Efeitos do herbicida a base de glifosato sobre o encéfalo de peixe-zebra (Danio rerio)

Abstract

Glifosato (N-fosfonometil-glicina) (GLI) é o ingrediente ativo dos herbicidas mais utilizados em todo o mundo. O GLI é aplicado em produtos formulados, denominados herbicidas a base de glifosato (HBG) e tais formulações podem causar efeitos não previstos nos ensaios de toxicidade com o GLI puro. O GLI pertence ao grupo químico dos organofosforados, sendo estes, de uma maneira geral, reconhecidos pela indução de efeitos neurotóxicos. No entanto, apesar dos casos relatados de efeitos neurotóxicos em humanos após a exposição aguda às formulações, este princípio ativo é classificado como não neurotóxico pelas agências reguladoras. Considerando que não há consenso na literatura científica nacional e internacional em relação aos efeitos neurotóxicos dos HBG, o objetivo deste estudo foi investigar a toxicidade de um HBG sobre a integridade funcional das mitocôndrias e do DNA no encéfalo de peixe-zebra Danio rerio. Para isso, realizamos o teste in vitro para avaliação da toxicidade do GLI puro e do HBG no encéfalo; o teste de toxicidade aguda para a determinação da concentração letal média em 96 h (CL50,96 h) do HBG; e testes in vivo após a exposição a diferentes concentrações de HBG (0,065; 1,0 e 10,0 mg GLI/L) por 7 e 15 dias. Nossos resultados mostraram que (i) o HBG foi mais tóxico do que o GLI puro no encéfalo de peixe-zebra; que causou uma desregulação mitocondrial caracterizada pela (ii) diminuição da viabilidade celular, (iii) inibição da atividade enzimática dos complexos mitocondriais, (iv) alterações da expressão de genes relacionados aos complexos mitocondriais, (v) hiperpolarização da membrana mitocondrial, associados ao (vi) aumento da produção de espécies reativas. Alterações no consumo de oxigênio mitocondrial não foram encontradas, assim como não foram evidenciadas alterações na integridade do DNA e morte celular no encéfalo de peixe-zebra induzidas pelo HBG. As alterações mitocondriais encontradas foram reconhecidas como uma resposta celular relevante e, com suporte do conjunto de resultados obtidos neste trabalho, consideramos que o HBG induz toxicidade no encéfalo em peixe-zebra. Além disso, este estudo apontou a mitocôndria como um alvo importante da toxicidade do HBG no encéfalo.

Abstract : Glyphosate (N-phosphonomethyl-glycine) (GLY) is the active ingredient of the most widely used herbicides in the worldwide. GLY is applied in formulated products, named glyphosate-based herbicide (GBH) and such formulations could cause effects, which are not predicted in the toxicity assays with pure GLY. This herbicide is classified as an organophosphorus compounds that has been recognized by inducing neurotoxic effects. Although this compound is classified as non-neurotoxic by national and international regulatory agencies, acute exposure to GBH causes neurological symptoms in humans. However, there is no consensus in the scientific literature in relation to neurotoxic effects of GBH. Thus, the aim of this study was to investigate the neurotoxic effects of the GBH in zebrafish Danio rerio, focusing on the acute toxicity, activity and transcript level of mitochondrial complexes, mitochondrial membrane potential, reactive species formation, mitochondrial respiration and apoptosis. The acute toxicity test for GBH was performed in 96 h with adults zebrafish; for in vivo assay the fish were exposed to GBH (0.065, 1.0 and 10.0 mg GLY/L) for 7 and 15 days; and for in vitro assay for cell viability was performed using also pure GLY. Our results showed that (i) GBH is more toxic than pure GLY in the zebrafish brain; that GBH caused mitochondrial dysregulation characterized by (ii) decreased in cell viability, (iii) inhibition of mitochondrial complex enzyme activity, (iv) modulation of the expression of genes related to mitochondrial complexes, (v) hyperpolarization of the mitochondrial membrane, associated with (vi) increased production of reactive species. Changes in mitochondrial oxygen consumption were not found, as no changes in DNA integrity and cell death in zebrafish brain induced by GBH were detected. The mitochondrial alterations found were recognized as a relevant cellular response and, based on the set of results obtained in this study, we consider that GBH induces neurotoxicity in zebrafish. In addition, this study pointed to mitochondria as an important target for GBH toxicity in the brain.