Bases conceituais e ferramentas analíticas à determinação do impacto do estrógeno 17a-etinilestradiol no metaboloma da alga Ulva lactuca (Chlorophyta)

Abstract

O estrógeno 17a-Etinilestradiol (EE2) configura um importante poluente em ambientes aquáticos por promover a disrupção endócrina em diversos organismos e também no homem. Eliminado via fezes ou urina por mulheres que fazem uso de contraceptivos orais, o composto tem sido comumente reportado em rios, águas superficiais, lagoas, estuários e baías em áreas urbanas, alcançando inclusive ambientes costeiros protegidos, como observado neste estudo por meio de análises imuno-enzimáticas (ELISA). Dados sobre a presença de EE2 em ambientes costeiros e marinhos ainda são escassos na literatura e foram aqui abordados. Em amostras de água marinha (praias de Canasvieiras e Ingleses) EE2 foi ausente ou abaixo do limite de detecção (LOD), no entanto, na foz do Rio Capivari (praia dos Ingleses) foram encontradas concentrações maiores às concentrações de não efeito (PNECs) propostas para peixes e outros organismos aquáticos. EE2 também foi detectado nas fozes do rio Sangradouro e no Riozinho do Campeche no verão e no outono, e nas duas lagoas costeiras amostradas, a Lagoa da Conceição, situada parcialmente em área fortemente urbanizada, e a Lagoa do Peri, protegida por Lei municipal e que abastece parte da população do sul e leste da ilha de Florianópolis. Neste estudo, somente a fração conjugada do EE2 foi considerada. Reportada como a menor fração em efluentes domésticos, esta forma do EE2 pode rapidamente voltar à sua forma livre e biologicamente ativa mediante a ação de microrganismos presentes no efluente e em ambientes naturais, de forma que a concentração total do hormônio identificado deve ser consideravelmente maior que o reportado neste documento. Em revisão, o trabalho apresenta o estado da arte do conhecimento à presença do EE2 em águas brasileiras. A macroalga Ulva lactuca foi utilizada como candidata à indicadora ambiental da presença do estrógeno no ambiente marinho. Mediante os resultados encontrados via RMN e ELISA, inexistem indícios de bioacumulação do hormônio no tecido da alga, no entanto, foram detectadas alterações na concentração de carotenoides e clorofila em amostras algais expostas a altas concentrações do estrógeno (0,001 a 1 mg/L) por 48h. Este é o primeiro trabalho que aponta alterações de qualquer natureza em macroalagas expostas ao EE2, contudo, mais informações sobre a ação do estrógeno sobre o metaboloma da alga são requeridas para indicá- la como bom bioindicador, ainda mais, comparada a outros organismos da fauna aquática que respondem a concentrações muito menores às testadas neste estudo. Análises bioinformáticas de dados espectrais 1 H-RMN das amostras indicam pouca ou nenhuma alteração significativa do endometaboloma da alga mediante a exposição ao estrógeno, porém, para o exometaboloma, o modelo analítico utilizado identificou 23 ressonâncias responsáveis pelo agrupamento das amostras expostas.O trabalho ainda apresenta contribuição promissora à análise bioinformática para identificação de compostos em matrizes brutas analisadas via RMN, por meio da compilação de um banco de metabólitos voltado para a espécie de interesse. A base de dados poderá ser dinamicamente alimentada com novos compostos e outros modelos biológicos, otimizando a identificação automatizada de metabólitos de organismos alvo a partir de dados espectrais 1 H-RMN como observado neste documento para U. lactuca.

Abstract: Estrogen 17a-Ethinylestradiol (EE2) is an important pollutant in aquatic environment due to endocrine disruption effects in many organisms and in humans. Eliminated via faeces or urine by women on oral contraceptives, the compound has been commonly reported in rivers, surface waters, lakes, estuaries and bays in urban areas, and also protected coastal environments, as observed in this study through enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Data on the presence of EE2 in coastal and marine environments are still scarce in the literature and isaddressed here. In marine water samples (Canasvieiras and Ingleses beaches), EE2 was absent or below the limit of detection (LOD), however, at the Capivari River mouth (Ingleses beach) higher concentrations than predicted no-effect concentration (PNEC) proposed for fish and other aquatic organisms were found. EE2 was also detected in the Sangradouro River and Riozinho do Campeche mouths in summer and autumn, and also in two coastal lagoons, Lagoa da Conceição, partially situated in a heavily urbanized area, and Lagoa do Peri, protected by Municipal Law and water supplier for part of the population from the south and east of Florianópolis island. In this study, only the conjugated fraction of EE2 was considered. Reported as the smallest fraction in domestic effluents, this form of EE2 can quickly return into its free and biologically active form through the action of microorganisms present in the effluent and in natural environments, in that way, the total amount for EE2 must be considerably higher than the concentration reported in this document. In review, this study provides the state of the art in the presence of EE2 in Brazilian waters. The macroalgae Ulva lactuca was tested as a candidate for the environmental indicator of the presence of estrogen in the marine environment. Based on NMR and ELISA results, there is no evidence of hormone bioaccumulation in algal tissue. However, changes in carotenoid and chlorophyll contents were detected in algal samples exposed for 48h to high estrogen concentrations (0.001 to 1 mg/L). This is the first known work to point out changes of any nature in macroalgae expose to EE2, however, more information about estrogen effects on algal metabolome is needed to indicate it as a good bioindicator, moreover when compared to wild fauna organisms which respond to much lower concentrations than tested doses considered in this study. In addition, bioinformatic analyzes of 1H-NMR spectral samples data indicate little or no significant alteration of algal endometabolome exposed to EE2. However, for exometabolome, the used analytical model identified 23 resonances responsible for grouping the exposed samples on hierarchical analysis. The study also presents a promising contribution to bioinformatic analysis on the identification of metabolites in crude matrices analyzed by NMR by compiling a metabolite database for species of interest. The database could be dynamically fed with new compounds and other biological models. This tool optimizes automated identification of metabolites from 1H-NMR spectral data as observed herein for U. lactuca.