para garantizar la sostenibilidad ambiental del territorio bajo el contexto del uso racional de la biodiversidad. En los ecosistemas de la SNSM, la flora es utilizada principalmente para comercialización de madera, construcciones u otros usos, y no existe un inventario de especies que describa los usos potenciales en bioprospección, en particular en las zonas altas de la región. De allí que el segundo estudio incluido en esta tesis involucra una especie vegetal de importancia regional, como ejemplo y alternativa de uso sostenible del recurso vegetal del territorio. El Haematoxilium brasiletto (Barasin) es una especie amenazada encontrada en reductos de bosque seco de la SNSM, empleada como pigmento o en medicina tradicional de las comunidades indígenas. Los reportes científicos de la planta aparecen registrados para México, con descripción de algunas propiedades farmacológicas, aunque poco ha sido publicado en relación con su papel como protector en modelos de toxicidad. El objetivo principal de este proyecto fue caracterizar la composición química y la eficacia del extracto hidroalcohólico de H. brasiletto (EHAHbrasiletto), recolectado en el norte de Colombia, para bloquear o disminuir los efectos tóxicos inducida por cadmio (Cd), un metal pesado de alta toxicidad. Las actividades desarrolladas incluyeron la caracterización química del EHA-Hbrasiletto mediante Cromatografía Líquida de Alta Resolución acoplado a espectrometría de masas de tiempo de vuelo con ionización electro-espray (HPLC-ESI-QTOF), así como la evaluación de su capacidad para contrarrestar los efectos tóxicos del Cd en el modelo biológico Caenorhabditis elegans. La citotoxicidad y capacidad antiproliferativa del extracto fueron revisadas en un modelo in vitro de células tumorales (Calu-1). Los resultados obtenidos indican que los principales metabolitos secundarios identificados por HPLC-ESI-QTOF en el extracto de Barasin corresponden a hematoxilinas (brazileína y hemateína) y las protosappaninas (protosappanina A, B y C, 10-O-metilprotosappanina B, y protosappanina A dimetilacetal). En cuanto a los ensayos biológicos el EHA-Hbrasiletto provocó una baja letalidad en los gusanos (cepa silvestre Bristol N2), así mismo, redujo significativamente la muerte de los nematodos provocada por el Cd. El Barasin mejoró la inhibición de la motilidad, la reducción de la longitud corporal y la disminución de la capacidad reproductiva inducida por Cd. El extracto también presentó buena capacidad protectora frente a radicales celulares inducidos por el tóxico, medido usando el ensayo con 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH), mostrando además una buena capacidad para detener la translocación de DAF-16 mediada por estrés oxidativo inducido por Cd, efecto fisiológico relacionado con la letalidad. Estos datos señalan que el EHA-Hbrasiletto es un buen agente natural para el control de estrés oxidativo, con capacidad para contrarrestar la toxicidad del Cd. El extracto también mostró capacidad antiproliferativa frente a células tumorales. Finalmente, con la elaboración de esta tesis se puede concluir que la SNSM tiene un alto riesgo ambiental, con impactos significativos directos derivados de las actividades desarrolladas en su área circundante y aun cuando la riqueza florística de este sistema es uno de los componentes más distintivos de la región, ha sido afectada gravemente con un número elevado de especies vegetales amenazadas. El uso y aprovechamiento sostenible de este recurso es escaso, por lo que la generación de investigaciones y conocimientos alrededor de la flora contribuye a la creación de cadenas de valor que permiten un desarrollo productivo, económico y social de los territorios y comunidades.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Microplastics as pollutants of environmental concern: Unveiling the tip of iceberg
    (Universidad de Cartagena, 2020) Acosta Coley, Isabel Clara; Méndez Cuadro, Darío Manuel; Olivero Verbel, Jesús; Rodríguez Cavallo, Erika
    Microplastics (MPs) are considered emerging pollutants. Widely distributed in the environment from the equator to the poles, their presence in the marine environment has been reported, ranging from the water column surface to the bottom of the ocean trenches, also in freshwater ecosystems such as rivers, lakes and lagoons, mangrove areas. They have been found in soils, suspended in the air and inside around 700 animal species, endangering food security and the health of a wide variety of organisms including humans the solely responsible for its ubiquity. The presence of MPs in different ecosystems implies among others: the physical risk when ingested by different species along the trophic chain, from the microscopic plankton to giant mammals such as the blue whale. They cause obstructions along the digestive tract, ulcers, perforations, malnutrition, reproductive problems and even changes in behavior. In addition to their physical presence, the impacts of MPs on the marine environment also lies in their ability to act as transporters of pathogenic and / or invading microorganisms. MPs deposited on the seabed can also cause damage to benthic communities and block gas exchange. They can act as vectors for xenobiotics, including heavy metals and metalloids, organic pollutants and environmental steroids and are able to transport them to distant locations. Many of these chemicals can be added to the polymer during the manufacturing process and others can be sorbed during their residence time in the marine environment, with the potential risk of being transfer to biota. This complex mixture of chemicals can cause negative toxicological effects at trace levels concentrations. The main objective of this research, was to determine the chemical composition of primary (pellets) and secondary (fragments) MPs, their associated pollutants (metals) and their ecotoxicological potential. Samples were collected at the Colombian Caribbean, including the cities of Cartagena an industrialized city with the second largest oil refinery, in the country, Coveñas, Puerto Colombia and Riohacha. For this purpose, the analysis of chemical composition of sampled MPs was carried out by FTIR analysis (Infrared spectroscopy by Fourier Transform) resulting in a predominant polyethylene composition (PE), both in pellets and fragments. The most abundant MPs on the beaches were primary MPs (pellets) with a lower degree of surface degradation, classified as White New polyethylene pellets (WN), followed in quantities by secondary MPs. In the case of mercury content, higher levels of concentrations were found in secondary microplastics MPs, white degraded pellets (WDP) and Black pellets, these contents are related to the degree of surface degradation (SDF) categorized in the pellets examined and the presence of organic adhesions, such as oil residues in pellets categorized as black (Black pellets). The allocation of MPs on beaches allowed the pinpointing of sources, which is the city of Cartagena de Indias, specifically its industrial zone situated in the bay area, that can be assessed as an important “hotspot” of MP pollution in Caribean. The metals concentrations collected in Cartagena beaches, including total mercury (THg), was quantified using a direct Hg analyzer (DMA-80) and ICP / MS techniques for the other 47 trace elements. Ba, Cr, Rb, Sr, Ce, Zr, Ni, Pb were the most accumulated metals in the pellets categorized as the most degraded (WDP). This is due to the increase of the surface area and a longer residence time in the environment. The evaluation of the toxicity of sampled MPs was carried out using the model organism the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans). For this evaluation, a wild strain Bristol N2 and the transgenic strains sod-4, mtl-2 and gst-1 were used. Several toxicity endpoints were evaluated, e.g. lethality, growth locomotion and relative expression of genes related to oxidative stress. The results showed that extracts from pellets and fragments were biologically active in the C. elegans and as expected, virgin or (industrial) pellets were less toxic than environmental MPs. The virgin pellets showed also toxic effect; namely the inhibition of locomotion, which is most likely attributed to the presence of plastic additives. The highest toxicity, evidenced as significant changes in the lethality and growth of the nematode, was the result of exposure to MPs from Cartagena´s Bay, a highly polluted ecosystem. In terms of gene expression, secondary MPs from samples also from the city of Cartagena, overexpressed genes relaed to oxidative stress and metal exposition sod-4, mtl-2 and gst-1 in C. elegans, while pellets collected in the same area significantly induced mtl-2. In summary, the Caribean coast is significantly polluted by MPs, they originate from extensive industrial activities especially close to the city of Cartagena. The degree of degradation and the residence time of MPs in polluted environment seem to be the most important factors regarding the concentration of metals adsorbed on MPs surface. Metals can be then released from the MP surface and affect organisms, as showed in this study by testing C. elegans. According to our knowledge, this is the first work focused on sampling of MPs in beaches in Colombia. This is also the first study where the degree of MP degradation, changes of their surface morphology was connected to the adsorption and release of metals from MPs surface. The results of this study are particullarly important, because they highlighted the possibility of MPs to adsorb and transport metals to remote location, release them and consequently affect marine biota. This research establishes also a baseline for the study of microplastic contamination in the Caribbean area.
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    Effects of perchlorate at different trophic levels and characterization of reducing bacteria of this pollutant from hypersaline soils of the Colombian Caribbean.
    (Universidad de Cartagena, 2019) Acevedo Barrios, Rosa Leonor; Olivero Verbel, Jesús
    Perchlorate is an emerging contaminant that affects the functioning of the thyroid gland in humans and alters the normal development of living beings. This compound can be formed naturally and by different anthropogenic activities, which are responsible for its wide diffusion in all environmental matrices. This chemical compound is persistent in ecosystems; so, it is necessary to use different types of treatments for its degradation. For the reduction of perchlorate, biological treatment with aerobic, facultative and anaerobic bacteria degradation and/or reduction of this pollutant is preferably used because the chemical methods, such as ion exchange, used for this purpose, are neither very efficient, nor very selective and incomplete, thus generating contaminated resins that must be treated later, which, in some cases, becomes more toxic than the original compound. Although there are currently adequate bacterial methods for the degradation of perchlorate, there is, however, no evidence that these have a universal application and such application is not standardized in tropical environments; that is why it is necessary to isolate native bacteria from hypersaline soils from the Colombian Caribbean, as a new economic and effective alternative to reduce perchlorate, thus generating a lesser impact on ecosystems. Perchlorate-reducing bacteria are a promising strategy for the bioremediation of contaminated sites. In this study, ten strains were isolated that grew in media containing up to 30.0% NaCl, pH variations (6.5-12.0) and moderately high concentrations of KClO4 (up to 10000 mg/kg), suggesting that these are halotolerant organisms. According to the sequencing of the 16S ribosomal gene, such strains belong to Vibrio, Bacillus, Salinovibrio, Staphylococcus and Nesiotobacter genus. These bacteria could reduce perchlorate levels from 10 to 25%. The main objective of this study was to evaluate the reduction of perchlorate in native bacteria isolated from hypersaline soils of Galerazamba (Bolivar), Parque Salamanca (Magdalena) and Manaure (Guajira) in the Colombian Caribbean; as well as to determine the toxic effects of this pollutant in in-vitro and in-vivo models. For this purpose, the ecotoxicological evaluation of perchlorate exposure was carried out in HEK, N2a, and 3T3 cell lines, as well as in the biological models Vibrio fischeri, Pseudokirchneriella subcapitata, Daphnia magna and Eisenia fetida, and the evaluation of several endpoints and the multivariate analysis between the chemical concentration of the pollutant and the toxicological responses of the models was evaluated. The ecotoxicological evaluation this contaminant’s toxic effects in different biological models exhibited a similar toxicity against the cell lines analyzed, with LC50 values of 19, 15 and 19 mM for HEK, N2a and 3T3 respectively; while in V. fischeri, the toxicity examined was considerably lower (EC50=715mM) with reduction of bioluminescence, while the survival of freshwater algae P. subcapitata was significantly affected by perchlorate (LC50=72 mM), and its effect on lethality in crustacean D. magna was significant (LC50=5mM). For the E. fetida earthworm, the LC50 was 56 mM in the soil. In the latter organism, perchlorate induced avoidance behavior, weight loss, decreased the production of eggs and offspring, as well as morphological and histopathological effects, such as malformations, dwarfism and necrosis. In conclusion, the environmental risk assessment by exposure varies according to the species, which presents a high environmental risk to the biota and the health of the ecosystems. This study evaluated the ecotoxicological impacts at different trophic levels; the results could be used as basic information to make decisions about the regulation of perchlorate in the environment. E. fetida is proposed as a sensitive model to generate information on the toxicological impact of KClO4 in soils. It is concluded that native bacteria isolated from hypersaline environments of the Colombian Caribbean are a promising tool for the reduction of this contaminant; this will improve the environmental quality of soils in tropical environments contaminated with perchlorate.
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    Evaluación de la actividad toxicológica de la resina del algarrobo (Hymenaea courbaril L.) y del aceite de naranja (Citrus sinensis L.) sobre Drosophila melanogaster
    (Universidad de Cartagena, 2021) Anaya Gil, Jorge Luis; Gómez Estrada, Harold; Ramos Morales, Patricia
    Los pesticidas químicos de síntesis tomaron un papel fundamental en la vida cotidiana del ser humano; sin embargo, el uso masivo de este tipo de compuestos ha contribuido al aumento de la contaminación de los cuerpos de agua, suelo y aire, al debilitamiento de los sistemas de protección natural por el impacto negativo sobre los organismos benéficos a los ecosistemas, la aparición de resistencia en distintas plagas y también alteraciones en la salud humana. Por lo anterior, ha surgido la necesidad de explorar opciones para tratar de mitigar esos efectos. Es así que aparecen los bioinsecticidas, los cuales generalmente poseen un bajo riesgo para la salud humana, se degradan fácilmente, no afectan la fauna benéfica y algunos se fabrican utilizando especies vegetales aprovechando que la actividad insecticida puede depender de uno o varios metabolitos. En este sentido con el desarrollo de esta tesis doctoral se pretendió buscar alternativas promisorias a los insecticidas de síntesis, por lo que inicialmente se extrajo aceite esencial de la cascara de naranja (Citrus sinensis L.) y se sometió a modificaciones en su composición química utilizando pulsos eléctricos, con el objetivo de evaluar la relación entre la composición de los aceites y su acción larvicida. Para comprobar que las muestras utilizadas diferían en su composición se realizó un análisis mediante cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas, encontrándose la presencia de metabolitos tipo terpenoides y sesquiterpenoides. El uso de pulsos eléctricos en las muestras modificó su composición química, de manera que el porcentaje de limoneno pasó del 72% en la muestra que no fue sometida a tratamiento eléctrico (blanco) a porcentajes menores en las otras muestras estudiadas, incluso en la muestra número tres el porcentaje de limoneno fue <50%. Sólo tres compuestos (limoneno, linalol y cariofileno) fueron comunes en todas las muestras. Posteriormente, se evaluó la acción larvicida sobre las larvas de Drosophila melanogaster. Se probaron seis concentraciones de cada muestra de aceite (0, 100, 500, 1000, 5000 y 10000 ppm). Se encontró que no había una relación lineal entre la concentración y la letalidad. Además, en la muestra sin tratamiento eléctrico la mayoría de las concentraciones probadas tenían una letalidad superior al 50%, mientras que en la muestra siete los resultados de la letalidad eran inferiores al 30%, por lo que las pruebas biológicas demostraron que en las muestras en las que la concentración de limoneno era menor, la letalidad en las larvas disminuía; por lo tanto la metodología utilizada en la modificación de los aceites no mejoró la letalidad del aceite esencial de naranja extraído convencionalmente. Conociendo los resultados anteriores se decidió realizar ensayos in vivo de toxicidad sobre larvas de tercer estadio de Drosophila melanogaster, pero utilizando esta vez extractos de la resina de algarrobo (Hymenaea courbaril L.). Esta planta ha demostrado ser una especie rica en metabolitos con destacada actividad biológica, de tal manera que algunos de sus extractos han sido probados como insecticidas, por lo que el objetivo en esta parte del estudio fue conocer la composición fitoquímica de la resina de y realizar evaluaciones de sus efectos tóxicos, genotóxicos y reprotóxicos en el modelo biológico seleccionado. Para ello, se prepararon dos extractos de la resina y se les realizó un análisis fitoquímico, habiéndose encontrado en el extracto etanólico total la presencia de terpenos, flavonoides y cumarinas, mientras que en el extracto etanólico parcial sólo se encontró presencia de terpenos y flavonoides. Las larvas de Drosophila fueron sometidas a diferentes concentraciones subletales de los extractos y se evaluó tanto la sobrevivencia como la proporción sexual, encontrando que las larvas son más sensibles al extracto etanólico parcial. Cabe señalar que aparte de las propiedades benéficas reportadas para ciertos metabolitos, algunos pueden resultar nocivos. Por lo que al aplicar la prueba de mutación somática y recombinación mitótica (SMART-ojos), puede contribuir al desarrollo de bioinsecticidas más seguros. La metodología SMART-ojo se utilizó particularmente para evaluar la capacidad genotóxica del extracto total y del extracto parcial de la resina de Hymenaea courbaril L. sobre Drosophila melanogaster. Larvas de tercer estadio, heterocigotas w/w+, fueron alimentadas subcrónicamente con medio de cultivo enriquecido con concentraciones de ambos extractos, por separado. Las afectaciones más significativas a nivel genotóxico se encontraron cuando las larvas fueron infestadas con el extracto parcial, indicando que posiblemente la ausencia de cumarinas hace a este insecto más susceptible a daños a nivel de material genético. Por lo que la prueba SMART-ojo es una herramienta útil en el desarrollo de bioinsecticidas y que el modelo Drosophila detecta cambios en la composición de mezclas complejas. Adicionalmente se realizaron ensayos de reprotoxicidad y de efectos transgeneracionales encontrándose que el extracto parcial causa mayor incidencia a nivel toxicológico, aunque no hay diferencia estadísticamente significativa en las progenies de las diferentes generaciones, si se marca una tendencia a recuperarse menor progenie en la tercera generación.
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    Antibiotics and organophosphate pesticides at maximum residue level: A threat to the safety of animal proteins
    (Universidad de Cartagena, 2020) Márquez Lázaro, Johana Patricia; Rodríguez Cavallo, Erika; Méndez Cuadro, Darío M.
    Meat is the most consumed animal source food on the planet nowadays. This is due to its nutritional value, which is represented in its high protein content. Therefore, any sort of physicochemical alteration that may be suffered by the structure of meat proteins, could affect greatly the nutritional qualities of this food and even its safety. As evidence, one of these alterations takes place as a consequence of vulnerability present in proteins to suffer oxidation reactions such as carbonylation. This is an irreversible and not enzymatic modification, that is characterized for the incorporation process of the carbonyl’s groups on the side chains of the amino acid residues in the protein. On the other hand, it has been stated that food carbonylation may lead to a substantial loss of solubility and protein functionality, as well as a decrease in all the proteolytic activity (digestibility), factors which favor in this loss of nutritional value and also properties of the meat. Different factors such as internal and external may play a major role in the reactions that lead to the formation of the carbonyl groups in muscle protein of the meat. However, due to the current model of intensive livestock to supply the high demand for meat products, all the different external factors are assessed thoroughly. Such factors associated are the feeding process and slaughtering of the animal (animal husbandry), processing (curing, cooking), and storage (temperature, time). In this case, the farming of these animals plays a major role, keeping in mind that when these animals are in the model of intensive farming are exposed to the appearance of diseases transmitted by microorganisms and/or ectoparasites, which are treated with antibiotics and/or biocides like fluoroquinolones and organophosphate pesticide to preserve the animal's welfare and Doctoral thesis the productivity in the livestock sector. Nevertheless, some experiments in different biological models have proofed that some metabolic reactions are triggered, increasing oxidative stress. As a result, some remnants may help prolonge the outcome because of its presence in muscular tissue even long after the animal has been slaughtered and processed. This specific situation is guarded and regulated by FAO through a group of regulations called Codex Alimentarius, which allows the existence of fluoroquinolones and organophosphate pesticides in the meat, within the maximum residue limits (MRL). These numbers indicate the no toxicity of the residues to human health even when exists a frequent consumption of meat. Yet, the impact of these residues' levels on the muscle protein of the animals is unknown to this day. Therefore, this research proposes was to evaluate the in vitro oxidative effect of fluoroquinolone and organophosphate pesticides residues on beef and chicken meat at concentrations around of its MRLs, as well as the impact on solubility and digestibility. For this, initially, some samples were taken from beef and exposed individually to Enrofloxacin, Danofloxacin, Sarafloxacin, Norfloxacin, and Ciprofloxacin, at concentrations equal to 0.5,1.0 and 1.5 MRL under in vitro conditions. Followed of the extraction and quantification of sarcoplasmic and myofibrillar proteins as well as the determination of carbonyls index. Additionally, the identification of the carbonylated proteins was carried out by the combinations of western blot and mass spectrometry assays. Also, the gastrointestinal digestion of sarcoplasmic and myofibrillar proteins was monitored by SDSPAGE electrophoresis. The results of the first research evidenced the in vitro capability of fluoroquinolones residues to induce carbonylation on sarcoplasmic and myofibrillar proteins even at concentrations below its MLR. Hence, this oxidative damage was correlated to the loss of solubility and digestibility, as a result, being the sarcoplasmic proteins the most impacted. Enrofloxacin and Danofloxacin were the fluoroquinolones with more oxidizing effects, especially on the proteins of glycolytic pathway. The article “Residues of fluoroquinolone antibiotics induce carbonylation and reduce in vitro digestion of sarcoplasmic and myofibrillar beef proteins”, published by Journal Foods de MDPI (https://doi.org/10.3390/foods9020170) provides more detailed information on this investigation. In order to deepen the molecular aspects of oxidation promoted by the pollutants under study, assays were conducted on a myosin pattern, as one of the most abundant proteins in muscle tissue. Solutions of myosin were contaminated with residues of Chlorpyrifos and Diazinon at different exposure times. The degrees of oxidation were determined, later on, this allowing to find a major oxidizing power for Chlorpyrifos in all the times of exposure. Thus, based on these results the investigation led to the contamination of samples of chicken breast with 100 ppb of Chlorpyrifos, followed by extraction of total proteins and the quantification of the carbonyl index. The proteins obtained were separated by size-exclusion chromatography and the resultant fractions were collected and grouped for the quantification of the carbonyls index and the subsequent identification by mass spectrometry. To do this, collected proteins from chromatographic fractioning were digested with trypsin and analyzed by nano-LC-qTOF. Besides, peptidome’s analysis was conducted. For this assay, chicken breast samples contaminated with chlorpyrifos were subjected to simulated gastrointestinal digestion, and the peptides obtained were analyzed by mass spectrometry to identify those which were oxidized. The results showed for proving that the residues of chlorpyrifos were capable to induce in vitro carbonylation not only on the myosin pattern but also on the proteins present in the chicken breast. Moreover, myosin, β-enolase, type M kinase creatine, and actin were identified as the most susceptible to the oxidation triggered by this pollutant. Likewise, in this sort of analysis, conducted by mass spectrometry, oxidized peptides mainly of collagen were identified. The results of this investigation can be found more in detail in two articles. The first one's title is “In vitro oxidation promoted by chlorpyrifos residues on myosin and chicken breast proteins”; published in Food Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126922). On the other hand, the resultant data of the proteomic and peptidomics analysis were not included in the previous article, in fact, they were submitted to Data in Brief journal and are currently under review. The title of the investigation is “Peptidomes and proteomics data of oxidized peptides from in vitro gastrointestinal digestion of chicken breast exposed to chlorpyrifos”. In addition, Eisenia fetida biological model was used to confirm the results obtained from in vitro model. The results of this research are detailed in the article " Fluoroquinolone antibiotics and organophosphate pesticides induce protein carbonylation on Eisenia fetida", which was submitted in Science of the Total Environment journal. For this, earthworms were individually exposed to ciprofloxacin, danofloxacin, fethion and diazinon at 0.5, 1.0 and 1.5 MRL values during 28 days. The, earthworms were sacrificed and the region between annus and pre clitelo were cut. Muscle proteins were extracted and its quantification was done by Bradford method. The carbonyl index and oxidative profile were obtained by dot blot and western blot assays, respectively. The identification of carbonylated proteins were realized by mass spectrometry (MALDI-TOF). The results showed that all concentrations evaluated by contaminant induced oxidative damage on muscle proteins of E. fetida. Also, CIPRO and DZN were contaminats that promoted the highest carbonylation on mucle proteins. The actin was identified as the main target of oxidation induced by fluoroquinolones and organophosphare pesticides under study. Thus, these finding supports the observations found in bovine and chicken muscle proteins under in vitro conditions. As a conclusion to this doctoral thesis, it is evidenced for the first time that fluoroquinolones and organophosphate pesticides are capable to induce in vitro carbonylation on beef and chicken breast proteins, even at concentrations considered to be safe to human (MRL) as well as muscle proteins from E. fetida. Besides, such modification demonstrated to have an impact on the solubility of proteins in beef, as well as the digestibility of proteins from both beef and chicken breast. Thus, therefore, these suggests that the presence of residues in meat could have a negative effect on its quality and nutritional value. Additionally, this study contributes to the basis for the creation of a research line focused on the impact of veterinary substances on the nutritional quality of animal and plant origin products, whose purpose will be to promote the need for zero tolerance of chemicals in food.
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    Evaluation of the phytoremediation capacity and effects on the proteome in response to stress by Cd and Pb in species of Paspalum fasciculatum Willd (Ex Flüggé) (Poaceae) grown in a mining soil from northern Colombia
    (Universidad de Cartagena, 2020) Salas Moreno, Manuel Haminton; Marrugo Negrete, José Luís; Olivero Verbel, Jesús; Méndez Cuadro, Darío Manuel
    Cadmium and lead are the most toxic heavy metals that exist in nature; soil contamination by these metals is a global concern, industrial development, overpopulation, mining, burning of fossil fuels, use of wastewater in agricultural crops, inadequate disposal of solid waste, forest fires among other activities, are its main sources of pollution. The removal of xenobiotics from the soil is one of the main global environmental concerns. Phytoremediation is one of the main alternatives to this problem, in which many species of plants with specific characteristics play an important role. The aim of this work is to evaluate the phytoremediation capacity of Paspalum fasciculatum Willd. Ex. Flüeggé (Poaceae) in soils contaminated with high concentrations of cadmium and lead coming from mining areas of northern Colombia (Mine “El Alacrán”, department of Córdoba), under greenhouse conditions. Additionally, the phytotoxic effects of these metals in P. fasciculatum and the bioavailabily of the metals in the soil during this process were determined. Redox proteomic techniques were used to measure the oxidative effects of Cd and Pb exposure during the growth of P. fasciculatum, the carbonyl index was used to quantify the global oxidative damage by the proteomes of leaves and roots of P. fasciculatum with its effects on biomass and accumulation patterns. Quantitative proteomics techniques were also used to determine protein expression in these plants, which allowed us to establish the possible molecular defense mechanisms induced by the toxic stress of lead in the plant. With this research, it is expected to obtain a wild plant with the capacity to remove lead and cadmium from contaminated soils, especially of mining origin, to contribute in part to remediate mining contamination in the country and globally. Furthermore, to know the molecular mechanisms involved in the tolerance of P. fasciculatum during the phytoremediation process, through the differential expression of its proteins.
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    Biomarkers of chronic exposure to heavy metals in informal workers on the Colombian Caribbean coast.
    (Universidad de Cartagena, 2022) Vergara-Murillo, Fredy; Johnson Restrepo, Boris
    Chronic exposure to heavy metals (HM) is a major source of disease throughout the world. Lead (Pb), cadmium (Cd) and mercury (Hg) are the heavy metals most frequently reported with occupational exposure and, consequently, their toxicity is associated with various chronic diseases. About half of the active population in Latin American countries works in informal jobs (I would define informal), which causes concern because these types of workers are associated with high health risks, even at low doses of chronic exposure to Pb, Cd, and Hg. Despite this concern, only a few reports address this problem in Latin America and the Caribbean. The objective of this research was to associate the concentrations of Cd, Pb and Hg to physiological and anthropometric variables of informal workers: Mechanics, welders, battery recyclers, garbage recyclers, from Cartagena city, as well as a group of miners from San Martin de Loba, Colombia. Whole blood levels of Cd, Pb, and mercury were measured for population groups according to the risk associated with their occupation. Heavy metals were determined using direct thermal discharge atomic absorption spectrometry for mercury and graphite furnace atomic absorption spectrometry for Cd and Pb. Mechanics, welding and recyclers workers were of a median age of 45 years (interquartile range (IQR), 33-53). The median blood Pb level (BLL) was 2 μg/dL (IQR, 0.76–6.22), and the median blood Cd level (BCL) was 1.22 μg/L (IQR, 0.33–2.01). It was found that 33% of high-exposure jobs had BLL > 5 μg/dL (n=57), while in 'control' workers it was 15.3% (n=9). The highest BLLs were obtained from battery recyclers (82.1%; n=23), followed by mechanics (37.3%, n=22). In the age-adjusted logistic regression model, time at work, smoking, and elevated BCL and BLL increased as much as 3.2-fold (95% CI, 1.1–9.7) in mechanics and 29.6-fold (95% CI, 7.2–145.6) in battery recyclers. This study found negative health impact in Cartagena Colombian workers with greater chronic exposure to Pb. A logistic regression to assess the effect of artisanal and small-scale gold mining (ASGM) on health outcomes on the mining population using univariate and bivariate statistical analyzes was performed for all variables. The enrolled volunteers (n = 124) were between the ages of 20 and 84 (84% miners and 79% men). No changes were found in (ASGM) workers, systolic blood pressure, diastolic blood pressure, and heart rate in crude and adjusted statistical analyses. ASGM miners had an 8.91 (95% confidence interval, 1.55–95.70)-fold increased risk of having these neurotoxic changes. Total blood mercury (T-Hg) concentrations in all participants ranged from 0.6 to 82.5 with a median of 6.0 μg/L. Miners have higher T-Hg concentrations than non-miners (p -value = 0.011). Normal and abnormal respiratory spirometry patterns showed significant differences with the physical role and physical function of the quality of life scales (p-value was 0.012 and 0.004, respectively). Spirometry testing was performed on 87 male miners, with 25% of these miners reporting abnormalities. Of these, 73% presented a restrictive spirometry and 27% an obstructive spirometry pattern. The ASGM population exhibited higher blood Hg concentrations high and worse neurotoxic symptoms when compared to non-miners from the same community
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    Respuestas citotóxicas y disrupción endocrina generadas por el insecticida Clorpirifos y su metabolito 3,5,6-tricloro-2-piridinol con el uso de la batería de bioensayos estándar y levaduras marinas
    (Universidad de Cartagena, 2021) Echeverri Jaramillo, Gustavo Eugenio; Jaramillo, Beatriz Eugenia
    El uso indiscriminado de plaguicidas, como los insecticidas organofosforados y específicamente el Clorpirifós (CP), impactan ecosistemas terrestres y acuáticos, produciendo efectos en los organismos vivos. En ecotoxicología el uso de modelos estándar de organismos se ha empleado para medir la toxicidad aguda del Clorpirifos (CP) y su metabolito principal 3,5,6-tricloro-2-piridinol (TCP) solo y en combinación, utilizando una batería de pruebas con organismos acuáticos de diferentes niveles tróficos como bacterias marinas luminiscentes Aliivibrio fischeri, alga unicelular de agua dulce Pseudokirchneriella subcapitata y la pulga de agua Daphnia magna. La exposición a concentraciones de CP, TCP y CP comercial para A. fischeri fue de 0.019 – 8 mg/L, y para mezcla de 0.009 – 4 mg/L; para P. subcapitata fue CP (2.08 – 50 mg/L), TCP (0.087 - 2.08 mg/L), CP comercial (0.26 - 6.25 mg/L) y mezcla 1:1 (0.004 – 0.1 mg/L); para D. magna fue CP (0.294 - 31.25 mg/L), TCP (0.977 - 250 mg/L), CP comercial (0.122 - 3.9 mg/L) y mezcla 1:1 (0.004 – 0.1 mg/L). D. magna fue el organismo más sensible a los compuestos probados, siendo el CP más tóxico que su metabolito. Por el contrario, se encontró que el TCP era más tóxico que su compuesto parental para A. fischeri y P. subcapitata. En todos los casos, la mezcla de CP y su metabolito fue más tóxica que los compuestos probados por separado, multiplicándose entre 5 y 200 veces el nivel de toxicidad de CP y hasta 15 veces el nivel de toxicidad de TCP. P. subcapitata fue la de efecto sinérgico mayor (sinergismo muy fuerte), seguido de D. magna (sinergismo fuerte) y A. fischeri (sinergismo), según clasificación de índice de combinación, lo que puede indicar que la coexistencia del producto químico original y su producto de degradación en el medio ambiente puede dar lugar a una interacción sinérgica que implica un alto riesgo para los ecosistemas acuáticos. Así mismo, se evaluó la citotoxicidad y la actividad estrogénica del CP y su principal metabolito 3,5,6-tricloro-2-piridinol (TCP) mediante ensayos in vitro, utilizando modelos eucarióticos de dos líneas celulares de mamíferos (HEK293 y N2a) y levaduras marinas para citotoxicidad, y una levadura recombinante para estrogenicidad. La exposición a CP y TCP de las líneas celulares HEK293 y N2a fue de 6.3 – 1600 mg/L y para la mezcla 1:1 de 6.3 – 800 mg/L. Con referencia a las levaduras marinas, la exposición a CP y TCP fue de 3.9 – 250 mg/L y para la levadura recombinante de 0.002 – 0.4 mg/L. Los resultados indican que el TCP es más tóxico que el CP para las dos líneas celulares ensayadas, siendo la linea célular N2a más sensible a ambos compuestos y con una actividad estrogénica similar entre 2.500 y 3.000 veces menos que el 17β-estradiol. Se estudiaron 10 levaduras marinas con ensayos de viabilidad celular frente a CP y TCP. De las cepas de levaduras aisladas de sedimentos marinos, seis de ellas mostraron sensibilidad y una respuesta dependiente de la concentración a los compuestos probados, siendo la levadura mas sensible a CP y TCP Rhodotorulla minuta, por lo que podrían considerarse como modelo futuro para pruebas de toxicidad. Las levaduras de sedimento marino estudiadas para evaluar la citotoxicidad de CP y TCP, se caracterizaron bioquímicamente, haciendo pruebas de antibiosis, pruebas de crecimiento con concentraciones de sal de 2 %, 4 %, 10 % y 25 %, usando diferentes temperaturas (4 ° C, 25 ° C, 37 ° C y 45 ° C), prueba de esterasa en superficie de agar y una prueba piloto de toxicidad (CP / TCP) en superficie de agar. Se recuperó y cuantificó el ácido dexoxirribonucleico (ADN) total del sedimento, mostrando mayores concentraciones en el sedimento liofilizado y, con la técnica DGGE (Degrading Gel Gradiant Electrophoresis) se mostró una mayor diversidad de hongos en el sitio de muestreo. Se aislaron 10 levaduras, donde el género dominante fue la Candida (60 %), seguida de Cryptococcus (30 %), y Rhodotorulla (10 %), con una alta asimilación de diferentes carbohidratos mostrando su versatilidad metabólica, una baja antibiosis entre las levaduras para utilizar como consorcio en procesos futuros de degradación de CP y TCP, asi como presencia de esterasas/ lipasas en todas, enzimas involucradas en procesos degradativos de estas sutancias. Además de lo anterior, se evidenció crecimiento en temperaturas extremas y en concentraciones de sal, obteniendo levaduras extremófilas, diversidad microbina muy importante para futuros estudios, asi como una concentración mínima inhibitoria de CP y TCP en cuatro levaduras que muestran mayor toxicidad de TCP, para su uso en Ecotoxicología Microbiana.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Toxicological effects of bisphenol A, propyl paraben, triclosan, atrazine and glyphosate using Caenorhabditis elegans as a biological model
    (Universidad de Cartagena, 2018) García Espiñeira, María Cecilia; Olivero Verbel, Jesús
    The production of chemical compounds used by human beings is growing, producing great benefits in the progress of civilization and comfort in people's lives, while on the other hand it generates exposure to living beings and nature, exerting a great variety of interactions with their systems and toxicity. Bisphenol A is a chemical compound massively used as a plasticizer in a varied range of elements for daily use. Propylparaben and triclosan are chemical compounds that extend the half-life and avoid contamination with bacteria and fungi of personal care products. Atrazine and glyphosate, in turn, are molecules used in agriculture, as broad-spectrum herbicides. Although several negative effects have been described in animals and humans, its use in many Latin American countries is still common. Biological models are used throughout the world to determine the acute and chronic toxicity of many chemicals and have been effective in reproducing toxicity mechanisms. C. elegans, is a nematode that facilitates these studies because of its multiple advantages, among which are having a fully sequenced genome, simple maintenance in laboratory conditions, a short life cycle, small size, simple anatomy, transparency and sensitivity for acute and chronic detection of toxicity, as well as an easy understanding of the biochemical mechanisms involved, allowing a more accurate prediction of the toxicity of studied compounds. In addition, a large number of nematodes can be studied in a single experiment within a short period of time, with fewer ethical problems and comparatively cheaper compared to using other animal models. In this study, four stages are contemplated: the first evaluates the toxicity of the five molecules described in the biological model C. elegans taking into account endpoints such as mortality, growth, fertility and progeny size. The second one studies the amount of fatty acid deposits in the bodies of worms; the third was the expression of C. elegans genes related to oxidative stress, by reporter genes associated with green protein fluorescence (GFP) and the fourth one determined the adipogenic action of one of the molecules (BPA) in human adipoblasts cells. The lethality of C. elegans exposed to BPA, PPB and TCS was concentration dependent, and the LC50 after 24 h of exposure was 113.5, 261.7 and 43.2 µM, respectively. At concentrations greater than 0.5 µM, BPA, PPB and TCS caused lethality, with statistical differences related to the control. At lower concentrations, only TCS (0.05 µM) was bioactive. In solutions of BPA, PPB and TCS: body length increased slightly with BPA but did not depend on the concentration. In contrast, PPB reduced body length, whereas TCS did not have an effect on this parameter. The body width increased moderately, without a clear relationship with the concentration, although the response caused by BPA was bimodal. The relationship between body width and body length of the nematodes was moderately increased by exposure to the tested chemicals, but the PPB was the most active, suggesting a probable association with obesity in the C. elegans model. Breeding size of nematodes exposed to BPA, PPB and TCS: the largest brood size after exposure to BPA was reached at 5 µM; then, it decreased in response to higher concentrations. Similarly, the PPB increased brood size to 0.5 µM, with declining effects at higher concentrations. In contrast, TCS decreased this feature following a trend dependent on concentration. The most sensitive genes, in descending order, were sod-4, hsp4, hsp-16.2 and skn-1. These genes increased their expression after exposure to BPA, PPB and TCS, indicating a toxic response related to the generation of reactive oxygen species (ROS). There was no evidence of concentration dependence on these results. In addition, low concentrations caused the overexpression of some genes; for example, BPA at concentrations of 0.05 and 0.5 µM caused a 3-fold expression of hsp-4. However, the high concentrations also affected the expression of several genes such as sod-4, which showed a 5-fold positive regulation after exposure to PPB and TCS at a concentration of 500 µM compared to the control. The chemical compounds BPA, PPB and TCS caused an increase in the accumulation of lipids in the bodies of the exposed nematodes when staining with q-ORO. These deposits showed an increasing tendency related to the concentration. BPA caused a greater accumulation of lipids, followed by PPB and TCS. This result was consistent with the changes in the body wide-long relationship that were recorded in the worms after exposure to these molecules. In this study, four stages were contemplated: the first evaluates the toxicity of the five molecules described in the biological model C. eleganstaking into account endpoints such as mortality, growth, fertility and progeny size. The second one studies the amount of fatty acid deposits in the bodies of nematodes; the third was the expression of the biomodel genes related to oxidative stress, by reporter genes associated with green protein fluorescence (GFP) and the fourth one determined the adipogenic action of one of the molecules (BPA) in human adipoblasts cells. The lethality of C. elegans exposed to BPA, PPB and TCS was concentration dependent, and the LC50 after 24 h of exposure was 113.5, 261.7 and 43.2 µM, respectively. At concentrations greater than 0.5 µM, BPA, PPB and TCS caused lethality, with statistical differences related to the control. At lower concentrations, only TCS (0.05 µM) was bioactive. In solutions of BPA, PPB and TCS: body length increased slightly with BPA but did not depend on the concentration. In contrast, PPB reduced body length, whereas TCS did not have an effect on this parameter. The body width increased moderately, without a clear relationship with the concentration, although the response caused by BPA was bimodal. The relationship between body width and body length of the nematodes was moderately increased by exposure to the tested chemicals, but the PPB was the most active, suggesting a probable association with obesity in the C. elegans model. The most sensitive genes, in descending order, were sod-4, hsp4, hsp-16.2 and skn-1. These genes increased their expression after exposure to BPA, PPB and TCS, indicating a toxic response related to the generation of reactive oxygen species (ROS). There was no evidence of concentration dependence on these results. In addition, low concentrations caused the overexpression of some genes; for example, BPA at concentrations of 0.05 and 0.5 µM caused a 3-fold expression of hsp-4. However, the high concentrations also affected the expression of several genes such as sod-4, which showed a 5-fold positive regulation after exposure to PPB and TCS at concentrations of 500 µM compared to the control. The chemical compounds BPA, PPB and TCS caused an increase in the accumulation of lipids in the bodies of the exposed nematodes when staining with q-ORO, the deposits showed an increasing tendency related to the concentration. BPA caused a greater accumulation of lipids, followed by PPB and TCS. This result was consistent with the changes in the body wide-long relationship that were recorded in the worms after exposure to these molecules. The mean lethal concentration value for atrazine was> 600 µM, and the NOAEL and LOAEL were 0.006 and 0.06 µM, respectively. The lethality percentages for the 0.0006 and 0.006 µM solutions had no significant differences with the control, but concentrations higher than 0.06 µM induced significant lethality, reaching up to 18 % at 600 µM. The BBF decreased to 5 for a 600 µM solution following a concentration-dependent route. The length of the body did not follow a strict pattern dependent on concentration. However, concentrations higher than 60 µM inhibited body growth. In comparison with the control, the inhibition of the size of the brood was greater to a solution of 6 µM, reaching almost 100 %. However, it increased again to 60 and 600 µM, showing a modest U-shaped graph. Mean lethal concentration value for glyphosate was 6.4 µM (the NOAEL and LOAEL were 0.001 and 0.01 µM, respectively). At concentrations greater than 100 µM, total lethality was achieved. The BBF decreased from 38.2 bends in 20 s (control) to 5 at 10 µM, following a concentration-dependent trend. The body length did not register any significant change up to 1 µM, but it statistically decreased at 10 µM. The brood size followed a concentration-dependent curve, with maximum inhibition at 10 µM solution. Glyphosate concentration-response behavior was similar to that elicited by atrazine, the first been more potent. The expression of sod-1, sod-4, and gpx-4 increased at least 2-fold than the control at just 10 µM solution. The lethality for the exposure mixtures of atrazine-glyphosate was concentration-dependent. Maximum lethality occurred with glyphosate 1000 µM + atrazine 600 µM, reaching 80 %. The BBF was inhibited at the lowest tested concentrations. It followed a concentration-dependent tendency similar to that experienced by glyphosate alone. The body length was also affected by the minimum herbicide concentration, but the slope of the concentration-response curve was minimal. In the concentration addition model assay, the lethality of the mixture showed that at low concentrations the effect is additive, whereas at high concentrations the lethality of the mixture was lower than the effect of GBF alone. The gene expression behavior for tested genes of the mixture of atrazine-glyphosate was similar to that observed for individual molecules. In summary, with the obtained results it is demonstrated that the molecules atrazine, glyphosate, bisphenol A, propylparaben and triclosan exert toxicity C. elegans and its endocrine disruption effects are qualitative and quantitatively measurable on the on the biological model.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Risk and genetic susceptibility to arsenic exposure from drinking groundwater in populations of the Colombian Caribbean
    (Universidad de Cartagena, 2020) González Martínez, Farith Damián; González Martínez, Farith Damián; Johnson Restrepo, Boris
    Inorganic arsenic (InAs) is considered to be the principal form of arsenic (As) in groundwater. The presence of arsenic in waters naturally may occur and it is a serious global health issue, playing a very important role in the chronic toxicological effect in humans. According to International Agency for Research on Cancer (IARC), InAs species are classified in Group I as “carcinogens to human”. World Health Organization (WHO) had recommended a guideline value for arsenic in drinking water as a safe of 10 μg/L. Before starting this project, there was very little information on As concentrations in groundwater in Colombia. On the other hand, this research provided for the first time on two publications of international impact on As exposure in humans and the magnitude of the problem that had been completely unknown in Colombia. Lifetime average daily dose (LADD) is considered an important method for exposure assessment, because the effects of toxicity of InAs may be accelerated with an increase in exposure dosage. Knowledge of the mechanism of environmental exposure to As will allow the understanding of the individual differences to identify susceptible groups. Urinary arsenic species such as trivalent arsenic (AsIII), pentavalent arsenic (AsV ), mono-methyl arsenic acid (MMA) and dimethyl arsenic acid (DMA) have been used as biomarkers for the LADD of arsenic. However, this profile's urinary of speciation can vary largely among individuals. This can be due to demographic, anthropometric factors such as age, sex, body mass index (BMI) and pregnancy, as well as smoking history and lifestyle. Besides, genetic factors have been reported to explain part of the variation and probably plays an important role in the arsenic methylation, increasing the susceptibility to arsenic exposure. Nevertheless, more consistent evidence is needed on the focus of this issue, which contributes explanations according to the effect of the interactions among different polymorphic variants and other potential factors involved on the metabolic process of As. The aim of this study was to evaluate the risk of arsenic exposure in humans and the effects of genetic variants on urinary arsenic profiles in people exposed from drinking groundwater of the Department of Bolivar, Colombia. For this purpose, specific surveys were used to assess the demographic and anthropometric information of the subjects and their lifestyle. The groundwater samples were analyzed for assessing total arsenic (TAs) and speciation (AsIII and AsV ) using highperformance liquid chromatography, with hydride generation (HG), couple to atomic fluorescence spectrometry (HPLC-HG-AFS). Likewise, the exposure and risk of arsenic was assessed by LADD method (µg/kg bw/day) and the Hazard quotient (HQ). Besides, urinary arsenic metabolites: AsIII, AsV , MMAV , and DMAV were measured using HPLC-HG-AFS. Six genetic polymorphisms (GSTO2-rs156697, GSTP1-rs1695, GSTT1, GSTM1, As3MT-rs3740400 and MT2Ars28366003) were evaluated from DNA samples by real-time and/or conventional PCR. Twenty-two groundwater wells from studied municipalities were analyzed. The high exposure of As (0.33 µg/kg bw/day) in the study population generated a risk of adverse health effects HQ=1.2. The urinary arsenic species concentrations were 0.80 µg/L for InAs, 0.60 µg/L for MMAV and 1.2 µg/L for DMAV . The associated between urinary arsenic species and genetic polymorphisms showed MMA urinary excretion higher in subjects with heterozygous and/or homozygous genotypes of As3MT. Furthermore, DMA and ratio MMA/InAs were lower in individuals with heterozygous and/or homozygous genotypes of GSTP1. Likewise, DMA and MMA concentrations were higher in GSTM1-null genotypes. For GSTT1 and MT2A genotypes no differences were found. Interactions gene-gene and gene-covariates modified the MMA and DMA urinary excretion. In conclusion, the interactions between As3MT*GSTM1 y GSTO2*GSTP1 polymorphic variants could be potential modifiers of the risk of toxicity to inorganic arsenic through an increase of MMA and InAs a decrease of DMA and primary methylation index (PMI ratio). The synergistic effect among these polymorphisms and age, daily doses of arsenic, and alcohol consumption might vary the arsenic individual metabolic capacity a large part.

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