A anatoxina-a(s) (antx-a(s)) é uma neurotoxina produzida por cianobactérias, cujo mecanismo de ação conhecido consiste na inibição irreversível da atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE). Em razão da instabilidade da molécula e da inexistência de um padrão analítico, as informações referentes a presença dessa toxina nos reservatórios de água doce e, a completa elucidação dos processos envolvidos na sua toxicidade, são escassas. Na última década, a pesquisa referente a capacidade dos inseticidas organofosforados de induzir estresse oxidativo em humanos e animais tem sido bastante importante. Pelo fato da antx-a(s) ser o único organofosforado produzido por cianobactérias conhecido, este trabalho teve como objetivo investigar os mecanismos bioquímicos envolvidos na ação pró-oxidante de extratos aquosos contendo antx-a(s). A atividade das enzimas colinesterásicas AChE e butirilcolinesterase (BuChE) e, das enzimas antioxidantes catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR) e superóxido dismutase (SOD) foram avaliadas em dois modelos experimentais: (i) Camundongos Swiss tratados por via intraperitoneal (ip) com uma dose sub-letal (20 mg.kg-1) de extrato contendo antx-a(s) e sacrificados após 24 h, 48 h, 7 e 14 dias e, (ii) sementes de alfafa regadas com extrato contendo antx-a(s) por um período de 7 dias. Também foi avaliado o efeito de extratos contendo antx-a(s) em coração de baratas da espécie Leurolestes circunvagans. A atividade enzimática das colinesterases avaliadas em camundongos tratados com extrato contendo antx-a(s) manteve-se inibida 58% até 48 h após tratamento (n=9, p<0,001), voltando a níveis normais (comparada ao controle) a partir do sétimo dia (n=10, p>0,05). Em contraposição, as alterações na atividade das enzimas antioxidantes avaliadas iniciaram-se após 48 h do tratamento, quando foi observada uma diminuição na atividade das enzimas CAT e GPx (n=9, p<0,001). No sétimo dia, enquanto a atividade das enzimas CAT e GR apresentou-se aumentada, a atividade da enzima GPx manteve-se significantemente diminuída (n=10, p<0,001). A SOD não mostrou diferença estatística significante em nenhum dos tratamentos. A atividade de todas as enzimas avaliadas voltou a normalidade após 14 dias. O desequilíbrio encontrado na atividade das enzimas antioxidantes em camundongos tratados com extrato contendo antx-a(s), também foi observado em sementes de alfafa. Neste último modelo de exposição, além da diminuição da atividade da enzima GPx (n=5, p<0,01) houve um aumento na atividade da enzima glutationa transferase (GST) com relação ao controle (n=5, p<0,05). Com relação ao efeito do extrato contendo antx-a(s) sobre a preparação de coração semi-isolado de baratas, observou-se um efeito taquicardíaco significante (aumento da frequência em quase 20%) nos animais tratados com 2,5x103 &#181;g de extrato contendo antx-a( s).g-1 (n=9, p<0,05). A partir destes resultados, pôde-se concluir que o extrato contendo antx-a(s) apresentou capacidade pró-oxidante em ambos os modelos avaliados (camundongo e semente) induzindo alterações na atividade das enzimas antioxidantes. Assim também, este extrato mostrou exercer um efeito cardiotóxico em baratas. / Anatoxin-a(s) (antx-a(s)) is a cyanobacterial neurotoxin whose principal mechanism of action is the irreversible inhibition of the enzymatic activity of acetylcholinesterase (AChE). Because of the molecule´s instability and the lack of an analytical standard, the occurrence of this toxin in freshwater reservoirs and the knowledge of the whole events related to its toxicity are scarce. In the last decade, research related to organophosphates insecticides capability to induce oxidative stress in humans and animals has been profuse. Considering that antx-a(s) is the unique organophosphate produced by cyanobacteria currently known; the main of this work was to investigate the biochemical mechanism related to the pro-oxidant capacity of antx-a(s)-containing extracts. In order to achieve the objective, there was determined the activity of cholinesterasic and antioxidant enzymes such as acetylcholinesterase (AChE), butirylcholinesterase (BuChE), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR) and superoxide dismutase (SOD). Two experimental models were used: (i) Swiss mice were treated intraperitoneally (ip) with 20 mg.kg-1 of antx-a(s)-containing extract and sacrificed after 24 h, 48 h, 7 and 14 days of treatment and, (ii) alfalfa seeds were irrigated with antx-a(s)-containing extract for 7 days. Additionally, the cardiac effect of antx-a(s)-containing extract on Leurolestes circunvagans cockroach was evaluated. The AChE and BuChE activity in mice treated with antx-a(s)-containing extract stayed inhibited more than 55% during 48 h (n=9, p<0,001). Normal activity of both enzymes was observed after seven days of treatment. By the other hand, changes in the antioxidant enzymes activity only began after the second day of treatment. Initially, both CAT and GPx showed lower activity than the control group after 48 h. Among those enzymes, GPx showed the highest decreased activity (n=9, p<0,001). After seven days, while the antx-a(s)- containing extract promoted increasing of CAT and GR activity, GPx activity remained deeply decreased (n=10, p<0,01). SOD activity did not show any statistical difference related to the control during all the treatments. Activity of all the evaluated enzymes was completely recovered after fourteen days. A similar unbalance on the antioxidant enzymes activity was provoked by the extract containing antx-a(s) in seeds irrigated with the extract. The seeds\' GPx activity showed low level (n=5, p<0,01), while GST activity was higher than the control (n=5, p<0,05). Regarding the cardiac effect of antx-a(s)-containing extract on semi-isolated cockroach heart, significant tachycardia (increase of almost 20% of the heartbeat frequency) was observed on the animals treated with 2,5x103 &#181;g.g-1 (n=9, p<0,05). From the obtained results, it can be concluded that the antx-a(s) extract demonstrated its pro-oxidant capacity in both experimental models evaluated (mice and seeds). This fact was proved through the unbalance on the activity of the antioxidant enzymatic defense system. Furthermore, the antx-a(s)-containing extract provoked a cardiotoxic effect on cockroach.

A anatoxina-a(s) (antx-a(s)) é uma neurotoxina produzida por cianobactérias, cujo mecanismo de ação conhecido consiste na inibição irreversível da atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE). Em razão da instabilidade da molécula e da inexistência de um padrão analítico, as informações referentes a presença dessa toxina nos reservatórios de água doce e, a completa elucidação dos processos envolvidos na sua toxicidade, são escassas. Na última década, a pesquisa referente a capacidade dos inseticidas organofosforados de induzir estresse oxidativo em humanos e animais tem sido bastante importante. Pelo fato da antx-a(s) ser o único organofosforado produzido por cianobactérias conhecido, este trabalho teve como objetivo investigar os mecanismos bioquímicos envolvidos na ação pró-oxidante de extratos aquosos contendo antx-a(s). A atividade das enzimas colinesterásicas AChE e butirilcolinesterase (BuChE) e, das enzimas antioxidantes catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR) e superóxido dismutase (SOD) foram avaliadas em dois modelos experimentais: (i) Camundongos Swiss tratados por via intraperitoneal (ip) com uma dose sub-letal (20 mg.kg-1) de extrato contendo antx-a(s) e sacrificados após 24 h, 48 h, 7 e 14 dias e, (ii) sementes de alfafa regadas com extrato contendo antx-a(s) por um período de 7 dias. Também foi avaliado o efeito de extratos contendo antx-a(s) em coração de baratas da espécie Leurolestes circunvagans. A atividade enzimática das colinesterases avaliadas em camundongos tratados com extrato contendo antx-a(s) manteve-se inibida 58% até 48 h após tratamento (n=9, p<0,001), voltando a níveis normais (comparada ao controle) a partir do sétimo dia (n=10, p>0,05). Em contraposição, as alterações na atividade das enzimas antioxidantes avaliadas iniciaram-se após 48 h do tratamento, quando foi observada uma diminuição na atividade das enzimas CAT e GPx (n=9, p<0,001). No sétimo dia, enquanto a atividade das enzimas CAT e GR apresentou-se aumentada, a atividade da enzima GPx manteve-se significantemente diminuída (n=10, p<0,001). A SOD não mostrou diferença estatística significante em nenhum dos tratamentos. A atividade de todas as enzimas avaliadas voltou a normalidade após 14 dias. O desequilíbrio encontrado na atividade das enzimas antioxidantes em camundongos tratados com extrato contendo antx-a(s), também foi observado em sementes de alfafa. Neste último modelo de exposição, além da diminuição da atividade da enzima GPx (n=5, p<0,01) houve um aumento na atividade da enzima glutationa transferase (GST) com relação ao controle (n=5, p<0,05). Com relação ao efeito do extrato contendo antx-a(s) sobre a preparação de coração semi-isolado de baratas, observou-se um efeito taquicardíaco significante (aumento da frequência em quase 20%) nos animais tratados com 2,5x103 &#181;g de extrato contendo antx-a( s).g-1 (n=9, p<0,05). A partir destes resultados, pôde-se concluir que o extrato contendo antx-a(s) apresentou capacidade pró-oxidante em ambos os modelos avaliados (camundongo e semente) induzindo alterações na atividade das enzimas antioxidantes. Assim também, este extrato mostrou exercer um efeito cardiotóxico em baratas. / Anatoxin-a(s) (antx-a(s)) is a cyanobacterial neurotoxin whose principal mechanism of action is the irreversible inhibition of the enzymatic activity of acetylcholinesterase (AChE). Because of the molecule´s instability and the lack of an analytical standard, the occurrence of this toxin in freshwater reservoirs and the knowledge of the whole events related to its toxicity are scarce. In the last decade, research related to organophosphates insecticides capability to induce oxidative stress in humans and animals has been profuse. Considering that antx-a(s) is the unique organophosphate produced by cyanobacteria currently known; the main of this work was to investigate the biochemical mechanism related to the pro-oxidant capacity of antx-a(s)-containing extracts. In order to achieve the objective, there was determined the activity of cholinesterasic and antioxidant enzymes such as acetylcholinesterase (AChE), butirylcholinesterase (BuChE), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR) and superoxide dismutase (SOD). Two experimental models were used: (i) Swiss mice were treated intraperitoneally (ip) with 20 mg.kg-1 of antx-a(s)-containing extract and sacrificed after 24 h, 48 h, 7 and 14 days of treatment and, (ii) alfalfa seeds were irrigated with antx-a(s)-containing extract for 7 days. Additionally, the cardiac effect of antx-a(s)-containing extract on Leurolestes circunvagans cockroach was evaluated. The AChE and BuChE activity in mice treated with antx-a(s)-containing extract stayed inhibited more than 55% during 48 h (n=9, p<0,001). Normal activity of both enzymes was observed after seven days of treatment. By the other hand, changes in the antioxidant enzymes activity only began after the second day of treatment. Initially, both CAT and GPx showed lower activity than the control group after 48 h. Among those enzymes, GPx showed the highest decreased activity (n=9, p<0,001). After seven days, while the antx-a(s)- containing extract promoted increasing of CAT and GR activity, GPx activity remained deeply decreased (n=10, p<0,01). SOD activity did not show any statistical difference related to the control during all the treatments. Activity of all the evaluated enzymes was completely recovered after fourteen days. A similar unbalance on the antioxidant enzymes activity was provoked by the extract containing antx-a(s) in seeds irrigated with the extract. The seeds\' GPx activity showed low level (n=5, p<0,01), while GST activity was higher than the control (n=5, p<0,05). Regarding the cardiac effect of antx-a(s)-containing extract on semi-isolated cockroach heart, significant tachycardia (increase of almost 20% of the heartbeat frequency) was observed on the animals treated with 2,5x103 &#181;g.g-1 (n=9, p<0,05). From the obtained results, it can be concluded that the antx-a(s) extract demonstrated its pro-oxidant capacity in both experimental models evaluated (mice and seeds). This fact was proved through the unbalance on the activity of the antioxidant enzymatic defense system. Furthermore, the antx-a(s)-containing extract provoked a cardiotoxic effect on cockroach.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5307.pdf: 3018065 bytes, checksum: 4a4ed79b44dafeeb1204798dc8f70256 (MD5) Previous issue date: 2013-06-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / This thesis aimed to evaluate the use of cholinesterases (ChE) of the cladoceran species Pseudosida ramosa and Daphnia magna as a biochemical biomarker of the presence and effects of anatoxin-a(s) at different levels of biological organization (molecular, individual and population), besides the combined effects of the mixtures of the hepatotoxic (microcystins) and neurotoxic (anatoxin-a(s)) extracts in D. magna. A microplate assay was adapted and optimized for measuring the ChE activity of P. ramosa, in order to produce an assay protocol for this species. The analysis on the performance of ChE assays in P. ramosa showed that these are suitable for the quantifying of enzymatic activity in this species. P. ramosa showed to be an adequate alternative to the exotic cladoceran D. magna. Thus, it was proposed an assay protocol, which it meets the best combination of parameters for the using of ChE activity of P. ramosa as a biochemical biomarker. The ChE activity of P. ramosa and D. magna were specific for the indication of the presence of anatoxin-a(s), since no effect on the enzymatic activity of these species was observed when they were exposed to the microcystins. In the acute exposures (48-h) to the anatoxin-a(s) extract and to the paraoxon-methyl, P. ramosa was more sensitive than D. magna for ChE activity and survival endpoints. Also, P. ramosa was more sensitive than D. magna when exposed to the anatoxin-a(s) extract for 7 days. When the relationships between the ChE inhibition and individual and populational endpoints were evaluated, different responses were observed for the studied species. The ChE inhibition in P. ramosa had a very close relationship with the survival in the acute exposures to the anatoxin-a(s) extract and to the paraoxon-methyl. For D. magna, on the other hand, this relationship was not linear, being high levels of ChE inhibition associated with almost no mortality. The ChE activity in P. ramosa was also a good predictor of the chronic effects of anatoxin-a(s) extract at higher levels of biological organization, since ChE inhibition (48 h) was linearly linked to the sub-lethal effects on the reproduction (21 days) and on the population growth rate (21 days). For D. magna, these relationships could not be established, possibly due to species-specific differences in the affinities of both acetylcholinesterase and pseudocholinesterases to the toxicants. Thus, for the using of ChE as a biochemical biomarker in the risk assessments of neurotoxic cyanobacteria blooms in tropical regions, it is recommended the use of native species, especially of P. ramosa, since the model species D. magna could overestimate the risk to the local species. When the effects of the mixtures of the hepatotoxic and neurotoxic extracts were evaluated on the survival and feeding rates of D. magna, additive and synergistic responses were only observed on the feeding rates. Therefore, since different types of cyanotoxins are found in the natural environments in combination, the risks of these toxins on the zooplanktonic community should be evaluated not only individually, but also as mixtures. / Esta tese teve como objetivo avaliar o uso das colinesterases (ChE) das espécies de cladóceros Pseudosida ramosa e Daphnia magna como um biomarcador bioquímico da presença e dos efeitos de anatoxina-a(s) em diferentes níveis de organização biológica (molecular, individual e populacional), além dos efeitos combinados das misturas dos extratos hepatotóxicos (microcistinas) e neurotóxicos (anatoxina-a(s)) em D. magna. Um ensaio de microplacas foi adaptado e otimizado para medir a atividade de ChE da P. ramosa, a fim de produzir um protocolo de ensaio para esta espécie. A análise sobre o desempenho dos ensaios de ChE em P. ramosa mostrou que estes são adequados para a quantificação da atividade enzimática nesta espécie. P. ramosa mostrou ser uma alternativa adequada para o cladócero exótico D. magna. Assim, foi proposto um protocolo de ensaio, o qual reúne a melhor combinação de parâmetros para a utilização da atividade de ChE da P. ramosa como um biomarcador bioquímico. A atividade de ChE da P. ramosa e da D. magna foram específicas para a indicação da presença de anatoxinaa( s), uma vez que nenhum efeito sobre a atividade enzimática dessas espécies foi observado quando elas foram expostas às microcistinas. Nas exposições agudas (48 h) ao extrato de anatoxina-a(s) e ao paraoxon-metil, P. ramosa foi mais sensível do que D. magna para os parâmetros atividade de ChE e sobrevivência. Também, P. ramosa foi mais sensível do que D. magna quando exposta ao extrato de anatoxina-a(s) por sete dias. Quando as relações entre a inibição de ChE e os parâmetros individuais e populacionais foram avaliados, diferentes respostas foram observadas para as espécies estudadas. A inibição de ChE em P. ramosa teve uma relação muito próxima com a sobrevivência nas exposições agudas ao extrato de anatoxina-a(s) e ao paraoxon-metil. Para D. magna, por outro lado, esta relação não foi linear, sendo níveis altos de inibição de ChE associados com quase nenhuma mortalidade. A atividade de ChE em P. ramosa foi também um bom preditor dos efeitos crônicos do extrato de anatoxina-a(s) em níveis mais elevados de organização biológica, uma vez que a inibição de ChE (48 h) foi associada linearmente aos efeitos sub-letais na reprodução (21 dias) e na taxa de crescimento populacional (21 dias). Para D. magna, essas relações não puderam ser estabelecidas, possivelmente devido a diferenças espécie-específicas nas afinidades da acetilcolinesterase e das pseudocolinesterases aos tóxicos. Assim, para a utilização de ChE como um biomarcador bioquímico nas avaliações de risco de florescimentos de cianobactérias neurotóxicas em regiões tropicais, recomenda-se o uso de espécies nativas, especialmente da P. ramosa, uma vez que a espécie modelo D. magna poderia superestimar o risco para as espécies locais. Quando os efeitos das misturas dos extratos hepatotóxicos e neurotóxicos foram avaliados sobre a sobrevivência e as taxas alimentares da D. magna, respostas aditivas e sinergísticas foram observadas apenas nas taxas alimentares. Portanto, uma vez que diferentes tipos de cianotoxinas são encontrados nos ambientes naturais em combinação, os riscos dessas toxinas sobre a comunidade zooplanctônica deveriam ser avaliados não apenas individualmente, mas também como misturas.