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EMERGING - environmental mixtures of emerging contaminants repercussions on gonads and impact on next generations
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Advisor(s)
Abstract(s)
Contaminants of emerging concern (CECs) represent an increasing threat to marine ecosystems, underscoring the need to comprehend their interactions and toxicity. Among these, nanoplastics (NPs), particularly secondary NPs, are prevalent and pose ecological risks. Other contaminants, such as 5-Fluorouracil (5-FU), a cytostatic drug resulting from wastewater discharge, and silver nanoparticles (nAg), further exacerbate ocean pollution. Mussels, which reproduce in the water column, expose their gametes to these contaminants, making it essential to evaluate their impact on reproductive success and ecological balance. This thesis evaluates the toxic effects of polystyrene (PS) NPs (50 nm; 10 µg/L), 5-FU (10 ng/L), and nAg (20 nm; 10 µg/L) individually and in mixtures in Mytilus galloprovincialis, with a focus on reproductive organs and sex-specific differences. It employs genotoxicity, neurotoxicity, cytotoxicity, antioxidant enzymes, lipid peroxidation, proteomic analyses, and a weight-of evidence approach to assess hazard levels and synergistic and antagonistic interaction effects. PS-NP impacts on gametes and embryo-larval development were also examined. PS-NP interactions with abiotic and biotic factors influence their toxicity, affecting marine organisms at multiple levels. Mussels ingest PS-NPs, leading to tissue-specific accumulation, oxidative stress, neurotoxicity, and reproductive impairments, particularly in females. Disruptions in gonadal protein expression impact gametes and reproductive success, reducing oocyte and spermatozoa counts while compromising oocyte integrity. Larval development suffers, especially when gametes are exposed pre-fertilisation, resulting in smaller, malformed larvae with greater contaminant accumulation. 5-FU induces genotoxicity and oxidative stress, and its combination with PS-NPs and nAg leads to synergistic toxicity. The mixture of PS-NPs and 5-FU is the most harmful. Contaminant mixtures exacerbate reproductive harm and threaten biodiversity. Understanding these combined effects is essential for environmental management, as their interactions amplify toxicity and long-term ecological risks.
Os contaminantes emergentes (CECs) representam uma nova ameaça ao meio marinho, tornando essencial compreender as interações e a potencial toxicidade das misturas de CECs quando entram no oceano. Os nanoplásticos, especialmente os nanoplásticos secundários, são abundantes no ambiente marinho e apresentam riscos ecológicos significativos. Para além dos nanoplásticos, contaminantes emergentes como o 5-Fluorouracilo (5-FU), um fármaco citostático, que entra nos ecossistemas marinhos devido ao tratamento inadequado de águas residuais, assim como as nanopartículas de prata (nAg) são uma preocupação para a saúde do oceano. Os mexilhões reproduzem-se na coluna de água e, caso a gametogénese seja bem sucedida, os gametas ficam expostos aos contaminantes presentes no ambiente marinho. Compreender as repercussões que estes contaminantes podem ter nos gametas e no desenvolvimento embrionário-larval é fundamental, uma vez que o sucesso reprodutivo garante gerações futuras viáveis, assegurando assim o equilíbrio ecológico e a biodiversidade. As interações dos PS-NPs com fatores abióticos e bióticos influenciam as suas propriedades e toxicidade, afetando os organismos marinhos em vários níveis tróficos. Consequentemente, esta tese avalia os efeitos tóxicos dos nanoplásticos de poliestireno (50 nm; 10 µg/L), 5-FU (10 ng/L) e nAg (20 nm; 10 µg/L), tanto individualmente como em misturas, no mexilhão do Mediterrâneo Mytilus galloprovincialis, com foco nos efeitos da acumulação nas brânquias, glândula digestiva, e no orgão reprodutivo bem como diferenças entre machos e fêmeas. Foram analisados vários efeitos biológicos como genotoxicidade, neurotoxicidade, citotoxicidade, enzimas antioxidantes e peroxidação lipídica e proteómica. Além disso, a caracterização das nanopartículas e a ingestão de PS-NPs também foram avaliadas. Foi, também, utilizada uma abordagem de Weight of Evidence para avaliar o nível de risco, e calcularam-se os efeitos sinérgicos e antagónicos. Os efeitos dos PS-NPs nos gâmetas e no desenvolvimento embrionário-larval do mexilhão também foram avaliados. M. galloprovincialis ingere PS-NPs, resultando em acumulação específica em determinados tecidos, sendo as gonadas as mais prejudicadas, e como resultado leva ao stress oxidativo, neurotoxicidade e impactos na reprodução, sobretudo nas fêmeas. As alterações na expressão proteica nas gónadas masculinas e femininas afetam os gametas e o sucesso reprodutivo. A exposição a PS-NPs resultou numa redução significativa no número de oócitos e espermatozoides, comprometendo a integridade dos oócitos. O desenvolvimento larvar foi negativamente afetado, especialmente quando os gametas foram expostos antes da fertilização, resultando em larvas menores e malformadas, com maior acumulação de contaminantes nos gametas do que nos embriões. O 5-FU induz genotoxicidade e stress oxidativo nos mexilhões e, quando combinado com PS-NPs e nAg, ocorrem efeitos tóxicos sinergéticos, sendo a mistura de PS-NPs e 5-FU mais prejudicial do que a mistura terciária. A exposição a misturas destes contaminantes induz danos reprodutivos, comprometendo a gametogénese e reduzindo o sucesso da fertilização, ameaçando assim a dinâmica populacional e a biodiversidade. Os efeitos combinados dos contaminantes emergentes requerem atenção científica urgente, uma vez que as suas interações amplificam a toxicidade e representam riscos ecológicos a longo prazo. É fundamental aprofundar a investigação sobre os seus mecanismos, especialmente no que diz respeito à saúde reprodutiva e à estabilidade dos ecossistemas, para uma gestão ambiental e decisões políticas mais informadas.
Os contaminantes emergentes (CECs) representam uma nova ameaça ao meio marinho, tornando essencial compreender as interações e a potencial toxicidade das misturas de CECs quando entram no oceano. Os nanoplásticos, especialmente os nanoplásticos secundários, são abundantes no ambiente marinho e apresentam riscos ecológicos significativos. Para além dos nanoplásticos, contaminantes emergentes como o 5-Fluorouracilo (5-FU), um fármaco citostático, que entra nos ecossistemas marinhos devido ao tratamento inadequado de águas residuais, assim como as nanopartículas de prata (nAg) são uma preocupação para a saúde do oceano. Os mexilhões reproduzem-se na coluna de água e, caso a gametogénese seja bem sucedida, os gametas ficam expostos aos contaminantes presentes no ambiente marinho. Compreender as repercussões que estes contaminantes podem ter nos gametas e no desenvolvimento embrionário-larval é fundamental, uma vez que o sucesso reprodutivo garante gerações futuras viáveis, assegurando assim o equilíbrio ecológico e a biodiversidade. As interações dos PS-NPs com fatores abióticos e bióticos influenciam as suas propriedades e toxicidade, afetando os organismos marinhos em vários níveis tróficos. Consequentemente, esta tese avalia os efeitos tóxicos dos nanoplásticos de poliestireno (50 nm; 10 µg/L), 5-FU (10 ng/L) e nAg (20 nm; 10 µg/L), tanto individualmente como em misturas, no mexilhão do Mediterrâneo Mytilus galloprovincialis, com foco nos efeitos da acumulação nas brânquias, glândula digestiva, e no orgão reprodutivo bem como diferenças entre machos e fêmeas. Foram analisados vários efeitos biológicos como genotoxicidade, neurotoxicidade, citotoxicidade, enzimas antioxidantes e peroxidação lipídica e proteómica. Além disso, a caracterização das nanopartículas e a ingestão de PS-NPs também foram avaliadas. Foi, também, utilizada uma abordagem de Weight of Evidence para avaliar o nível de risco, e calcularam-se os efeitos sinérgicos e antagónicos. Os efeitos dos PS-NPs nos gâmetas e no desenvolvimento embrionário-larval do mexilhão também foram avaliados. M. galloprovincialis ingere PS-NPs, resultando em acumulação específica em determinados tecidos, sendo as gonadas as mais prejudicadas, e como resultado leva ao stress oxidativo, neurotoxicidade e impactos na reprodução, sobretudo nas fêmeas. As alterações na expressão proteica nas gónadas masculinas e femininas afetam os gametas e o sucesso reprodutivo. A exposição a PS-NPs resultou numa redução significativa no número de oócitos e espermatozoides, comprometendo a integridade dos oócitos. O desenvolvimento larvar foi negativamente afetado, especialmente quando os gametas foram expostos antes da fertilização, resultando em larvas menores e malformadas, com maior acumulação de contaminantes nos gametas do que nos embriões. O 5-FU induz genotoxicidade e stress oxidativo nos mexilhões e, quando combinado com PS-NPs e nAg, ocorrem efeitos tóxicos sinergéticos, sendo a mistura de PS-NPs e 5-FU mais prejudicial do que a mistura terciária. A exposição a misturas destes contaminantes induz danos reprodutivos, comprometendo a gametogénese e reduzindo o sucesso da fertilização, ameaçando assim a dinâmica populacional e a biodiversidade. Os efeitos combinados dos contaminantes emergentes requerem atenção científica urgente, uma vez que as suas interações amplificam a toxicidade e representam riscos ecológicos a longo prazo. É fundamental aprofundar a investigação sobre os seus mecanismos, especialmente no que diz respeito à saúde reprodutiva e à estabilidade dos ecossistemas, para uma gestão ambiental e decisões políticas mais informadas.
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Keywords
Contaminantes emergente Nanoplásticos Riscos ecológicos Águas residuais