Biotransformation and oxidative stress responses in fish (Astyanax aeneus) inhabiting a Caribbean estuary contaminated with pesticide residues from agricultural runoff

Abstract

The estuarine ecosystem of Madre de Dios Lagoon (MDL), in the Caribbean Coast of Costa Rica, is exposed to contamination with pesticide residues coming from the upstream agricultural areas. Biomarkers can provide a better indication of the fitness of biota in real mixture exposure scenarios than traditional lethal dose toxicity measurements. Here, we measured biomarkers of biotransformation, oxidative stress, and neurotoxicity on Astyanax aeneus, an abundant fish species in MDL. Glutathione S-transferase activity (GST), catalase activity (CAT), lipid peroxidation (LPO), and cholinesterase activity (ChE) were measured in fish collected during seven sampling campaigns, carried out between 2016 and 2018. Pesticide residues were analyzed in surface water samples collected every time fish were sampled. Residues of 25 pesticides, including fungicides, insecticides, and herbicides, were detected. The biomarkers measured in A. aeneus varied along the sampling moments, with biotransformation and oxidative stress signals showing a coupled response throughout the assessment. Furthermore, significant correlations were established between three biomarkers (GST, LPO, and CAT) and individual pesticides, as well as between GST and LPO with groups of pesticides with shared biocide action. Among pesticides, insecticide residues had a major influence on the responses observed in fish. This work demonstrates the chronic exposure to pesticide residues in MDL and how such exposure is related to physiological responses in fish that can affect their health and potentially, the trophic networks. This early warning information should be considered to improve the protection of estuarine ecosystems in the tropics.

El ecosistema estuarino de la Laguna Madre de Dios (MDL), en la Costa Caribe de Costa Rica, está expuesto a la contaminación con residuos de pesticidas procedentes de las zonas agrícolas situadas aguas arriba. Los biomarcadores pueden proporcionar una mejor indicación de la aptitud de la biota en escenarios reales de exposición a mezclas que las mediciones tradicionales de toxicidad de dosis letales. Aquí medimos biomarcadores de biotransformación, estrés oxidativo y neurotoxicidad en Astyanax aeneus, una especie de pez abundante en MDL. Actividad glutatión S-transferasa (GST), actividad catalasa (CAT), peroxidación lipídica (LPO) y actividad colinesterasa (ChE) se midieron en peces recolectados durante siete campañas de muestreo, realizadas entre 2016 y 2018. Residuos de pesticidas se analizaron en muestras de agua superficial recolectadas cada vez que se tomaron muestras de peces. Residuos de 25 pesticidas, incluidos fungicidas, Se detectaron insecticidas y herbicidas. Los biomarcadores medidos en A. aeneus variaron a lo largo de los momentos de muestreo, con señales de biotransformación y estrés oxidativo que muestran una respuesta acoplada a lo largo de la evaluación. Además, Se establecieron correlaciones significativas entre tres biomarcadores (GST, LPO y CAT) y pesticidas individuales, así como como entre GST y LPO con grupos de plaguicidas con acción biocida compartida. Entre los plaguicidas, los residuos de insecticidas habían una influencia importante en las respuestas observadas en los peces. Este trabajo demuestra la exposición crónica a residuos de pesticidas en MDL y cómo dicha exposición se relaciona con respuestas fisiológicas en los peces que pueden afectar su salud y, potencialmente, la redes tróficas. Esta información de alerta temprana debe considerarse para mejorar la protección de los ecosistemas estuarinos. en los trópicos.