Ecotoxicological evaluation of aquaculture and agriculture sediments with biochemical biomarkers and bioassays: antimicrobial potential exposure

Abstract

Inappropriate practices and lack of regulations regarding antimicrobial use in agricultural production of developing countries increase the risk of exposure to aquatic ecosystems. Sediments may act as sink of antimicrobial compounds and can provide a historical record of Pollution. In the present study, toxic potential of sediments receiving effluents from a fish farm (TIL1), rice farm (AZ) and swine farm (RD2) and from a reference natural wetland (PV) in a tropical dry region was evaluated. According to local surveys of antimicrobials and national product registries, sites were classified from highest to lowest potential exposure as following: RD 2>lTIL1 >AZ>PV. Both, whole sediment and interstitial water tests, showed a high toxicity of pig farm sediments to the behavior of Anodontites luteola and the survival of Daphnia magna (EC 50-48hrs: 2.4-11.8 %) (ANOVA, p<0.05). Integrated responses from Cholinesterase activity (ChE), Gluthathion-S-transferase (GST) and Lipoperoxidation (LPO) measured in A. luteola tissue pointed at the pig and rice farms as sites influenced by activities with an intensive use of xenobiotic substances. The assessment of toxicity pointed at the need of more research on sub-lethal effects of antimicrobials on aquatic invertebrates. With this purpose, we analyzed biomarker response of A. luteola to oxytetracycline and found a decrease of ChE andGSTin concentrations of 100 μg l-1.

Las prácticas inapropiadas y la falta de regulaciones sobre el uso de antimicrobianos en la producción agrícola de los países en desarrollo aumentan el riesgo de exposición a los ecosistemas acuáticos. Los sedimentos pueden actuar como sumideros de compuestos antimicrobianos y pueden proporcionar un registro histórico de contaminación. En el presente estudio, se evaluó el potencial tóxico de los sedimentos que reciben efluentes de una piscifactoría (TIL1), una granja de arroz (AZ) y una granja de cerdos (RD2) y de un humedal natural de referencia (PV) en una región tropical seca. Según las encuestas locales de antimicrobianos y los registros nacionales de productos, los sitios se clasificaron de mayor a menor exposición potencial de la siguiente manera: RD 2> lTIL1> AZ> PV. Tanto los análisis de sedimentos completos como de agua intersticial mostraron una alta toxicidad de los sedimentos de las granjas de cerdos para el comportamiento de Anodontites luteola y la supervivencia de Daphnia magna (EC 50-48h: 2.4-11.8%) (ANOVA, p <0.05). Las respuestas integradas de la actividad colinesterasa (ChE), glutatión-S-transferasa (GST) y lipoperoxidación (LPO) medidas en el tejido de A. luteola señalaron a las granjas de cerdos y arroz como sitios influenciados por actividades con un uso intensivo de sustancias xenobióticas. La evaluación de la toxicidad señaló la necesidad de más investigación sobre los efectos subletales de los antimicrobianos en los invertebrados acuáticos. Con este propósito, analizamos la respuesta de biomarcadores de A. luteola a la oxitetraciclina y encontramos una disminución de las concentraciones de ChE y GSTin de 100 μg l-1.

Práticas inadequadas e falta de regulamentação sobre o uso de antimicrobianos na produção agrícola de países em desenvolvimento aumentam o risco de exposição aos ecossistemas aquáticos. Os sedimentos podem atuar como sumidouros de compostos antimicrobianos e podem fornecer um registro histórico da poluição. No presente estudo, avaliou-se o potencial tóxico de sedimentos que recebem efluentes de uma piscicultura (TIL1), arrozal (AZ) e suinocultura (RD2) e de uma área úmida natural de referência (PV) em uma região tropical seca. De acordo com pesquisas locais de antimicrobianos e registros nacionais de produtos, os locais foram classificados da exposição potencial mais alta para a mais baixa conforme a seguir: RD 2> lTIL1> AZ> PV. Ambos os testes, sedimento total e água intersticial, mostraram uma alta toxicidade dos sedimentos da suinocultura para o comportamento de Anodontites luteola e a sobrevivência de Daphnia magna (EC 50-48hrs: 2,4-11,8%) (ANOVA, p <0,05). Respostas integradas da atividade da Colinesterase (ChE), Gluthathion-S-transferase (GST) e Lipoperoxidação (LPO) medidas no tecido de A. luteola apontaram nas fazendas de suínos e arrozais como locais influenciados por atividades com uso intensivo de substâncias xenobióticas. A avaliação da toxicidade apontou para a necessidade de mais pesquisas sobre os efeitos subletais de antimicrobianos em invertebrados aquáticos. Com esse propósito, analisamos a resposta do biomarcador de A. luteola à oxitetraciclina e encontramos uma diminuição nas concentrações de ChE e GSTina de 100 μg l-1.