Modeling the dispersion of endocrine disruptors in the Santos Estuarine System (Sao Paulo State, Brazil)

Estrogens are hormones responsible for growth and reproduction. They are naturally synthesized by animals and humans alike. Xenoestrogens are identical to natural hormones, but they are man-made and used as oral contraceptives. Xenoestrogens are a specific group of drugs found in domestic wastewater and some environmental matrices. These compounds remain after conventional sewage treatment and, consequently, affect both the environment and non-target aquatic organisms. In this study, we used the Delft3D hydrodynamic model to estimate the amount of both natural and synthetic estrogens that have been released in the Estuarine System of Santos and São Vicente and the Santos Bay. The data on flow from the sewage treatment plants and on average concentrations of natural and synthetic estrogens released in aquatic environments were obtained from the literature. The results of the modeling showed higher concentrations of estrogens in the estuarine waters of the Largo Pompeba region, the São Vicente Canal, and the Santos Bay, which are regions that receive greater inflows of domestic sewage. The results also suggest that higher concentrations of estrogenic compounds are expected to be found in areas with higher levels of salinity.Estrogênios são hormônios responsáveis pelo crescimento e reprodução, sendo naturalmente sintetizados por animais e seres humanos. Os xenoestrogênios são hormônios idênticos aos naturais, porém fabricados pelo homem e utilizados como contraceptivos orais. Xenoestrogênios formam um grupo específico de fármacos encontrados em efluentes domésticos e em algumas matrizes ambientais. Estes compostos persistem nos tratamentos convencionais de esgotos e, consequentemente, atingem os ambientes e os organismos aquáticos não alvos. Neste trabalho, foi estimada a dispersão de estrogênios naturais e sintéticos quando estes são possivelmente lançados no Sistema Estuarino de Santos e São Vicente e Baía de Santos, utilizando o modelo hidrodinâmico Delft3D. Os dados das vazões de estações de tratamento de esgotos e de concentrações médias de estrogênios naturais e sintéticos lançadas nos ambientes aquáticos foram obtidos da literatura. Os resultados mostraram concentrações mais elevadas de estrogênios nas águas estuarinas da região do Largo da Pompeba, Canal de São Vicente, e na Baía de Santos, sendo estas as regiões que recebem maior aporte de esgotos domésticos. Os resultados da modelagem sugerem ainda que maiores concentrações dos compostos estrogênicos são esperadas nos locais com níveis mais elevados de salinidade

Preliminary Assessment of Plastic Litter and Microplastic Contamination in Freshwater Depositional Areas: The Case Study of Puerto Misahualli, Ecuadorian Amazonia

We quantify plastic litter (PL, > 2 cm) and microplastics (MP, < 5 mm) from the sediments of a beach formed at a riverine depositional area, at the upper Amazon River basin, Ecuador. In the collection area (4400 m2), the PL density was 0.045 items m−2, where low-density polyethylene bags were the prevalent PL. The beach was classified as “very clean” (Clean Coast Index (CCI) of 1.3 items m−2). Regarding MP, in 55 sampling stations, average MP concentrations ranged from 0 to 2200 items kg−1 of dry sediment (0.5–2 mm), and 0–4200 items kg−1 of dry sediment (2–5 mm). Blue fibers were the prevalent MP. Our results represent the first report to show the ubiquitous presence of PL and MP for the area. The monitoring and management of plastic disposal in freshwater beaches are necessary, as here we report a small part of an undocumented issue

Modeling the dispersion of endocrine disruptors in the Santos Estuarine System (Sao Paulo State, Brazil)

Abstract Estrogens are hormones responsible for growth and reproduction. They are naturally synthesized by animals and humans alike. Xenoestrogens are identical to natural hormones, but they are man-made and used as oral contraceptives. Xenoestrogens are a specific group of drugs found in domestic wastewater and some environmental matrices. These compounds remain after conventional sewage treatment and, consequently, affect both the environment and non-target aquatic organisms. In this study, we used the Delft3D hydrodynamic model to estimate the amount of both natural and synthetic estrogens that have been released in the Estuarine System of Santos and São Vicente and the Santos Bay. The data on flow from the sewage treatment plants and on average concentrations of natural and synthetic estrogens released in aquatic environments were obtained from the literature. The results of the modeling showed higher concentrations of estrogens in the estuarine waters of the Largo Pompeba region, the São Vicente Canal, and the Santos Bay, which are regions that receive greater inflows of domestic sewage. The results also suggest that higher concentrations of estrogenic compounds are expected to be found in areas with higher levels of salinity

Characterization of microplastics in marine and estuarine samples

Microplásticos são partículas plásticas com tamanho < 5 mm e são considerados contaminantes emergentes globais devido a sua presença generalizada em diversos compartimentos ambientais, inclusive ecossistemas aquáticos, e ao risco associado a sua ingestão. São classificados em microplásticos primários, referentes aos pellets e microesferas; microplásticos secundários, cujas partículas são provenientes da fragmentação de resíduos plásticos descartados incorretamente e de lavagens de roupas sintéticas. Microplásticos possuem propriedades de sorção, podendo adsorver contaminantes presentes no ambiente e transferi-los à cadeia trófica pela ingestão e lixiviação dos contaminantes e aditivos plásticos, afetando a saúde da biota e humana. O presente trabalho investigou a presença, e as características de microplásticos encontrados em diferentes amostras de ambientes costeiros marinhos e estuarinos, dividindo em três estudos com diferentes matrizes: pellets (1), sedimentos estuarinos (2) e organismos marinhos de importância comercial (3). Para cada matriz foram aplicados objetivos específicos e metodologias diferentes. Pellets foram coletados em duas regiões costeiras, praia e mangue, ambas com diferentes históricos de contaminação. O objetivo foi avaliar a possível origem da contaminação e a relação dos metais e elementos traço associados aos pellets encontrados. Amostras de sedimento foram coletadas em um sistema estuarino e peneiradas em malhas granulométricas: 2, 1, 0,5 e 0,25 mm para estimativa da abundância e distribuição de microplásticos. Mexilhões de duas espécies obtidos em mercados de países diferentes foram avaliados quanto à presença de microplásticos em uma porção para consumo humano (~1kg). Os microplásticos extraídos das amostras nos três estudos foram caracterizados quanto ao tipo polimérico, quantificados e categorizados em fragmentos e fibras/linhas. Os resultados apresentaram níveis de metais e elementos traço (As, Ba, Br, Ca, Cl, Co, Cr, Fe, K, La, Mn, Na, Sb, Sc e Zn) relativamente mais elevados em pellets de região de praia (6,3 a 2.537 ng g-1 e 1,2 a 682,5 &mu;g g-1), considerada livre de atividades antrópicas em comparação aos pellets de mangue altamente impactado (2,2 a 2.132 ng g-1 e 0,5 a 339,5 &mu;g g-1). A provável origem dos pellets pode estar associada à região portuária e os elevados níveis de elementos traço à sorção de contaminantes durante o trajeto percorrido até seu encalhe. Quanto aos sedimentos estuarinos, a abundância estimada variou de 6.150 a 93.050 microplásticos kg-1 e foi inversamente proporcional ao tamanho das malhas granulométricas. Sua distribuição foi maior nos pontos com presença de favelas de palafitas, sendo as prováveis fontes de microplásticos no sistema estuarino estudado. Os organismos analisados M. galloprovincialis e P. perna tiveram frequência relativa de microplásticos em 69,1% e 100%, respectivamente. A ingestão destes organismos equivale a 153 e 760 microplásticos em uma refeição (~1 kg), respectivamente. Nos três estudos realizados, a proporção entre fragmentos e linhas/fibras foi semelhante e o tipo polimérico polietileno foi predominante nas amostras de microplásticos analisadas, estas cujos níveis de desagaste e oxidação foram bastante elevados. O presente estudo verificou ocorrência generalizada de microplásticos nas amostras analisadas, apresentando potenciais riscos e impactos ao ambiente e à saúde humana. Além disso, dados inéditos sobre composição, características e distribuição de microplásticos foram apresentados neste trabalho, podendo ser utilizados para futuros projetos e programas de avaliação e monitoramento ambiental e segurança alimentar.Microplastics are microbeads that are 5 mm in diameter or smaller. They are considered emerging contaminants because of their ubiquity in a variety of environmental compartments, including in aquatic ecosystems, and because of the risk associated with their ingestion. Microplastics are classified as primary microplastics (which include pellets and microspheres) and secondary plastics (the particles of which come from the fragmentation of incorrectly discarded plastic waste and the washing of synthetic clothing). Microplastics exhibit sorption properties in that they may absorb contaminants in the environment and transfer them along the food chain through the ingestion and leaching of said contaminants and plastic additives, ultimately harming both human health and the health of the local biota. This study determined the presence and characteristics of microplastics found in different costal samples from marine and estuarine environments. The environmental matrices studied were coastal regions, estuarine sediment, and marine organisms of commercial importance. Specific objectives and methods were applied to each matrix. Pellets were collected from two coastal regions (a beach and a swamp) with different contamination histories. The objective was to determine the possible origin of contamination and the relationship between the trace elements/metals and the pellets found. Sediment samples were collected from an estuarine system and filtered through 2, 1, 0.5, and 0.25 mm mesh sieves in order to estimate microplastic abundance and distribution. The organism portion of the study considered two mussel species obtained from markets in different countries in order to analyze the occurrence and quantity of microplastics in samples meant for human consumption. The polymers present in the microplastics extracted from the three matrices were determined, and the microplastics were then counted and separated into fibers/threads or fragments. Relatively high levels of trace elements (As, Ba, Br, Ca, Cl, Co, Cr, Fe, K, La, Mn, Na, Sb, Sc, and Zn) were found in the pellets from the beach (6.3 - 2,537 ng g-1 and 1.2 - 682.5 &mu;g g-1) when compared to the pellets from the swamp (2.2 - 2.132 ng g-1 and 0.5 - 339.5 &mu;g g-1). This finding was surprising, given the beach\'s lack of human activity and the high human impact on the swamp. The likely origin of the pellets is the nearby port, and the high levels of trace elements are likely the result of contaminant adsorption during their trajectory to the coastline. The estimated microplastic abundance in the estuarine sediment samples ranged from 6,150 to 93,050 microplastics kg-1 and was inversely proportional to mesh aperture size. Distribution was wider at the sampling points near slum and stilt house communities, which are the likely sources of microplastics in the estuarine system studied. The organisms analyzed (M. galloprovincialis and P. perna) were found to exhibit high relative frequencies of microplastics (69.1% and 100%, respectively). Human ingestion of these organisms would result in a respective ingestion of 153 and 760 microplastics in an approximately 1 kg meal. The ratios between fragments and fibers/threads were similar across the three matrices studied, and polyethylene was found to be the predominant polymer type in the microplastic samples, which exhibited high levels of wear and oxidation. This study verified the ubiquity of microplastics in the matrices evaluated and found microplastics to be present at levels that create potential risks for humans and the environment. The data on the composition, characteristics, and distribution of microplastics presented herein may be used in future research or environmental monitoring and food safety assessment programs

Ecotoxicological comparison of active ingredients of repellents for aquatic invertebrates irradiated and non-irradiated with gamma radiation

Nas últimas décadas, a introdução de produtos de uso diário nos ambientes aquáticos tem sido uma das questões mais discutidas no que se refere ao monitoramento ambiental. Estes produtos não são totalmente removidos pelos processos convencionais de estações de tratamento de esgoto e de água e são continuamente inseridos no ambiente aquático. O Dietiltoluamida, um princípio ativo de repelente de insetos bastante utilizado mundialmente, é um composto ambientalmente persistente e sua toxicidade para alguns organismos aquáticos tem sido comprovada. Em substituição aos produtos sintéticos, a população tem optado em utilizar produtos naturais, sendo cada vez mais comum o uso de repelentes com óleos essenciais de gramíneas. O óleo essencial de capim-limão é um dos mais utilizados nas formulações de cosméticos e de cuidados pessoais. Entretanto, nenhum estudo tem comprovado a sua toxicidade para a biota aquática. Além dos poluentes químicos, os organismos aquáticos podem estar sujeitos à exposição da radiação ionizante proveniente de fontes naturais (background radiation) ou nas proximidades de instalações de usinas nucleares. O presente estudo avaliou a reprodução de invertebrados aquáticos C. silvestrii após a exposição à radiação gama e posteriormente submetidos aos princípios ativos de repelente sintético e natural. Para isso, avaliou-se a citotoxicidade in vitro bem como a ecotoxicidade aguda e crônica dos princípios ativos e o efeito da radiação gama para D. similis e C. silvestrii. Os ensaios com radiação gama foram realizados sob as mesmas condições dos testes de ecotoxicidade, utilizando o irradiador Gamma-Cell com fonte de Co60. De acordo com os resultados obtidos, o óleo essencial apresentou efeito citotóxico igual a 50 mg.L-1 enquanto para o dietiltoluamida, foi de 420 mg.L-1. O efeito tóxico agudo na sobrevivência (CE50) foi encontrado na concentração de 7,2 mg.L-1 e 3,8 mg.L-1 de óleo essencial para D. similis e C. silvestrii, respectivamente. Concentrações de 64,9 e 53,9 mg.L-1 de dietiltoluamida apresentaram efeito agudo na sobrevivência de D. similis e C. silvestrii, respectivamente. 3,4 mg.L-1 foi estabelecida como a concentração de inibição (CI25) de óleo essencial para o dietiltoluamida correspondeu a 16,4 mg.L- 1, ambos para C. silvestrii. As doses letais de radiação gama que causaram efeito agudo na sobrevivência (DL50) foram de 242 Gy para D. similis e 525 Gy para C. silvestrii. A reprodução de C. silvestrii apresentou redução de 25% na dose de 29 Gy. Depois de determinar a ecotoxicidade dos princípios ativos e o efeito da radiação gama, os organismos foram irradiados com dose de 25 Gy, sendo a maior dose que não causou efeito na reprodução de C. silvestrii, e posteriormente foram expostos às mesmas concentrações utilizadas para os princípios ativos. Os resultados mostraram que a reprodução de C. silvestrii não foi afetada significativamente após a irradiação dos organismos testados quando comparada com os organismos não irradiados.Over the last decades, the introduction of personal care products in aquatic environments has been one of the most discussed issues regarding environmental monitoring. These products are not completely removed by conventional sewage and water treatment processes and are continuously inserted into the aquatic environment. Diethyltoluamide an active ingredient in insect repellents widely used worldwide is an environmentally persistent compound and its toxicity to some aquatic organisms has been proven. In order to replace synthetic products, people have opted to use natural products which made more common the use of repellents with essential oils of grasses. The essential oil of lemongrass is one of the most used in the formulations of cosmetics and personal care. However, no study has proven its toxicity to aquatic biota. In addition to chemical pollutants, aquatic organisms may be subject to exposure of ionizing radiation from natural sources (background radiation) or near nuclear installations. The present study evaluated the reproduction of aquatic invertebrates C. silvestrii after exposure to gamma radiation and further submitted to synthetic and natural repellents. On this account, we evaluated the in vitro cytotoxicity as well as acute and chronic ecotoxicity of the diethyltoluamide and lemongrass oil, as well as the effect of gamma radiation over D. similis and C. silvestrii. Irradiation experiments were carried out under the same conditions as performed for ecotoxicity assays, using a Gamma-Cell irradiator with a Co60 source. According to the results, the essential oil presented a cytotoxic effect at concentrations of 50 mg.L-1 whereas diethyltoluamide at 420 mg.L-1. The acute toxic effect on survival (EC50) was found at concentrations of 7.2 mg.L-1 for essential oil to and 3.8 mg.L-1 for D. similis and C. silvestrii respectively. Concentrations of 64.9 and 53.9 mg.L-1 of diethyltoluamide showed acute effect on survival of D. similis and C. silvestrii, respectively. 3.4 mg.L-1 of essential oil was established as the inhibition concentration (IC25) while for diethyltoluamide such value corresponded to 16.4 mg.L-1, both over C. silvestrii. The lethal doses induced by gamma radiation revealed an acute effect on survival (LD50) at 242 Gy for D. similis and 525 Gy for C. silvestrii. The reproduction C. silvestrii decreased by 25% at a dose of 29 Gy. After determining the ecotoxicity of the active ingredients and the effect of gamma irradiation, the organisms were irradiated at 25 Gy, which corresponded to the higher dose which caused no effect over the reproduction C. silvestrii and were subsequently exposed to the same concentrations used for the active ingredients. The results showed that reproduction C. silvestrii was not significantly affected after irradiation of the assayed organisms when compared to non-irradiated organisms

Identification of genes and promoters related to drought stress in sugarcane and the generation of transgenic plants

A cana-de-açúcar possui uma característica única entre as plantas de interesse econômico mundial: a capacidade de acumular altos níveis de sacarose no colmo. No Brasil, em virtude do aumento da demanda interna e mundial por fontes energéticas renováveis, é nítida a expansão da cultura canavieira para regiões menos propícias para cultivo, como as regiões secas do centro-oeste brasileiro. O déficit hídrico é um dos principais agentes que afetam o desenvolvimento das plantas e a obtenção de variedades melhor adaptadas é fundamental para a sustentabilidade e expansão da agroindústria canavieira. Neste sentido, genes regulados por seca são alvos importantes para a obtenção de plantas transgênicas mais tolerantes ao estresse. Como a expressão constitutiva do transgene pode causar efeitos indesejáveis nas plantas transgênicas, também é necessária a identificação de promotores induzíveis pelo estímulo ambiental. O objetivo deste trabalho é a identificação de genes e sequências promotoras reguladas pela seca em cana-de-açúcar que, além de contribuir com o entendimento dos mecanismos envolvidos na tolerância ao estresse, podem ser utilizados como alvos para obtenção de plantas transgênicas mais resistentes. Para a identificação de genes diferencialmente regulados por seca, utilizamos diferentes plataformas de microarranjo: SUCAST (com 1.830 genes relacionados à transdução de sinal), SUCAMET (com 4.594 genes relacionados a metabolismo) e CaneRegNet (com sondas para a identificação de transcritos senso e antisenso que correspondem a 14.522 genes únicos). Nestas plataformas, analisamos a expressão dos genes de quatro variedades de cana-de-açúcar, duas tolerantes e duas sensíveis à seca, submetidas a 24, 72 e 120 h de déficit hídrico. Dos genes diferencialmente expressos (alguns identificados como transcritos pelas fitas senso e/ou antisenso), 53 foram selecionados para validação por PCR em tempo real. As regiões promotoras de quatro dos genes selecionados foram identificadas por meio das técnicas de andamento cromossômico, de seleção e sequenciamento de cromossomos artificiais de bactéria contendo DNA de cana-de-açúcar e de análise de contigs obtidos por Whole Genome Shotgun. Sete sequências promotoras foram selecionadas e clonadas em um vetor contendo o gene repórter gus. As atividades promotoras destas sequências foram testadas e verificadas em transformações transientes de calos embriogênicos de cana-deaçúcar. Para obtenção de plantas de cana-de-açúcar transgênicas, selecionamos o gene induzido por seca que codifica uma PP2C. Através da transformação de calos embriogênicos de cana-de- açúcar com vetor de silenciamento de pp2c, obtivemos algumas plantas com expressão de pp2c reduzida. O transcriptoma das plantas transgênicas foi avaliado. Em comparação com plantas controles e em condições normais de irrigação, identificamos 352 transcritos com expressão alterada. As plantas transgênicas com pp2c silenciado e plantas controles também foram estudadas num experimento de supressão de rega. Os dados fisiológicos e as observações morfológicas demonstraram que um dos eventos transgênicos apresentou tolerância à seca. A comparação do transcriptoma das plantas irrigadas contra as submetidas à seca e da planta tolerante contra não tolerantes ao estresse mostrou que diversos genes estavam diferencialmente regulados, inclusive aqueles envolvidos na sinalização por ABA, via no qual o gene pp2c atua.Sugarcane has a unique characteristic among crop plants in the world: the ability to accumulate high levels of sucrose in its stems. In Brazil, due to the local and global increasing demand for renewable energy sources, it is notable the expansion of sugarcane cultivation to areas less favorable for cultivation, such as the dry regions of central-western Brazil. Water deficit is one of the main agents that affect plant development. The production of better varieties is critical to the sustainability and expansion of the sugarcane industry. In this way, genes regulated by drought are important targets for obtaining transgenic plants tolerant to stress. Since transgene constitutive expression may cause unwanted effects in transgenic plants, it is also important to identify of stress inducible promoters. The goal of this work is the identification of genes and promoters regulated by drought in sugarcane that, in addition to contributing to the understanding of the mechanisms involved in stress tolerance, can be used as targets for the production of transgenic plants more resistant to water stress. For the identification of genes differentially expressed in response to drought, we have used different microarray platforms: SUCAST (contains 1,830 genes related to signal transduction), SUCAMET (contains 4,594 genes related to metabolism) and CaneRegNet (contains probes for the identification of sense and antisense transcripts that correspond to 14,522 unique genes). In these platforms we analysed gene expression of four different sugarcane varieties, two tolerant and two sensitive to drought, after 24, 72 and 120 h of water deficit. From the genes differentially expressed (some transcribed by the sense and/or antisense strand), 53 were selected for qPCR validation. Promoter regions of four genes were identified by Chromosome Walking, selection and sequencing of BACs and the analyses of Whole Genome Sequencing contigs. Seven promoter sequences were selected and cloned into a vector containing the gus reporter gene. Promoter activity was tested and verified through the transient transformation of sugarcane embryogenic calli. For sugarcane transgenics production we selected the drought-induced pp2c gene. Through the transformation of sugarcane embryonic calli with a vector for pp2c silencing we obtained transformed plants with pp2c gene expression reduced. The transcriptome of transgenic plants was analysed. In comparison with control plants and in irrigated conditions, we identified 352 differentially expressed transcripts. Transgenic plants with silenced pp2c and control plants were studied in a pilot drought experiment. Physiological data and morphological observations indicated that one of the transgenic events presented tolerance to drought. The comparison between irrigated and drought plants and between tolerant and no tolerant showed that a large number of genes was differentially regulated including genes related to the ABA signaling, pathway in which pp2c acts