Atualmente, a utilização de azo corantes por vários ramos industriais constitui um problema ambiental e de saúde pública, tendo em vista o lançamento de quantidades elevadas para o meio ambiente e a falta de dados toxicológicos a cerca dos corantes e de seus metabólitos gerados, principalmente, após os processos de oxidação e redução. Nosso grupo realizou ensaios com micronúcleos em linfócitos humanos e em células HepG2 e ensaio de mutagenicidade com Salmonella typhimurium, demonstrando que os azo corantes Disperse Red 1, Disperse Red 13 e Disperse Orange 1 são mutagênicos para os diferentes parâmetros. Dessa forma, neste trabalho foi avaliada a capacidade de ligação dos corantes originais com o DNA e a base nitrogenada guanosina, a fim de elucidar o mecanismo de ação mutagênica. Adicionalmente, foi realizada a análise do potencial mutagênico do corante Disperse Red 1 e de seus metabólitos por meio do teste de mutação gênica em células de linfomas de camundongo (Mouse Lymphoma Assay), e também foram avaliados os produtos de oxidação e redução dos azo corantes Disperse Red 1, Disperse Red 13 e Disperse Orange 1, por meio do teste de mutagenicidade com Salmonella typhimurium. Posteriormente, foi investigada a possível formação de aminas aromáticas e de outros compostos, após os ensaios eletroquímicos e reação com S9, utilizando CLAE/DAD e CG/EM. Nossos resultados mostraram que a formação de adutos com o DNA, especificamente com a base guanosina, não é o mecanismo de ação tóxica preferencial para os azo corantes estudados. O corante Disperse Red 1 e seus produtos de biotransformação apresentaram resultados negativos no teste de mutação gênica em células de linfoma de camundongos. No entanto, tanto os produtos de oxidação como os de redução dos três corantes estudados apresentaram potencial mutagênico ao serem testados no Ensaio Salmonella/microssoma. Os produtos identificados após a oxidação química e enzimática (utilizando S9) e redução química dos três corantes estudados foram: sulfato 2-[(4-aminofenil)etilamino]- etanol monohidratada, 2-cloro-4-nitro-benzamina, benzamina, nitrobenzeno, 4-nitro-benzamina, 2-(etilfenilamino)-etanol, N-fenilbenzamina, N-fenil-1,4-benzenodiamina. Portanto, nossos dados mostram que a exposição por via oral a esses corantes tem relevância toxicológica, visto que podem causar danos à saúde não somente pela exposição aos corantes inalterados, mas também devido à formação de produtos tóxicos após a biotransformação. Cabe ressaltar que os corantes estudados no presente trabalho são amplamente utilizados por indústrias têxteis no Brasil, o que pode levar à contaminação de águas e alimentos. / Currently, the use of azo dyes by various industries is an environmental problem and public health, considering the release of large quantities to the environment and the lack of toxicological data about the dyes and their metabolites generated, especially after the processes of oxidation and reduction. Our group carried out micronuclei assay in human lymphocytes and HepG2 cells and mutagenicity test with Salmonella typhimurium, indicating that the azo dyes Disperse Red 1, Disperse Red 13 and Disperse Orange 1 are mutagenic to the different parameters. Thus, this study evaluated the binding capacity of the original dyes with DNA and nitrogenous base guanosine in order to elucidate the mechanism of mutagenic action. Additionally, we performed the analysis of mutagenic potential of Disperse Red 1 dye and its metabolites using Mouse Lymphoma Assay, and also evaluated the products of oxidation and reduction of the azo dyes Disperse Red 1, Disperse Red 13 and Disperse Orange 1, using the mutagenicity test with Salmonella typhimurium. Also it was investigated the possible formation of aromatic amines and other compounds after the electrochemical assays and reaction with S9, using HPLC / DAD and GC / MS. Our results showed that the formation of adducts with DNA, specifically with the guanosine base is not the preferred mechanism of toxic action for the azo dyes studied. The dye Disperse Red 1 and its biotransformation products had negative results in the mouse lymphoma assay. However, both the products of oxidation and the reduction of three dyes studied showed mutagenic potential in the Salmonella/ microsome assay. The products identified after chemical and enzymatic oxidation (using S9) and chemical reduction of three dyes studied were: sulfate 2-[(4- aminophenyl)ethylamino]-Ethanol monohydrate, 2-chloro-4-nitro-benzamine, benzamine, nitrobenzene, 4-nitro-benzamine, 2-(ethylphenylamino)-Ethanol, Nphenyl- benzamine, N-phenyl-1,4-benzenediamine. Therefore, our data show that oral exposure to these dyes have toxicological significance, since it can cause damage to health not only by exposure to dyes unchanged, but also due to the formation of toxic products after the biotransformation. It is noteworthy that the dyes studied in this work are widely used by textile industries in Brazil, which can lead to contamination of food and water.

Les amines hétérocycliques aromatiques (AHA) sont des contaminants de l'environnement et de l'alimentation, majoritairement formés lors de la cuisson de viande et poisson ainsi que dans la fumée de cigarette et les gaz d'échappements. Les AHA sont mutagènes chez la bactérie, cancérogènes multi-sites chez le rongeur et sont classées comme cancérogènes possibles ou probables chez l'Homme par l'IARC. Il est aujourd'hui indispensable de caractériser des biomarqueurs d'exposition dérivés des AHA (adduits à l'ADN et métabolites) pour améliorer l'estimation du risque chez l'Homme. Des résultats de l'équipe ont démontré que le 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) forme des niveaux d'adduits à l'ADN élevés dans les hépatocytes humains. Ces niveaux sont plus élevés que ceux formés par les autres AHA. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre le potentiel génotoxique d'AαC chez l'Homme. Nos travaux ont démontré que les adduits à l'ADN dérivés d'AαC sont persistants dans les hépatocytes humains et formés à des doses aussi faibles que 1nM. De plus, le CYP1A2 a été confirmé comme enzyme majoritaire dans la bioactivation d'AαC dans le foie humain. Nous avons également caractérisé les métabolites majeurs dérivés d'AαC dans les hépatocytes humains. Cette étude a permis d'établir pour la première fois une corrélation entre l'activité catalytique du CYP1A2, la formation d'AαC-HN2-O-Gl et la formation des adduits à l'ADN dérivés d'AαC. Le métabolite AαC-HN2-O-Gl étant réactif vis-à-vis de l'ADN in vitro, nos travaux confortent l'hypothèse que la voie des UDP-Glucuronosyltransférases (UGTs) est une nouvelle voie de bioactivation d'AαC dans le foie humain. De plus, nous avons montré que les adduits à l'ADN dérivés des AHA sont formés dans les lymphocytes T humains activés et en particulier les adduits en position C8 de la guanine dérivés d'AαC. Au total, ces travaux ont permis l'identification de métabolites stables et des adduits à l'ADN, potentiels biomarqueurs d'exposition à AαC, qui sont indispensables pour une meilleure estimation du risque génotoxique d'AαC chez l'Homme. / Heterocyclic aromatic amines (HAA) are environmental and food contaminants, mainly formed during meat and fish cooking, but also in cigarette smoke and exhaust gaz. HAA are mutagenic in bacteria, carcinogenic in rodents and are classified as possible or probable human carcinogens by IARC. Today it is essential to characterize exposure biomarkers i.e. DNA adducts and metabolites, to assess the human risk associated with HAA. The research team has previously demonstrated that 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) form high levels of DNA adducts in human hepatocytes. These levels are greater that those derived from other HAAs. Thus, the aim of this thesis was to better understand the genotoxic potential of AαC in human. We demonstrated that in human hepatocytes, DNA adducts derived from AαC are persistent and formed at doses as low as 1nM. Moreover, we confirmed that CYP1A2 is the major enzyme implicated in the bioactivation of AαC in human liver. We have also characterized the major metabolites derived from AαC formed in human hepatocytes. This study allows, for the first time, the establishment of a correlation between the catalytic activity of CYP1A2, AαC-HN2-O-Gl formation and AαC derived DNA adducts formation. AαC-HN2-O-Gl being reactive toward DNA in vitro, our work reinforces the hypothesis that the UDP-glucuronosyltransferase (UGTs) pathway is a new bioactivation pathway for AαC in human liver. Moreover, we demonstrated the formation of HAA derived DNA adducts, especially those derived from AαC at position C8 of guanine, in activated human T lymphocytes. Taken together, our data lead to the identification of stable metabolites as well as DNA adducts which are potentials AαC exposure biomarkers in human. These biomarkers are essential for a better assessment of the genotoxic risk of AαC in human.

As soluções convencionais de tratamento biológico de corantes azo são baseadas em processos anaeróbio-aeróbios ocorrendo em unidades distintas. Este estudo avaliou o uso da aeração intermitente para a descoloração do Direct Black 22 (DB22) e biodegradação simultânea de subprodutos tóxicos no mesmo compartimento reacional. Os microrganismos utilizados foram obtidos de florestas tropicais e previamente adaptados a concentrações crescentes de DB22 (10-32,5 mg.L-1) em meio de cultivo. Os efeitos da concentração inicial de glicose (1 – 2 – 3 g.L-1) e aeração intermitente (0 – 4 – 8 h.d-1) sobre a descoloração, constante de descoloração e remoção de demanda química de oxigênio (DQO) foram investigados por planejamento fatorial e análise de superfície de resposta. Os testes foram conduzidos com água residuária (AR) que simulava a composição dos efluentes de lavanderias têxteis do agreste pernambucano. Os resultados demonstraram que a descoloração no longo prazo não foi inibida para ciclos de aeração de até 4 h.d-1, embora menores velocidades de remoção de cor tenham sido obtidas nestas condições. Os efeitos negativos da aeração foram significativamente reduzidos pelo aumento da concentração de glicose na AR. Ademais, a remoção de DQO foi potencializada com o aumento da frequência de aeração. Após descoloração do DB22 nos ensaios não aerados, verificou-se a formação de picos de absorbância relacionados à presença de aminas aromáticas ou outros intermediários da descoloração redutiva; o que não ocorreu nos experimentos aerados. Estes fatores resultaram em menor toxicidade à Daphnia magna em experimento modelo com nível intermediário de aeração. O sequenciamento do gene 16S rRNA na plataforma Illumina HiSeq revelou a presença de gêneros de bactérias conhecidos por produzirem enzimas envolvidas na biodegradação do azo. Observou-se, ainda, uma correlação positiva entre diversidade microbiana e eficiência de descoloração. Os resultados sugerem que a estratégia de aeração intermitente, corretamente implementada, pode melhorar a performance do tratamento biológico de efluentes têxteis que contém azo-corantes. / Conventional technologies for biological treatment of azo dyes are based on anaerobic-aerobic processes taking place into distinct units. This study evaluated the use of intermittent aeration strategy for decolorization of the Direct Black 22 (DB22) and simultaneous biodegradation of metabolites. Microorganisms were obtained from tropical forests and previously acclimated to increasing concentrations of DB22 (10-32.5 mg.L-1) in growth medium. Effects of initial glucose concentration (1 – 2 – 3 g.L-1) and intermittent aeration (0 – 4 – 8 cycles.d-1) on response variables decolorization, decolorization rate, and removal of chemical oxygen demand (COD) were investigated using factorial design and response surface analysis. Tests were conducted using a wastewater that simulated the composition of textile laundry effluents from a region with harsh climate in the state of Pernambuco, known as agreste pernambucano. Results showed long-term decolorization was not impaired for up to 4 cycles.d-1 of aeration, although a decrease in color removal velocities was observed in these experiments. Negative impacts of aeration were significantly reduced by increasing initial glucose concentration. Moreover, COD removal was enhanced with increased aerations levels. After DB22 degradation in non-aerated batches, the formation of absorbance peaks associated with aromatic amines and other byproducts of reductive decolorization was observed; which did not occur in the aerated experiments. These resulted in lower toxicity to Daphnia magna in model experiment using intermediate level of aeration. 16S rRNA gene sequencing on the Illumina HiSeq platform revealed the presence of several bacteria known to produce enzymes involved in azo compounds degradation. Furthermore, a positive correlation between microbial diversity and decolorization efficiency was observed. Results suggest intermittent aeration strategy can enhance biological treatment of textile effluents containing azo dyes when correctly implemented.

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.