Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas (IRET)

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Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas (IRET-UNA) es un centro de investigación con proyección nacional, regional e internacional, comprometido con el desarrollo sostenible, la protección y conservación de los ecosistemas naturales, la calidad de vida de los trabajadores y de la sociedad afectados por las sustancias tóxicas y otras actividades humanas.

Los conocimientos y datos generados por el Instituto son utilizados por entidades gubernamentales y no gubernamentales como fuente primaria de información en temas de exposición a las sustancias tóxicas y sus efectos en el ambiente y en la salud humana.

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Programas adscritos a IRET-UNA

El Programa Infantes y Salud Ambiental (ISA) es un programa de investigación-extensión realizado en la región Huetar Atlántica, Costa Rica, que utiliza un enfoque eco-sistémico en salud humana (EcoSalud). Estudiamos la exposición ambiental a plaguicidas y manganeso y sus efectos sobre la salud de niño(a)s y sus madres. Además, estudiamos cuáles factores explican las exposiciones a plaguicidas, y posibles alternativas para su uso. Promovemos acciones colaborativas para reducir el contacto con plaguicidas y mitigar sus posibles efectos.

El Programa ISA tiene 3 áreas temáticas: 1) Contexto socio- económico, cultural y percepción de riesgos, 2) Evaluación de exposición y efectos en el crecimiento y desarrollo de infantes y 3) Alternativas agro-ecológicas.

Coordinadora: Ph.D. Berna van Wendel de Joode, correo electrónico: berendina.vanwendel.dejoode@una.cr

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El Programa Salud, Trabajo y Ambiente (SALTRA) se proyecta como un programa estratégico en la integración de principios de desarrollo sostenible en las políticas de salud ocupacional y ambiental a nivel local, nacional y regional desde la gestión del conocimiento: docencia, investigación extensión y traducción política. Se trabaja en Centroamérica para consolidar y extender una estructura regional de centros universitarios en salud ocupacional y ambiental (SOA) que colaboren entre sí y con grupos gubernamentales y no gubernamentales, para conjuntamente construir capacidades locales, nacionales y regionales que favorecen la incorporación de principios de desarrollo sostenible en las políticas de salud ocupacional y ambiental.

Coordinadora regional: Ph. D. Jennifer Crowe, correo electrónico: jennifer.crowe@una.cr

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Página web: www.saltra.una.ac.cr

Correo: saltraregional@una.cr

Teléfono: (506) 2263 6375

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A multidisciplinary approach to analyze the antimicrobial resistance in natural ecosystems
(Elsevier, 2024-02-25) Blanco-Pena, Kinndle; Quesada-Alvarado, Francisco; Salas-González, Denis; Estrada- König, Sandra; Salom-Pérez, Roberto; Arroyo-Arce, Stephanny; Villalobos-Araya, Adriana; Rivera-Castillo, Josué; Martín-Maldonado, Bárbara; Corrales-Gutiérrez, Daniel; Gallardo-Castro, Valeria; Gutiérrez-Espeleta, Gustavo; Chaves, Andrea; Esperón, Fernando; Chaverri-Fonseca, Fabio
Antimicrobial Resistance (AMR) poses a global threat to both human health and environmental well-being. Our study delved into Costa Rican wildlife reserves, uncovering a substantial human impact on these ecosystems and underscoring the imperative to pinpoint AMR hotspots. Embracing a One Health perspective, we advocated for a comprehensive landscape analysis that intricately intertwined geographic, climatic, forest, and human factors. This study illuminated the link between laboratory results and observed patterns of antimicrobial use, thereby paving the way for sustainable solutions. Our innovative methodology involved deploying open-ended questions to explore antimicrobial usage across livestock activities, contributing to establishing a comprehensive methodology. Non-invasive sampling in wildlife emerged as a critical aspect, shedding light on areas contaminated by AMR. Feline species, positioned at the apex of the food chain, acted as sentinels for environmental health due to heightened exposure to improperly disposed waste. Regarding laboratory findings, each sample revealed the presence of at least one antimicrobial resistance gene (ARG). Notably, genes encoding resistance to tetracyclines dominated (94.9%), followed by beta-lactams (75.6%), sulfonamides (53.8%), aminoglycosides (51.3%), quinolones (44.9%), phenicols (25.6%), and macrolides (20.5%). Genes encoding polymyxins were not detected. Moreover, 66% of samples carried a multi-resistant microbiome, with 15% exhibiting resistance to three antimicrobial families and 51% to four. The absence of a correlation between forest coverage and ARG presence underscored the profound human impact on wildlife reserves, surpassing previous estimations. This environmental pressure could potentially modify microbiomes and resistomes in unknown ways. As not all antimicrobial families encoding ARGs were utilized by farmers, our next step involved evaluating other human activities to identify the primary sources of contamination. This comprehensive study contributed crucial insights into the intricate dynamics of AMR in natural ecosystems, paving the way for targeted interventions and sustainable coexistence.
Advanced Parental Age as Risk Factor for Childhood Acute Iymphoblastic Leukemia: Results From Studies of The Childhood Leukemia International Consortium
(Revista Europea de Epidemiología, 2018-08-01) Petridou, Eleni Th; Georgakis, Marios K; Magnani, Corrado; Metayer, Catherine; Roman, Eve; Mueller, Beth; Ma, Xiaomei; Erdmann, Friederike; Dockerty, John; Mora, Ana Maria; Scheurer, Michael; Ezzat, Sameera; Pombo-de-Oliveira, Maria S.; Hansen, Johnni; Rashed, Wafaa; Kane, Eleanor; Doody, David; Wang, Rong; Kang, Alice Y; Skalkidou, Alkistis; Infante Rivard, Claire; Schuz, Joachim; Dessypris, Nick; Mueller, Beth A; Spector, Logan G; Metayer, Catherine; Pombo-de-Oliveira, Maria S
Advanced parental age has been associated with adverse health effects in the offspring including childhood (0–14 years) acute lymphoblastic leukemia (ALL), as reported in our meta-analysis of published studies. We aimed to further explore the association using primary data from 16 studies participating in the Childhood Leukemia International Consortium. Data were contributed by 11 case-control (CC) studies (7919 cases and 12942 controls recruited via interviews) and five nested case-control (NCC) studies (8801 cases and 29690 controls identified through record linkage of population-based health registries) with variable enrollment periods (1968–2015). Five-year paternal and maternal age increments were introduced in two meta-analyses by study design using adjusted odds ratios (OR) derived from each study. Increased paternal age was associated with greater ALL risk in the offspring (ORCC:1.05, 95% CI:1.00–1.11; ORNCC:1.04, 95% CI:1.01–1.07). A similar positive association with advanced maternal age was observed only in the NCC results (ORCC:0.99, 95% CI:0.91–1.07, heterogeneity I2=58%, p=0.002; ORNCC:1.05, 95% CI:1.01–1.08). The positive association between parental age and risk of ALL was most marked among children aged 1–5 years and remained unchanged following mutual adjustment for the collinear effect of the paternal and maternal age variables; analyses of the relatively small numbers of discordant paternal-maternal age pairs were not fully enlightening. Our results strengthen the evidence that advanced parental age is associated with increased childhood ALL risk; collinearity of maternal with paternal age complicates causal interpretation. Employing datasets with cytogenetic information may further elucidate involvement of each parental component and clarify underlying mechanisms.
An ecosystem health approach and children's health living in the vicinity of banana plantations
(Wolters Kluwer Health, Inc., 2007-09) Van Wendel de Joode, B.; Barraza, D.; Mora, AM; Córdoba, L; De la Cruz, E
To study children's exposure to pesticides, their health effects, and their social consequences in agricultural communities. Materials and methods: The study population included three communities near banana plantations (multinationals) and plantain plantations (small-scale farmers) with extensive pesticide use, and two with low pesticide use (livestock farmers and organic farmers). Pesticide exposure pathways in children were studied both qualitatively and quantitatively within a social, cultural, and gender context. To study perceptions of pesticide risks, focus groups with parents and semi-structured interviews with key stakeholders were conducted. Exposure was quantitatively assessed by measuring pesticide metabolites in urine in 55 exposed children and 12 children aged 7 and 8 with low exposure. Dermal exposure was assessed in 14 of these children, and dust samples were collected from their homes. Environmental samples (air, surface and drinking water, and soil) were also collected. To study the children's development and health, a battery of neurobehavioral tests was administered to all 7- and 8-year-old children in the 5 communities.
Assessing habitat selection in the prawn Macrobrachium rosenbergii using the model toxicant copper and colonization as a test endpoint: Does prior exposure determine biochemical and behavioral responses?
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2024-08-20) Mena, F; Echeverría-Sáenz, Silvia; Brenes-Bravo, Gabriel; Araújo, Cristiano VM; Moreira-Santos, Matilde
Habitat selection by aquatic organisms is dependent on the availability of adequate conditions to support life and the benefits that the habitat provides. Contaminated environments tend to be less attractive to organisms because reduced habitat quality leads to increased maintenance costs. Consequently, reduced colonization of such disturbed habitats is an expected response. However, colonization has been understudied as an ecotoxicological test endpoint, despite its proven ability to assess habitat selection by populations across various taxa. The aim of the present study was to investigate whether previous exposure to copper could alter the colonization behavior of the freshwater prawn Macrobrachium rosenbergii along a non-forced exposure gradient of interconnected copper- contaminated habitats (0 to 500 µg/L) due to physiological and behavioral impairments. To assess this, post- larvae of M. rosenbergii were pre-exposed to 0, 50, 250 and 500 µg/L copper for a maximum period of 48 h. The physiological status and motility of the organisms after pre-exposure to copper were evaluated using behavioral endpoints (swimming activity by video tracking) and biochemical biomarkers (biotransformation, oxidative stress and neurotoxicity). The results indicated that pre-exposure to copper (at concentrations of 0, 50 and 500 µg/L) significantly influenced the median colonization concentration (CC50), which decreased from 270 µg/L to 109 µg/L. None of the assessed swimming parameters (speed, motility rate, exploration rate, and total distance) were affected by the pre-exposure to copper (0, 50 and 250 µg/L). Biochemically, cholinesterase levels were only affected in the prawn population exposed to 250 µg/L of copper. The present study provides a better understanding of the relevance of colonization as an ecotoxicological endpoint for assessing the spatial distribution of populations, including both new inhabitants and previously exposed organisms, in recovering habitats.
Assessment of commercial sunscreens ecotoxicological effects on algae Raphidocelis subcapitata
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2024) Kholssi, Rajaa; Ugalde-Salazar, Rocío; Echeverría-Sáenz, Silvia; Arias-Andrés, María
This study analyzed the effect of a commercial sunscreen on the freshwater microalga Raphidocelis subcapitata, which is essential for aquatic ecosystems. A flow cytometry methodology was used to evaluate cell density and other parameters by exposing the algae to various concentrations of the product (0, 5, 10, 25, 50, 50, 100 and 200 mg L-1) for 96 hours at two temperatures (24 °C and 29 °C). The results showed a significant inhibition in the growth of R. subcapitata in all treatments compared to the control. At 10 mg L-1, a considerable increase in reactive oxygen species (ROS) production, reaching up to 41% at 29 °C, was detected. A significant decrease in chlorophyll fluorescence was also observed at 24 °C with 200 mg L-1 of the sunscreen, with no relevant changes at 29 °C. In conclusion, the study highlights the negative effect of sunscreen on the growth of R. subcapitata and suggests the need for further research to understand the mechanisms of toxicity and long-term effects on marine biodiversity.
Bacterial communities in residential wastewater treatmentplants are physiologically adapted to high concentrations of quaternary ammonium compounds
(Wiley Online Library, 2023-08-28) Chacón, Luz; Rojas-Jimenez, Keilor; Arias-Andres, Maria
Benzalkoniumchloride(BAC)isaquaternaryammoniumcompound(QAC)widely used as the active ingredient of disinfectants. Its excessive discharge into wastewater is constant and in high concentrations, likely affecting the physiology of microbial communities. We compared the physiological community profile of activated sludge (AS) bacteria with and without prior in vitro exposure to a high concentration of BAC(10 mg L−1). We measured the community functional diversity, carbon substrate multifunctionality, and the median effective concentration thatinhibits carbon respiration (EC50) using Biolog EcoPlates supplemented with a gradient of 0–50 mg L−1 of BAC. Surprisingly, we did not find significant differences in the physiological parameters among treatments. Certain abundant bacteria, including Pseudomonas, could explain the community’s tolerance to high concentrations of BAC. We suggest that bacterial communities in wastewater treatment plants’ AS are “naturally” adapted to BAC due to frequent and high-dose exposure. We highlight the need to understand better the effects of QACs in wastewater, their impact on the selection of tolerant groups, and the alteration in community metabolic profiles.
Biomarcadores en Ecotoxicología
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2020) Jiménez, Katherine.
Se apoya que los biomarcadores son fundamentales para detectar los efectos tempranos en las poblaciones antes de que un sistema pueda colapsar en un estado del cual la recuperación es difícil. Los biomarcadores también parecen fundamentales para perfeccionar los enfoques ecológicos modernos basados en los rasgos de las especies y para evaluar la eficacia de las prácticas de restauración. El uso de biomarcadores más medidas de la estructura de la comunidad y la función del ecosistema puede ayudar a entender y predecir mejor las consecuencias ecológicas de múltiples factores de estrés en los ríos mediterráneos
Calor y cambio climático: una matriz de exposición ocupacional a estrés térmico por calor en Costa Rica
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2025-04) Crowell, Jennifer; Rojas-Valvede, Daniel; Masis Leandro, Keneth; Barraza, Douglas; Ugalde Ramírez, José Alexis; Gutiérrez Vargas, Randall; Casanova Quiroz, Alexandra; Chavarría Castrillo, Maricruz; Solano Gutiérrez, Fidelia; Wendel de Joode, Berna van
La investigación propone una matriz de riesgo diseñada para comparar la exposición acumulada (crónica) al calor en diferentes tipos de empleo y regiones geográficas de Costa Rica, considerando tanto las condiciones actuales como escenarios de cambio climático utilizando cuatro parámetros clave: duración, carga metabólica, frecuencia y severidad de la exposición. Esta matriz se aplicó a seis ocupaciones en dos zonas climáticas (Valle Central y Pacífico Norte). Los resultados indican que los trabajadores en el Pacífico Norte están más expuestos que los del Valle Central y que de los puestos evaluados, los cortadores de caña en Carrillo y peones en arroceras de Bagaces, enfrentan los mayores niveles de riesgo térmico. Proyecciones basadas en aumentos de temperatura entre 1 y 4 °C muestran cómo incrementará el riesgo, afectando más meses del año y más ocupaciones. Esta herramienta epidemiológica permite priorizar sectores y regiones para intervenciones de salud pública y adaptación al cambio climático, subrayando la necesidad de políticas preventivas que consideren la vulnerabilidad específica de la población trabajadora.
Cambios en la superficie sembrada de palma aceitera en el cantón de Osa, Puntarenas. Período 2014-2018
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2020-06-29) Salas Gonzáles, Denis Mauricio
El cultivo de palma aceitera muestra un acelerado crecimiento a nivel mundial. Según datos oficiales, solo en la región latinoamericana se evidencia un crecimiento del 150,8% en el área cultivada de palma de aceite al pasar de 443 000 hectáreas en 2001 a 1 111 000 hectáreas sembradas en 2014, de las cuales 818 000 se encontraban en etapa productiva aportando cerca del 6% del aceite de palma producido en el mundo (González, 2016). Estas plantaciones han impactado los paisajes tropicales por la disminución de la vegetación natural, pastos o por el reemplazo de otros cultivos. La expansión del cultivo de palma de aceite aumentó en Costa Rica y de acuerdo con la tendencia de los últimos años, seguirá en aumento. En los últimos años se han realizado censos y encuestas agropecuarias que muestran el crecimiento general, pero no detallan las áreas geográficas donde se da ese crecimiento y el consecuente impacto a la dinámica natural de las áreas cultivadas, información clave para los procesos de ordenamiento territorial regional y local que tenemos en el país. Por tal motivo, los objetivos de esta investigación fueron: analizar el cambio en la superficie sembrada con palma aceitera en el cantón de Osa, provincia de Puntarenas en el periodo 2014-2018 y evaluar la expansión del cultivo de palma aceitera en los distritos del cantón. Para esto, se analizaron datos de instituciones gubernamentales y se identificaron y digitalizaron las plantaciones de palma aceitera de los seis distritos del cantón de Osa.
Contaminación por residuos de plaguicidas en Costa Rica, ¿qué sabemos?
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2020) Echeverría-Saénz, Silvia.
El documento analiza la problemática ambiental generada por el uso de plaguicidas en la agricultura, especialmente en América Latina. Los plaguicidas, aunque útiles para aumentar la productividad agrícola y controlar plagas, tienen consecuencias negativas importantes para el medio ambiente, la salud humana y la biodiversidad. Se señala que América Latina representa el 20% del consumo mundial de plaguicidas, y países como Argentina, Brasil y México están entre los mayores usuarios. La aplicación excesiva o inadecuada de estos productos causa residuos tóxicos que contaminan el agua, el suelo y los alimentos. Esta contaminación afecta a poblaciones rurales, trabajadores agrícolas y consumidores en general.
Contributions of the academy for a better understanding of the oceans in Costa Rica
(Ministerio de Relaciones Exteriores y Culto, 2024-03) Morales-Ramírez, Álvaro; Gómez-Ramírez, Eddy; Alfaro-Martínez, Eric; Hidalgo, Hugo G.; Ulate-Naranjo, Karol; Arias-Andres, Maria; Rojas-Villalobos, Fresia; Samper-Villarreal, Jimena; Wehrtmann, Ingo S.
El lanzamiento de la Década de los Océanos en el año 2017 estableció nuevas visiones entre la ciencia y política, para fortalecer la investigación y la gestión de los océanos y las costas. Con un 92% de superficie marina, Costa Rica es una nación de mar, que posee una gran diversidad marina, y que realiza esfuerzos para conocer mejor sus recursos costeros y marinos. En los últimos 20 años, se han desarrollado políticas para promover la gestión integrada de nuestras zonas costeras y la creación de áreas marinas protegidas. Mediante la investigación de las universidades públicas, conocemos mejor, aunque de manera incompleta, cómo se encuentran nuestros recursos pesqueros y acuicultura, los impactos de la contaminación marina y sus efectos sobre organismos y ecosistemas, los impactos del cambio climático, así como los esfuerzos para impulsar la conservación marina y la restauración de los ecosistemas marino-costeros y sus servicios. Del análisis de estas áreas de estudios, es evidente, que existen vacíos de información que deben ser abordados para generar más información científica que permita la toma de decisiones adecuadas y basadas en la ciencia, con el objeto de mejorar las políticas púbicas relacionadas a las zonas costeras, sus recursos, los servicios ecosistémicos, la gestión de las numerosas fuentes de contaminación continental que llegan a la costa y la adaptación al cambio climático.
Costa Rican Factory Workers Exposed to Chlorpyrifos
(Wolters Kluwer, 2007-09) Rojas, M.; Van Wendel del Joode, B.; Ruepert, C.; Wesseling, C.
Chlorpyrifos is a neurotoxic organophosphate insecticide. Moderated toxicity of chlorpyrifos inhibits the acetyl cholinesterase enzyme activity. Occupational exposure to chlorpyrifos has poisoned many workers in Central America. A group of factory workers involved in the manufacturing of bags with chlorpyrifos asked SALTRA to evaluate if they were intoxicated. To evaluate if factory workers with a chronic exposure to chlorpyrifos are intoxicated.
Dissimilar behavioral and spatial avoidance responses by shrimps from tropical and temperate environments exposed to copper
(Springer, 2022-11-17) Redondo López, Sergei; González Ortegón, Enrique.; Mena, Freylan; Araújo, Cristiano
Behavioral changes associated with exposure to pollutants represent the earliest response for organisms confronted by perceivable chemical signals. This study was carried out with the objective of evaluating behavioral responses associated with different scenarios of exposure to pollutants (non-forced vs forced) in two shrimp species (Penaeus vannamei and Palaemon varians), representative of different latitudes and using copper as a model contaminant. The effects on locomotion were evaluated by exposing the shrimps to a range of copper concentrations (0, 0.5, 5, 50, and 250 µg/L) in the forced scenario. After exposure, the movement patterns for each shrimp were recorded and used to estimate changes in the shrimps’ locomotion. For the non-forced scenario, the avoidance response was assessed by placing shrimps in a multi-compartment system where they were able to move freely along a gradient of copper (0, 0.5, 5, 50, and 250 µg/L). In terms of locomotion, an opposite trend was observed between the species: movements were significantly reduced in P. varians with concentrations above 50 µg/L, while hyperactivity was observed for P. vannamei. When exposed to a gradient of copper in the multi-compartment system, both species significantly avoided the highest concentrations of copper, although the repellence of copper was stronger for P. vannamei. In summary, both species of shrimps were able to recognize and avoid copper; however, in terms of locomotion, they showed an opposite behavioral reaction. These results show that a contamination event can have different behavioral outcomes depending on the species and complementing forced and non-forced exposure with species-specific information can be helpful to characterize and predict the effects of contaminants at higher biological levels.
El impacto de la resistencia a los antibióticos en el desarrollo sostenible
(Universidad de Costa Rica, 2022) Barrantes, Kenia.; Chacon Jimenez, Luz; Arias Andrés, María
La resistencia a los antimicrobianos (RAM) es un problema de salud pública cada vez más complejo y se considera como una de las mayores amenazas en todo el mundo. El desarrollo de la RA en los patógenos bacterianos es una consecuencia esperada de la adaptación evolutiva, debido a la presencia de este tipo de contaminantes, los antibióticos, en variedad de nichos ecológicos. Además, hay múltiples factores asociados con su origen y diseminación, entre ellos, el uso desmedido y poco regulado de los antibióticos en la medicina humana y veterinaria, así como en la agricultura, la ganadería y la industria. De hecho, recientemente se ha indicado el papel del ambiente como reservorio para genes de RA y bacterias resistentes a antibióticos. En este sentido, el enfoque para contener y controlar este problema tan complejo involucra de forma necesaria a diversas áreas como la medicina, la veterinaria, las ciencias ambientales y sectores de la industria y la economía. En este artículo, se realiza una descripción tanto del problema de la RA y sus elementos causales, como del enfoque multidisciplinario que ha sido propuesto para su manejo en el ámbito global. Se detalla también cómo la RA afecta el desarrollo humano sostenible conforme a la Agenda 2030 formulada por la ONU, en el cumplimiento de algunos de los objetivos del desarrollo sostenible (ODS).
Environmental Risk Assessment Of Pesticides In The River Madre De Dios, Costa Rica Using PERPEST, SSD, And msPAF Models
(Springer Nature Link, 2016-09-12) Ramo, Roberto A.; Van Den Brink, Paul J.; Ruepert, Clemens; Castillo, Luisa E.; Gunnarsson, Jonas S.
This study assesses the ecological risks (ERA) of pesticides to aquatic organisms in the River Madre de Dios (RMD), which receives surface runoff water from banana, pineapple, and rice plantations on the Caribbean coast of Costa Rica. Water samples collected over 2 years at five sites in the RMD revealed a total of 26 pesticides. Their toxicity risk to aquatic organisms was assessed using three recent ERA models. (1) The PERPEST model showed a high probability (>50 %) of clear toxic effects of pesticide mixtures on algae, macrophytes, zooplankton, macroinvertebrates, and community metabolism and a low probability (<50 %) of clear effects on fish. (2) Species sensitivity distributions (SSD) showed a moderate to high risk of three herbicides: ametryn, bromacil, diuron and four insecticides: carbaryl, diazinon, ethoprophos, terbufos. (3) The multi-substance potentially affected fraction (msPAF) model showed results consistent with PERPEST: high risk to algae (maximum msPAF: 73 %), aquatic plants (61 %), and arthropods (25 %) and low risk to fish (0.2 %) from pesticide mixtures. The pesticides posing the highest risks according to msPAF and that should be substituted with less toxic substances were the herbicides ametryn, diuron, the insecticides carbaryl, chlorpyrifos, diazinon, ethoprophos, and the fungicide difenoconazole. Ecological risks were highest near the plantations and decreased progressively further downstream. The risk to fish was found to be relatively low in these models, but water samples were not collected during fish kill events and some highly toxic pesticides known to be used were not analyzed for in this study. Further sampling and analysis of water samples is needed to determine toxicity risks to fish during peaks of pesticide mixture concentrations. The msPAF model, which estimates the ecological risks of mixtures based on their toxic modes of action, was found to be the most suitable model to assess toxicity risks to aquatic organisms in the RMD. The PERPEST model was found to be a strong tool for screening risk assessments. The SSD approach is useful in deriving water quality criteria for specific pesticides. This study, through the application of three ERA models, clearly shows that pesticides used in plantations within the RMD watershed are expected to have severe adverse effects on most groups of aquatic organisms and that actions are urgently needed to reduce pesticide pollution in this high biodiversity ecosystem.
Evaluación de efectos tóxicos tempranos tras la exposición de peces (Parachromis dovii) a una mezcla de Clorpirifos y Difenoconazol, a través de la respuesta de una batería de biomarcadores bioquímicos e histopatológicos
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2019) Jiménez Quesada, Katherine María; Mena Torres, Freylan
En Costa Rica, la agricultura es una de las actividades económicas más importantes. El clorpirifos (CPF) y el difenoconazol (DFZ) han sido identificados como plaguicidas ampliamente utilizados en los cultivos de banano y piña en el Caribe del país y se registran constantemente en los ecosistemas acuáticos, lo que representa un riesgo para las especies acuáticas no objetivo. Tradicionalmente se han estudiado los efectos de las sustancias individuales, pero se sabe que, en los ecosistemas, generalmente los organismos se ven expuestos a varias sustancias simultáneamente. Además, se considera relevante la utilización de biomarcadores en los estudios ecotoxicológicos, ya que son herramientas rápidas, sensibles y señales de alerta temprana en los ecosistemas. Por lo tanto, en este trabajo se estudió la toxicidad del insecticida organofosforado clorpirifos y del fungicida triazol difenoconazol en Parachromis dovii para contribuir a la comprensión de su toxicidad potencial. En la primera parte de la investigación, se obtuvieron los CL50 para cada sustancia a partir de pruebas agudas de 96 horas. Luego, se realizó la exposición a concentraciones subletales de ambas sustancias (10% de CL50) individualmente y en mezcla, con el fin de evaluar las respuestas de los biomarcadores. Se midieron las actividades de la etoxiresorufina-O-detilasa (EROD), la catalasa (CAT) y la glutatión-S transferasa (GST), así como la peroxidación de lípidos (LPO) en tejidos hepáticos y branquiales como marcadores de los procesos de biotransformación y estrés oxidativo. Además, se cuantificó en el cerebro y músculo la actividad de la colinesterasa (ChE) como un biomarcador de neurotoxicidad, así como la actividad lactato deshidrogenasa (LDH) en músculo para el estudio de algunos procesos de costo energético. Los CL50 obtenidos fueron 55,34 μg/L (CI del 95%: 51,06 a 59,98) para el clorpirifos y 3250 μg/L (CI del 95%: 2770 a 3810) para el difenoconazol. En cuanto a los biomarcadores, se registró una inhibición significativa de la actividad de la colinesterasa en cerebro y músculo de los peces expuestos a 5,50 μg/L de clorpirifos. No se produjo una inhibición cuando los peces fueron expuestos a la mezcla de clorpirifos con difenoconazol. Por otro lado, se observaron cambios significativos en la actividad de la LDH en peces expuestos a 325 μg/L de difenoconazol, así como, un aumento significativo en la actividad de EROD en el hígado de los peces expuestos a la mezcla. Estos resultados sugieren efectos nocivos del insecticida clorpirifos en concentraciones similares a las que se reportan frecuentemente en el ambiente. Además, hay evidencia de una interacción de ambas sustancias que afecta el metabolismo de la biotransformación a niveles subletales de exposición. En la segunda parte de la investigación, se realizó un ensayo de 14 días de exposición a la mezcla de plaguicidas (5,50 μg/L CPF + 325 μg/L DFZ). Cambios histológicos se evaluaron de forma semicuantitativa y se registraron según la frecuencia de aparición después de cada tratamiento (presencia/ausencia). Las alteraciones branquiales incluyeron hiperemia, infiltraciones celulares, fusiones y acortamiento. La hiperemia y las infiltraciones celulares en los peces expuestos a la mezcla de plaguicidas mostraron cambios significativos con respecto al control. Se observaron lesiones de degeneración lipídica y vacuolar, sugiriendo alteraciones hepáticas, sin embargo, no se observaron cambios significativos con respecto a los controles. Este estudio concluyó que las concentraciones subletales de CPF y DFZ en una exposición subcrónica inducen alteraciones importantes a nivel histológico, principalmente en las branquias, además se sugiere que este tipo de biomarcadores resultan útiles para complementar la evaluación de la exposición y los efectos de la mezcla de plaguicidas en estudio.
Evaluación de estrés fisiológico y variaciones en el microbioma intestinal de lombrices de tierra (Amynthas gracilis) expuestas a suelos hortícolas con diferentes regímenes de aplicación de plaguicidas en Zarcero, Costa Rica.
(Universidad nacional, Costa Rica, 2024) Brenes Bravo, Johnny Gabriel; Mena Torres, Freylan
Se evaluó el estrés fisiológico midiendo biomarcadores de neurotoxicidad (actividad de colinesterasa - ChE), biotransformación (actividades de glutatión S-transferasa - GST y etoxi-resorufina-O-deetilasa - EROD) y estrés oxidativo (actividad de catalasa - CAT y peroxidación lipídica - LPO) en individuos de lombriz de tierra que habitan en los sitios del gradiente de estudio durante las estaciones seca y lluviosa. Además, se realizó una prueba de evitación en la cual un grupo de Aporrectodea gracilis fue introducido a muestras de suelo del gradiente estudiado, y 48 horas después se contó su selección. Para evaluar si la exposición al suelo contaminado con plaguicidas afectaría la composición del microbioma intestinal de la especie estudiada, se llevó a cabo un análisis de las variaciones en la estructura de la comunidad bacteriana, obtenida mediante una asignación taxonómica a partir de la amplificación de la región V4 del gen 16S rRNA del ADN extraído del contenido intestinal de cinco individuos por cada tipo de suelo en temporada seca y lluviosa. Los resultados evidencian que la exposición a estos contaminantes podría afectar a la comunidad de macrofauna del suelo y agotar los servicios que esta proporciona.
Evaluación de las rutas de exposición del manatí Antillano (Trichechus manatus manatus) a residuos de plaguicidas presentes en el ecosistema acuático de la Laguna Madre de Dios, Caribe, Costa Rica
(Universidad Nacional, Costa Rica, 2022) Luna Meneses, Silvia; Ruepert, Clemens
La actividad agrícola tiene una gran relevancia en la economía de Costa Rica, la cual, generalmente, se encuentra asociada a un alto uso de plaguicidas, lo cual puede llevar a la contaminación de cuerpos de agua, como los ecosistemas marino-costeros. Este es el caso del sistema estuarino Laguna Madre de Dios (LMD), ubicado en el Caribe de Costa Rica, el cual recibe continuamente residuos de plaguicidas, provenientes de la actividad agrícola, principalmente de las plantaciones de banano. LMD tiene gran importancia, ya que alberga altos niveles de biodiversidad y productividad biológica, esta es el hábitat de una subpoblación del manatí antillano, mamífero marino herbívoro de gran tamaño, catalogado en peligro de extinción (Ley de Conservación de Vida Silvestre N° 7317). La presencia de residuos de plaguicidas en la laguna, plantea una posible situación de exposición crónica del manatí a estas sustancias y ubica a estos organismos en una posible posición de riesgo, por lo cual es de suma importancia generar mayor información que describa la situación real de esta subpoblación. Por lo tanto, en el presente trabajo se estudió la exposición del manatí a los plaguicidas presentes en la LMD, para contribuir con una mejor comprensión de las rutas y los niveles de exposición a plaguicidas. El estudio tuvo una visión integral; en la primera parte se desarrolló un modelo conceptual para determinar las principales rutas de exposición de los manatíes a los plaguicidas, y se revisaron las evaluaciones realizadas en el pasado, con el fin de determinar la metodología a seguir en la evaluación. Se encontró que la ruta de exposición más relevante es la oral, que incluye la ingestión de alimentos (macrófitas) y agua; además, se concluyó que existe un gran vacío de información ecotoxicológica sobre la relación de los manatís y los plaguicidas, debido a que estos no son sujetos clásicos de investigación, pues sus fuentes de alimentación difieren en gran medida del resto de mamíferos marinos. En la segunda parte de la investigación se evaluó la exposición potencial del manatí a plaguicidas, por medio de un método indirecto. Se determinaron las concentraciones de residuos de plaguicidas en muestras de agua y las macrófitas que conforman la dieta del manatí en la laguna, donde se encontraron hasta 22 y 31 plaguicidas, respectivamente, en su mayoría fungicidas (58%) asociados al cultivo de banano. La especie evaluada con mayor concentración de plaguicidas fue Eichornia crassipes, y se encontraron mayormente en raíces (47,6%), seguido de hojas (30,6%) y tallos (24,0%). Se estimó la Dosis Diaria Promedio, la cual fue mayor por ingesta de alimento que por ingesta de agua. Los plaguicidas a los que está más expuesto el manatí son imazalil, fenpropimorf, diuron y azoxystrobina. Los resultados revelaron que una población de manatíes en un entorno como la Laguna de Madre de Dios podría estar expuesta de manera crónica a plaguicidas.
Fish cell lines as tools for ecotoxicological applications and replacement of whole-organism models. Is it necessary to develop lines from Neo-tropical species?
(2024) Mena, Freylan.; Forzán, María J; Doherty, Alison; Blanco-Peña, Kinndle
Cell cultures are adequate models to replace whole-animal assays in ecotoxicology and accomplish 3R and Onehealth objectives. The access to culture techniques should promote the development of cell lines representative of local ecosystems, especially considering the species-specific sensitivity that transcend in vivo models. Ecotoxicology laboratories should undertake the effort of developing and applying cellular models, especially the more complex 3D models, to improve their assessment methods.
Identification of anthropogenic impact on natural habitats by antimicrobial resistance quantification in two neotropical wild cats and their geospatial analysis
(BioOne COMPLETE, 2023) Angulo, Ana Sofía.; Fajardo, Fernando Esperón; Salom-Pérez, Roberto; Carazo Salazar, Javier; Taylor, Francisco; Pilé, Edwin; Quesada-Alvarado, Francisco; Blanco- Peña, Kinndle
Human activities such as habitat degradation and fragmentation threaten biodiversity in Neotropical areas. This work proposes an analytical methodology to identify natural areas in Central America with anthropogenic impact, analyzing the presence of antimicrobial resistance genes (ARGs) in accordance with their theoretical relationship with human-related activities. Sixteen ARGs were quantified in feces of different individuals of 13 jaguars (Panthera onca) and 13 pumas (Puma concolor) in three conservation areas in Costa Rica by real-time PCR. At least one ARG was detected in all samples. Of the ARGs encoding tetracycline resistance, the most frequent were tetQ and tetY (85% and 69%, respectively). The sulfonamides (sulI and sulII; 69% each), phenicols (catI and catII; 19% and 54%, respectively), and quinolones (qnrS; 12%) were also detected. The presence of human settlements, livestock farms (pigs, cattle, and poultry), roads, human health centers, flood zones, and rivers were identified within each area to generate an index of human activity. We found no difference between the presence of ARG by roads, agricultural activities, and human settlements (P.0.05). However, tetW showed higher percentages with porcine and bovine farms; both tetY and tetW were more frequent in jaguars than in pumas. Of concern is that many of the most contaminated samples were taken from national parks, such as Braulio Carrillo and Tortuguero, where animals should not have direct contact with humans.

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