TECNICAS PARA DETECTAR TOXICIDAD EN AGUAS SERVIDAS

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TECNICAS PARA DETECTAR

TOXICIDAD EN AGUAS SERVIDAS

Soledad Chamorro

Universidad de Concepción

Centro de Ciencias Ambientales EULA-CHILE

2014

TOXICIDAD

• Definición actual de Toxicología:

Ciencia que estudia las sustancias químicas y

los agentes físicos en cuanto son capaces de producir alteraciones patológicas

a los seres vivos, a la par que estudia los mecanismos de producción de tales

alteraciones y los medios para contrarrestarlas, así como los procedimientos

para detectar, identificar y determinar tales agentes y valorar su grado de

toxicidad.

• Concepto actual de tóxico:

Sustancia que puede producir algún efecto nocivo

sobre un ser vivo, alterando sus equilibrios vitales.

• Cualquier sustancia, ya sea endógena o exógena (xenobiótico) puede actuar

como tóxico. Todo depende de la condición del

sujeto, dosis, ambiente

, etc.

(Paracelso, siglo XVI: “Todo depende de la dosis”)

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IMPORTANCIA DE LA TOXICOLOGIA

• Primera referencia escrita: Papiro de

Ebers (año 1500 a de C), referencia a

venenos tan conocidos como la cicuta, el

opio, metales como el plomo, cobre,

antimonio y alcaloides como la belladona

entre otros.

La toxicología moderna, como hoy se entiende, comenzó hacia 1850

con la explosión de la ciencia, el desarrollo de anestésicos,

desinfectantes y otras sustancias químicas y se ha desarrollado de

manera exponencial en los últimos 30-50 años.

Engineering and Environmental Biotechnology Group●www.eula.cl/giba

¿Porque

detectar la

toxicidad en

aguas servidas?

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CONTAMINACION AMBIENTAL

CONTAMINACION

DIFUSA

CONTAMINACION

PUNTUAL

DEFINICION DE

MICROCONTAMINANTES

Sustancias orgánicas o inorgánicas, que debido a su toxicidad,

persistencia y bioacumulación pueden inducir un efecto

negativo en seres vivos o medioambiente. Se trata de

sustancias naturales o sintéticas que se encuentran en

concentraciones muy bajas (del orden de μg/L o ng/L) y que

no se eliminan en tratamientos de plantas de aguas servidas.

Provienen de fuentes múltiples, son muy numerosas y de

características variadas

.

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CONTAMINANTES EMERGENTES

METIL TER BUTYL ETER PERFLUOROOCTANE SULFONATE

?

Por definición, microcontaminantes presentan efectos biológicos en

concentraciones muy bajas (menos de 1%), incluso en los niveles de

ppm o ppb en algunos casos

SISTEMAS BIOLOGICOS TOXICOCINETICA Y TOXICODINAMICA BIODISPONIBILIDAD MICROCONTAMINANTES MEDIO AMBIENTE DESTINO EN EL MEDIO AMBIENTE EXPOSICIÓN EXPOSICION EFECTOS

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Ecosistema

Población

Comunidad

Orgáno/tejido

Celular

Molecular

Individuo

ESTRATEGIAS PARA EVALUAR LOS EFECTOS AMBIENTALES

Daphnia magna

Complejidad biológica

Respuesta biológica

Routledge and Sumpter, 1996; EPA , 1993

Saccharomyces cerevisiae

recombinante

Selenastrum capricornutum

Danio rerio (Zebra fish

)

Cual bioindicador uso?

¿

Cuantos debo

usar?

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D

aphnia

magna

DAFNIDOS

Representantes de cadena trófica

dulceacuícola.

Alta y constante sensibilidad a compuestos

tóxicos y mezclas complejas.

Daphnia magna

Tortorelli et al., 1990

Estabilidad genética y uniformidad de las

poblaciones.

Partenogénicas (hembras/ clones) disponibilidad y

abundancia

Actualmente ensayos morfológicos y fisiológicos

como evidencia de compuestos activos

ASTM:

American Section of the International Association for Testing Materials.

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Daphnia magna

Ceriodaphnia dubia

Ceriodaphnia cornuta

Daphnia obtusa

Ciclo

Partenogénico

Ensayo agudo =48h

Ensayo subletal=24 h

BIOENSAYOS DE TOXICIDAD CON

Daphnia

magna

Respuesta inicial

de perturbación

medioambiental

Fernández-Casalderrey et al., 1994; Martin-Creuzburg et al., 2006; Tortorelli et al.,1990

Cambios

fisiológicos

Evolución de las camadas

Número de mudas

Número de crías

Neonato< 24h

Mortalidad/

Inmovilidad

Detecta y evalúa la capacidad inherente a un agente dado en

producir efectos tóxicos sobre organismos vivos.

Evaluar la potencia relativa de un agente químico sobre organismos

vivos.

Ensayos crónicos =21 días

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RELACIÓN DOSIS – RESPUESTA

ENSAYOS DE TOXICIDAD

ENSAYOS AGUDOS

Chang, N and Kim, S. (2007). Whole Effluent Toxicity (WET) Tests on Wastewater Treatment Plants with Daphnia magna and

Selenastrum capricornutum. Environ Monit Assess, 129:107–113.

D. magna

S. capricornutum D. magna

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0 , 7, 14, 21

CRECIMIENTO ABDOMINAL / LONGITUD CORPORAL

(Olmeast and LeBlanc, 2000; Xavier, 2006)

Daphnia magna

C C1 C2 C3

ENSAYO CRÓNICO

TASA DE CRECIMIENTO SOMATICO

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Sanchez, M., Ferrando, M.D, Sancho, E. and Andreu, E. (2000). Physiological Perturbations in Several Generations of Daphnia magna Straus Exposed to Diazinon. Ecotoxicology and Environmental Safety 46, 87-94.

BIOSENSORES

Saccharomyces cerevisiae

• Hongo unicelular

• Fácil cultivo

• Modelo simple de Eucariota

• Ciclos de vida cortos

• Gran número de descendencia

Detecta compuestos con

actividad estrogénica por

medio de respuestas

colorimétricas

Modificada genéticamente

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BIOSENSORES:

Saccharomyces

cerevisiae

recombinante

Compuesto

estrogénico

gen hER

Plásmido

hER (gen estrógeno

receptor humano) β-galactosidasa Reacción enzima

Routledge & Sumpter, 1996, Noguerol et al., 2006

Hongo unicelular

Fácil cultivo

Eucarióta

Cortos ciclos de vida

Gran descendencia

Modificada genéticamente

Estrogénica CPRG Humano Estrógeno (ER) MUGus MUGal/ONPG MUGal Substrato Toxicidad Dioxin-like Estrogénica Actividad a detectar Propio Humano Humano Origen receptor Galactosa Hidrocarburo de arilo (AhR)

Estrógeno (ER) Receptor

GalGus-RYA

YCM-RYA

ER-RYA

YES

RYA

García-Reyero et al., 2001; Noguerol et al., 2006

Producto

cromogénico

Substrato

Compuesto

exógeno

Enzima

Receptor

ERE

Lac-Z

BIOSENSORES:

Saccharomyces

cerevisiae

recombinante

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R. Kanda & J. Churchley (2008): REMOVAL OF ENDOCRINE DISRUPTING COMPOUNDS DURING CONVENTIONAL WASTEWATER TREATMENT, Environmental Technology, 29:3, 315-323

•Whole: Efluente de aguas

servidas

•Fr1: Fracción 1 mezcla de

solvente metanol-acetato de

etilo 50%-50%

•Fr2: Fracción 2 mezcla de

solvente metanol-acetato de

etilo 25%-75%

•Fr3: Fracción 3: Metanol

•Fr4: Fracción 4: Dietil eter

•Fr5: Fracción 5: Hexano

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ESTUDIOS EN CHILE

S. Chamorro, V. Hernández, V. Matamoros, C. Domínguez, J. Becerra, G. Vidal, B. Piña. and J.M.

Bayona. 2013. Chemical characterization of organic microcontaminant sources and biological

effects in riverine sediments impacted by urban sewage and pulp mill discharges. Chemosphere.