Toxic waste disposal problems have become enormous due to the proliferation of xenobiotic compounds for use in agricultural, industrial and numerous other applications. Organophosphate (OP) pesticides are commonly used in agriculture and their toxicity is associated with inhibition of cholinesterase in the exposed organism. Some OPs have been shown to produce OP-induced delayed neuropathy (OPIDN). The overall goal of the work described in this thesis was to develop bacterial consortia to remediate hazardous substances at significantly higher rates than found with natural systems. Specifically, degradation of methyl parathion (MP) by hydrolysis with a genetically engineered Escherichia coli was investigated along with degradation of one of the resulting products, p-nitrophenol (PNP), by Sphingobium chlorophenolicum ATCC 53874. Simultaneous degradation of both MP and PNP was investigated using a consortium of a genetically engineered Escherichia coli and a native S. chlorophenolicum. Concentrations of MP and PNP were measured by high performance liquid chromatography (HPLC). Non-growing freely suspended recombinant OPH+ E. coli cells efficiently degraded MP without addition of nutrients for growth. Maximum reactor productivity was found with a biomass concentration of 25 g/L. Substrate inhibition did not occur up to 3 g MP/L. The simple Michaelis-Menten kinetic model for enzymatic reactions provided a good fit of the degradation data with Vm=11.45 ??mol/min??g-biomass and Km=2.73 g/L. B. cepacia failed to degrade PNP under the experimental conditions evaluated, so further studies were not conducted. Growing cultures of S. chlorophenolicum degraded PNP at concentrations up to 0.1 g/L without a lag phase in mineral salts glutamate medium. Parameters such as initial pH, growth medium and growth stage for addition of PNP were important degradation factors. The bacterium exhibited substantial growth in the degradation process. Hydroquinone (HQ) or nitrocatechol (NC) were not identified as products of PNP degradation. The recombinant OPH+ E. coli and S. chlorophenolicum consortium failed to degrade PNP when starting with higher concentrations of MP. The presence of organic solvent in the bacterial consortium degradation medium negatively affected the degradation of PNP. The genetically engineered organism efficiently degraded high concentrations of MP, but the resulting high concentration of intermediate product (PNP) inhibited growth of the native type organism. Biodegradation by consortia of genetically engineered non-growing and native-type organisms generally will be limited by the growing native-type organism.

Neste estudo foi avaliada a remoção de metil paration - inseticida e atrazina - herbicida presentes em água, em reatores de bancada, com fungos. A pesquisa foi dividida em quatro etapas: operação em batelada com metil paration e micélio fúngico, com e sem glicose; teste de toxicidade em placas com Aspergillus niger AN400; operação em batelada com os pesticidas atrazina e metil paration e esporos de Aspergillus niger AN400, com e sem glicose; e operação em reatores de leito fixo e fluxo ascendente. Na primeira etapa, a remoção de metil paration foi de 97% nos reatores sem glicose e 94% nos reatores com glicose com 32 dias de reação. Na operação em batelada, com esporos, um modelo cinético de primeira ordem representou bem a velocidade de decaimento de metil paration nesta fase, principalmente, nos reatores que continham glicose. Para os experimentos sem adição de glicose, a constante cinética foi de 0,063 &#177 0,005/h, enquanto que para os experimentos com glicose a constante foi de 0,162 &#177 0,014/h. Dessa forma, a adição de glicose resultou efetivamente em aumento na velocidade de conversão do inseticida. Na fase experimental, com atrazina e esporos de Aspergillus niger AN400, a presença do substrato primário (glicose) não teve influência na remoção de atrazina, sendo que os percentuais de remoção foram muito próximos aos percentuais encontrados nos reatores sem glicose. O estudo cinético, nessa fase com atrazina e esporos, revelou que para os experimentos sem a adição de glicose, o valor da velocidade de conversão de atrazina (RATZo) foi de 0,023/d, enquanto que para os experimentos com glicose (RATZo) foi 0,022/d. Portanto, a adição de glicose parece não ter influenciado significativamente a velocidade de remoção do herbicida por Aspergillus niger AN400. O teste de toxicidade demonstrou que metil paration e atrazina não inibiram o crescimento do fungo nas várias concentrações testadas, inclusive nas mais elevadas, que foram 60 mg/L e 25 mg/L para metil paration e atrazina, respectivamente. No reator de leito fixo a remoção de metil paration foi de 40% com 12 h de tempo de detenção hidráulica, e 0,5 g glicose/L. Porém, quando a concentração de glicose foi duplicada a remoção de metil paration diminuiu para 35%. Neste reator o pH se manteve na faixa ácida 3,4 a 5,2, considerada ideal para os fungos. Os resultados encontrados mostram a viabilidade dos fungos para remoção desses pesticidas, considerados persistentes no ambiente. / In this study the removal of methyl parathion was evaluated - insecticide and atrazine - herbicide present in water, in reactors with fungi. The research was divided in four stages: operation in batch reactors with methil parathion and micelium fungus, with and without glucose; toxicity test in plates with Aspergillus niger AN400; operation in batch reactors with the pesticides atrazine and methyl parathion and spore of Aspergillus niger AN400, with and without glucose; and operation in reactors of fixed bed and ascending flow. In the first stage the removal of methyl parathion was 97% in reactors without glucose and 94% in reactors with glucose in 32 days of reaction time. In the operation in batch with spores, a kinetic model of first order represented very well the speed of decline of the methyl parathion in this step, in the reactors that contained glucose, mainly. For the experiments without the glucose addition, the kinetic constant was 0,063 &#177 0,005/h, and for the experiments with glucose the constant was of 0,162 &#177 0,014/h. In that way, the glucose addition resulted in increase in the speed of conversion of the insecticide. In the experimental step with atrazine and spores of Aspergillus niger AN400, the presence of the primary substratum (glucose) didn\'t have influence in the atrazine removal, and the percentile removal lays very close to the percentile found in the reactors without glucose. The kinetic study, in that step with atrazine and spores, revealed that for the experiments without the glucose addition, the value of the speed conversion of atrazine (RATZo) was 0,023/d, and for the experiments with glucose (RATZo) was 0,022/d. Therefore, the glucose addition seems not to have influenced significantly the speed of removal of the herbicide for Aspergillus niger AN400. The toxicity test demonstrated that methyl parathion and atrazine didn\'t inhibit the growth of fungi in the several concentrations, including in high concentrations, that were tested 60 mg/L and 25 mg/L to methyl parathion and atrazine, respectively. The reactor of fixed bed got removal of methyl parathion of 40% in 12 hours of detention hydraulic, in 0,5 g glicose/L. However, when the glucose concentration was doubled the removal of methyl parathion decreased to 35%. In this reactor the pH kept in the acid strip (3,4 - 5,2), considered ideal for the fungi, and conductivity values didn\'t favor the hydrolysis of the insecticide. The found results show the viability of the fungi for removal of those pesticides, considered recalcitrant to the environment.

Immunologic competence is correlated with resistance to infectious disease which may be affected by exposure to certain compounds. Methyl parathion (MP) and carbofuran (CF) have been reported to affect the development of active immunity in the rabbit and the present research was conducted to quantify the dosage relationships of these two pesticides to both host resistance and acquired resistance in the mouse. Preliminary study was made on the virulence of Salmonella typhimurium in mice. Mortality rates among infected animals fed Purina Laboratory Chow diet providing 0.08, 0.7 3.0 mg MP/kg/day or 0.1, 0.6, 1.0 mg CF/kg/day along with untreated controls were determined and protection afforded the animals by vaccination under the influence of chemical treatment was examined. The nature of dose response was further investigated with the study of various parameters of host defense against microbial infection. Measurements were made of the bacterial population in tissues of mice during and after the course of infection, differential leukocyte counts, in vivo and in vitro opsonic effect of serum, clearance of the reticulo-endothelial system, agglutination titers of serum, total serum gamma-globulin levels, serum immunoglobulin levels with classes and subclasses, and lymphocyte response to mitogen stimulation. Dosage-related increases in mortality were seen in unvaccinated mice under both chemical treatments, and protection by immunization was decreased. Pesticide treatment extending beyond two weeks was required to obtain significant increases in mortality. Increased mortality was associated with increased numbers of viable bacteria in blood, decreased total gamma-globulins and specific immunoglobulins in serum, and reduced splenic blast transformation in response to mitogens. Serum opsonic activity of CF-treated animals was slightly reduced. These results support those of other investigations indicating effects of environmental toxicants upon the resistance and immune competency of experimental animals.

Este trabalho teve como objetivo estudar e caracterizar filmes de nanocompósitos de polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato combinados com nanopartículas de ouro para aplicação como biossensores eletroquímicos de pesticida. Primeiramente sintetizou-se três filmes a 10 e 25 ºC por voltametria cíclica: polipirrol dopado com índigo carmim (PPi-IC), polipirrol dopado com índigo carmim contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-NPAu) e polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato de sódio, contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-DS-NPAu). Nesses filmes foram realizadas caracterizações estruturais, morfológicas, ópticas e eletroquímicas, utilizando espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia UV-VIS-NIR e voltametria cíclica. Os filmes sintetizados a 10 ºC foram modificados com a enzima acetilcolinesterase (AChE), sendo posteriormente caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e voltametria cíclica. Os resultados obtidos mostraram que a interação da enzima com os filmes de polipirrol é dependente de sua composição. A presença de DS não favoreceu a sua imobilização, sendo assim, os filmes de PPi-IC e PPi-IC-NPAu foram os materiais mais adequados para a imobilização física da AChE, sendo capazes de detectar o pesticida metil paration (MP) através da porcentagem de pesticida inibido pela ação da AChE em relação ao cloreto de acetiltiocolina (ATCl). Essa detecção foi realizada por voltametria cíclica, onde a resposta do biossensor é medida a partir da diminuição da corrente produzida. Isso ocorre porque o MP se encontra em contato com a AChE e inibe a ação da mesma, impedindo a hidrólise da ATCl, o que faz diminuir a corrente, pois não há produção de tiocolina, que é produto da hidrólise e uma espécie eletroativa. Os filmes apresentaram sensibilidades (% de inibição por mmol L-1 de pesticida) de 1,9×106 (R2 0,976) e 2,7×106 (R2 0,964) e limites de detecção de 4,15 e 14,8 ng L-1, para PPi-IC-AChE e PPi-IC-NPAu-AChE respectivamente. / The goal of this work was to study and characterize nanocomposite films of gold nanoparticles with indigo carmine and dodecylsulfate doped polypyrrole for application as electrochemical biosensor for pesticide. Initially, three films were synthesized by cyclic voltammetry at 10 and 25 ºC: polypyrrole doped with indigo carmine (PPy-IC), polypyrrole doped with indigo carmine containing gold nanoparticles (PPy-IC-AuNP) and polypyrrole doped with indigo carmine and sodium dodecylsulfate containing gold nanoparticles (PPy-IC-DS-AuNP). These films were studied by structural, morphological, optical and electrochemical characterization, using infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, UV-VIS-NIR spectroscopy and cyclic voltammetry. The films synthesized at 10 ºC were modified with acetylcholinesterase (AChE) enzyme; followed by characterization with scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and cyclic voltammetry The results showed a preferential immobilization of the enzymes on films without DS, therefore, PPy-IC and PPy-IC-AuNP were the most suitable materials for the physical immobilization of AChE and for detection of methyl parathion (MP) pesticide through the percentage of pesticide inhibited by the action of AChE on acetylthiocholine chloride (ATCl). This detection was carried out by cyclic voltammetry, where the biosensor response is measured as a decrease of the produced current. The decrease in current occurs because MP reaches the AChE, inhibiting the action of the enzyme, avoiding the hydrolysis of ATCl, leading to the decrease of current as no thiocholine (an electroactive specie, product of the hydrolysis) is produced. The films presented sensitivities (inhibition percentage per mmol L-1) of 1.9×106 (R2 0.976) and 2.7×106 (R2 0.964) and detection limits of 4.15 and 14.8 ng L-1 for PPy-IC-AChE and PPy-IC-AuNP-AChE respectively.

Este trabalho teve como objetivo estudar e caracterizar filmes de nanocompósitos de polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato combinados com nanopartículas de ouro para aplicação como biossensores eletroquímicos de pesticida. Primeiramente sintetizou-se três filmes a 10 e 25 ºC por voltametria cíclica: polipirrol dopado com índigo carmim (PPi-IC), polipirrol dopado com índigo carmim contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-NPAu) e polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato de sódio, contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-DS-NPAu). Nesses filmes foram realizadas caracterizações estruturais, morfológicas, ópticas e eletroquímicas, utilizando espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia UV-VIS-NIR e voltametria cíclica. Os filmes sintetizados a 10 ºC foram modificados com a enzima acetilcolinesterase (AChE), sendo posteriormente caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e voltametria cíclica. Os resultados obtidos mostraram que a interação da enzima com os filmes de polipirrol é dependente de sua composição. A presença de DS não favoreceu a sua imobilização, sendo assim, os filmes de PPi-IC e PPi-IC-NPAu foram os materiais mais adequados para a imobilização física da AChE, sendo capazes de detectar o pesticida metil paration (MP) através da porcentagem de pesticida inibido pela ação da AChE em relação ao cloreto de acetiltiocolina (ATCl). Essa detecção foi realizada por voltametria cíclica, onde a resposta do biossensor é medida a partir da diminuição da corrente produzida. Isso ocorre porque o MP se encontra em contato com a AChE e inibe a ação da mesma, impedindo a hidrólise da ATCl, o que faz diminuir a corrente, pois não há produção de tiocolina, que é produto da hidrólise e uma espécie eletroativa. Os filmes apresentaram sensibilidades (% de inibição por mmol L-1 de pesticida) de 1,9×106 (R2 0,976) e 2,7×106 (R2 0,964) e limites de detecção de 4,15 e 14,8 ng L-1, para PPi-IC-AChE e PPi-IC-NPAu-AChE respectivamente. / The goal of this work was to study and characterize nanocomposite films of gold nanoparticles with indigo carmine and dodecylsulfate doped polypyrrole for application as electrochemical biosensor for pesticide. Initially, three films were synthesized by cyclic voltammetry at 10 and 25 ºC: polypyrrole doped with indigo carmine (PPy-IC), polypyrrole doped with indigo carmine containing gold nanoparticles (PPy-IC-AuNP) and polypyrrole doped with indigo carmine and sodium dodecylsulfate containing gold nanoparticles (PPy-IC-DS-AuNP). These films were studied by structural, morphological, optical and electrochemical characterization, using infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, UV-VIS-NIR spectroscopy and cyclic voltammetry. The films synthesized at 10 ºC were modified with acetylcholinesterase (AChE) enzyme; followed by characterization with scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and cyclic voltammetry The results showed a preferential immobilization of the enzymes on films without DS, therefore, PPy-IC and PPy-IC-AuNP were the most suitable materials for the physical immobilization of AChE and for detection of methyl parathion (MP) pesticide through the percentage of pesticide inhibited by the action of AChE on acetylthiocholine chloride (ATCl). This detection was carried out by cyclic voltammetry, where the biosensor response is measured as a decrease of the produced current. The decrease in current occurs because MP reaches the AChE, inhibiting the action of the enzyme, avoiding the hydrolysis of ATCl, leading to the decrease of current as no thiocholine (an electroactive specie, product of the hydrolysis) is produced. The films presented sensitivities (inhibition percentage per mmol L-1) of 1.9×106 (R2 0.976) and 2.7×106 (R2 0.964) and detection limits of 4.15 and 14.8 ng L-1 for PPy-IC-AChE and PPy-IC-AuNP-AChE respectively.

Neste estudo foi avaliada a remoção de metil paration - inseticida e atrazina - herbicida presentes em água, em reatores de bancada, com fungos. A pesquisa foi dividida em quatro etapas: operação em batelada com metil paration e micélio fúngico, com e sem glicose; teste de toxicidade em placas com Aspergillus niger AN400; operação em batelada com os pesticidas atrazina e metil paration e esporos de Aspergillus niger AN400, com e sem glicose; e operação em reatores de leito fixo e fluxo ascendente. Na primeira etapa, a remoção de metil paration foi de 97% nos reatores sem glicose e 94% nos reatores com glicose com 32 dias de reação. Na operação em batelada, com esporos, um modelo cinético de primeira ordem representou bem a velocidade de decaimento de metil paration nesta fase, principalmente, nos reatores que continham glicose. Para os experimentos sem adição de glicose, a constante cinética foi de 0,063 &#177 0,005/h, enquanto que para os experimentos com glicose a constante foi de 0,162 &#177 0,014/h. Dessa forma, a adição de glicose resultou efetivamente em aumento na velocidade de conversão do inseticida. Na fase experimental, com atrazina e esporos de Aspergillus niger AN400, a presença do substrato primário (glicose) não teve influência na remoção de atrazina, sendo que os percentuais de remoção foram muito próximos aos percentuais encontrados nos reatores sem glicose. O estudo cinético, nessa fase com atrazina e esporos, revelou que para os experimentos sem a adição de glicose, o valor da velocidade de conversão de atrazina (RATZo) foi de 0,023/d, enquanto que para os experimentos com glicose (RATZo) foi 0,022/d. Portanto, a adição de glicose parece não ter influenciado significativamente a velocidade de remoção do herbicida por Aspergillus niger AN400. O teste de toxicidade demonstrou que metil paration e atrazina não inibiram o crescimento do fungo nas várias concentrações testadas, inclusive nas mais elevadas, que foram 60 mg/L e 25 mg/L para metil paration e atrazina, respectivamente. No reator de leito fixo a remoção de metil paration foi de 40% com 12 h de tempo de detenção hidráulica, e 0,5 g glicose/L. Porém, quando a concentração de glicose foi duplicada a remoção de metil paration diminuiu para 35%. Neste reator o pH se manteve na faixa ácida 3,4 a 5,2, considerada ideal para os fungos. Os resultados encontrados mostram a viabilidade dos fungos para remoção desses pesticidas, considerados persistentes no ambiente. / In this study the removal of methyl parathion was evaluated - insecticide and atrazine - herbicide present in water, in reactors with fungi. The research was divided in four stages: operation in batch reactors with methil parathion and micelium fungus, with and without glucose; toxicity test in plates with Aspergillus niger AN400; operation in batch reactors with the pesticides atrazine and methyl parathion and spore of Aspergillus niger AN400, with and without glucose; and operation in reactors of fixed bed and ascending flow. In the first stage the removal of methyl parathion was 97% in reactors without glucose and 94% in reactors with glucose in 32 days of reaction time. In the operation in batch with spores, a kinetic model of first order represented very well the speed of decline of the methyl parathion in this step, in the reactors that contained glucose, mainly. For the experiments without the glucose addition, the kinetic constant was 0,063 &#177 0,005/h, and for the experiments with glucose the constant was of 0,162 &#177 0,014/h. In that way, the glucose addition resulted in increase in the speed of conversion of the insecticide. In the experimental step with atrazine and spores of Aspergillus niger AN400, the presence of the primary substratum (glucose) didn\'t have influence in the atrazine removal, and the percentile removal lays very close to the percentile found in the reactors without glucose. The kinetic study, in that step with atrazine and spores, revealed that for the experiments without the glucose addition, the value of the speed conversion of atrazine (RATZo) was 0,023/d, and for the experiments with glucose (RATZo) was 0,022/d. Therefore, the glucose addition seems not to have influenced significantly the speed of removal of the herbicide for Aspergillus niger AN400. The toxicity test demonstrated that methyl parathion and atrazine didn\'t inhibit the growth of fungi in the several concentrations, including in high concentrations, that were tested 60 mg/L and 25 mg/L to methyl parathion and atrazine, respectively. The reactor of fixed bed got removal of methyl parathion of 40% in 12 hours of detention hydraulic, in 0,5 g glicose/L. However, when the glucose concentration was doubled the removal of methyl parathion decreased to 35%. In this reactor the pH kept in the acid strip (3,4 - 5,2), considered ideal for the fungi, and conductivity values didn\'t favor the hydrolysis of the insecticide. The found results show the viability of the fungi for removal of those pesticides, considered recalcitrant to the environment.

Este trabalho teve como objetivo estudar e caracterizar filmes de nanocompósitos de polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato combinados com nanopartículas de ouro para aplicação como biossensores eletroquímicos de pesticida. Primeiramente sintetizou-se três filmes a 10 e 25 ºC por voltametria cíclica: polipirrol dopado com índigo carmim (PPi-IC), polipirrol dopado com índigo carmim contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-NPAu) e polipirrol dopado com índigo carmim e dodecilsulfato de sódio, contendo nanopartículas de ouro (PPi-IC-DS-NPAu). Nesses filmes foram realizadas caracterizações estruturais, morfológicas, ópticas e eletroquímicas, utilizando espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia UV-VIS-NIR e voltametria cíclica. Os filmes sintetizados a 10 ºC foram modificados com a enzima acetilcolinesterase (AChE), sendo posteriormente caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e voltametria cíclica. Os resultados obtidos mostraram que a interação da enzima com os filmes de polipirrol é dependente de sua composição. A presença de DS não favoreceu a sua imobilização, sendo assim, os filmes de PPi-IC e PPi-IC-NPAu foram os materiais mais adequados para a imobilização física da AChE, sendo capazes de detectar o pesticida metil paration (MP) através da porcentagem de pesticida inibido pela ação da AChE em relação ao cloreto de acetiltiocolina (ATCl). Essa detecção foi realizada por voltametria cíclica, onde a resposta do biossensor é medida a partir da diminuição da corrente produzida. Isso ocorre porque o MP se encontra em contato com a AChE e inibe a ação da mesma, impedindo a hidrólise da ATCl, o que faz diminuir a corrente, pois não há produção de tiocolina, que é produto da hidrólise e uma espécie eletroativa. Os filmes apresentaram sensibilidades (% de inibição por mmol L-1 de pesticida) de 1,9×106 (R2 0,976) e 2,7×106 (R2 0,964) e limites de detecção de 4,15 e 14,8 ng L-1, para PPi-IC-AChE e PPi-IC-NPAu-AChE respectivamente. / The goal of this work was to study and characterize nanocomposite films of gold nanoparticles with indigo carmine and dodecylsulfate doped polypyrrole for application as electrochemical biosensor for pesticide. Initially, three films were synthesized by cyclic voltammetry at 10 and 25 ºC: polypyrrole doped with indigo carmine (PPy-IC), polypyrrole doped with indigo carmine containing gold nanoparticles (PPy-IC-AuNP) and polypyrrole doped with indigo carmine and sodium dodecylsulfate containing gold nanoparticles (PPy-IC-DS-AuNP). These films were studied by structural, morphological, optical and electrochemical characterization, using infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, UV-VIS-NIR spectroscopy and cyclic voltammetry. The films synthesized at 10 ºC were modified with acetylcholinesterase (AChE) enzyme; followed by characterization with scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and cyclic voltammetry The results showed a preferential immobilization of the enzymes on films without DS, therefore, PPy-IC and PPy-IC-AuNP were the most suitable materials for the physical immobilization of AChE and for detection of methyl parathion (MP) pesticide through the percentage of pesticide inhibited by the action of AChE on acetylthiocholine chloride (ATCl). This detection was carried out by cyclic voltammetry, where the biosensor response is measured as a decrease of the produced current. The decrease in current occurs because MP reaches the AChE, inhibiting the action of the enzyme, avoiding the hydrolysis of ATCl, leading to the decrease of current as no thiocholine (an electroactive specie, product of the hydrolysis) is produced. The films presented sensitivities (inhibition percentage per mmol L-1) of 1.9×106 (R2 0.976) and 2.7×106 (R2 0.964) and detection limits of 4.15 and 14.8 ng L-1 for PPy-IC-AChE and PPy-IC-AuNP-AChE respectively.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to the proximity of crop and fish culture areas, some agrichemicals that could be harmful for fish could enter into fishponds by different ways, such as by leaching through rain. The contamination of the aquatic environment by pesticides is a problem of global importance because of its toxic effects on non-target organisms. These products may affect toxicological endpoints in fish. Among the effects that pesticides can cause fish is the formation of reactive oxygen species (ROS) and changes in antioxidant enzymatic and nonenzyme, which may show a situation of oxidative stress. The formation of ROS may be associated with different pathological processes in fish exposed to pollutants such as pesticides. Several biochemical and physiological responses occur when a pesticide enters the body, resulting in the adaptation of the organism to the contaminant or if the body can not efficiently metabolize these products, they may induce toxicity. Rhamdia quelen (Teleostei) were exposed to sub-lethal concentrations of methyl parathion (MP), a glyphosate based herbicide (Gly), and tebuconazole (Teb). The liver of R. quelen exposed to MP and Teb showed enhanced levels of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), compared to the control fish (56% and 59%, respectively). In contrast, Gly did not alter the TBARS generation. The protein carbonyl content increased only in fish exposed to Teb. Fish exposed to the three agrichemicals showed a significant decrease of catalase activity (52%, 48%, and 67%, respectively) and increased glutathione-S-transferase (57%, 46%, and 160%, respectively) activity. Fish exposed to MP, Gly, and Teb showed higher reduced glutathione (151%, 472%, and 130%, respectively, when compared to the control levels) and ascorbic acid concentrations (121%,102%, and 184%, respectively),while the non-protein thiol content increased only in R. quelen exposed to tebuconazole. Fish exposed to MP and Teb showed several pathological changes in the liver, including hepatocyte degeneration and bile stagnation. The present work reports for the first time the toxicity of the pesticide MP and the fungicide Teb in R. quelen, and as in other works, suggests the relatively lower liver toxicity of Gly for fish. The data presented herein demonstrate that sublethal concentrations of MP and Teb cause changes in oxidative stress parameters as well as hepatic cell injuries in R. quelen, and that these parameters have the potential to be developed as bioindicators of exposure to these agrichemicals. / A contaminação do ambiente aquático por agrotóxicos é um problema de importância mundial, devido ao seu efeito tóxico em organismos não-alvo. Estes produtos podem afetar parâmetros toxicológicos em peixes. Entre os efeitos que os agrotóxicos podem causar em peixes está a formação de espécies reativas de oxigênio (EROs) e alterações em antioxidantes enzimáticos e não-enzimáticos, o que pode evidenciar uma situação de estresse oxidativo. Várias respostas bioquímicas e fisiológicas ocorrem quando um pesticida entra no organismo, resultando na adaptação do organismo ao contaminante ou se o organismo não consegue metabolizar com eficiência estes produtos, os mesmos podem induzir toxicidade. Alevinos de Rhamdia quelen foram expostos a concentrações subletais de parationato metílico (MP), um herbicida a base de glifosato (GLI) e tebuconazole (TEB). O fígado de R. quelen exposto a MP e TEB mostrou um maior nível de substancias reativas do ácido tiobarbitúrico (TBARS), superior nos peixes no grupo controle (56% e 59%, respectivamente). Em contraste, GLI não alterou a produção de TBARS. Ocorreu aumento da carbonilação pretéica apenas nos peixes expostos a TEB. Os peixes expostos aos três agrotóxicos mostraram uma diminuição significativa da atividade da catalase (52%, 48%,e 67%, respectivamente) e aumento da atividade da glutationa-S-transferase (57%, 46% e 160%, respectivamente). Os peixes expostos a MP, GLI e TEB apresentaram um aumento de glutationa reduzida (151%, 472% e 130%, respectivamente, quando comparado com os níveis do grupo controle) e concentrações de ácido ascórbico (121%, 102% e 184%, respectivamente), enquanto que o conteúdo de tióis-não-proteicos aumentou apenas em R. quelen expostos a tebuconazole. Os peixes expostos a MP e TEB mostraram diversas alterações histopatológicas no fígado, incluindo a degeneração dos hepatócitos e estagnação biliar. O presente trabalho relata pela primeira vez a toxicidade dos pesticidas MP e do fungicida TEB em R. quelen, e sugere que a toxicidade de GLI é relativamente menor para os peixes. Os dados apresentados demonstram que concentrações sub-letais de MP, TEB podem causar alterações nos parâmetros de estresse oxidativo, bem como lesões de células hepáticas em R. quelen e que estes parâmetros têm o potencial de serem desenvolvidos como biomarcadores de exposição a esses agrotóxicos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Organophosphorus compounds such as methyl-parathion are used in the various stages of production to control pests both in agricultural activity as in aquaculture. The mechanism of action of this type of compound is the inhibition of the enzyme acetylcholinesterase. The zebrafish (Danio rerio) has been increasingly used as an experimental model in varied fields such as development, genetics and pharmacological research. The methyl-parathion has been characterized as endocrine disruptor of the hypothalamic-pituitary-interrenal axis (HHI). An experiment was carried out of 96 hours of exposure of adult fish to the substance tested, at the concentration of 5.2 mg/L. Was evaluated the whole-body cortisol level in order to measure the endocrine response to a stressful event. Were also investigated the gene expression of glucocorticoid receptor (GR), steroidogenic acute regulatory protein (StAR) and heat shock protein 70 (HSP 70). Fish exposed that have undergone a stressor event demonstrated low levels of cortisol. In addition, the fish stressed and exposed to agro-chemical showed a decreased expression of the StAR, HSP 70 and GR genes. The data indicate that exposure to methyl-parathion causes a decrease in the ability to respond appropriately to a stressor. Fish that have an inability to produce a satisfactory answer by the HHI axis are not able to make the necessary metabolic and ion adjustments for recovery the homeostasis, getting vulnerable to stress caused by aquaculture practices or environmental changes. / Compostos organofosforados como o parationato metílico são utilizados nas diversas etapas de produção para controlar pragas tanto na atividade agrícola como na aquicultura. O mecanismo de ação desse tipo de composto é a inibição da enzima acetilcolinesterase. O peixe-zebra (Danio rerio) vem sendo cada vez mais usado como modelo experimental em variados campos, como desenvolvimento, genética e pesquisa farmacológica. O parationato metílico já foi caracterizado como interruptor endócrino do eixo hipotálamo-hipófise-interrenal (HHI). Foi realizado um experimento de 96 horas de exposição de peixes adultos à substância testada, na concentração de 5,2 mg/L. Foi avaliado o nível de cortisol de corpo inteiro, visando medir a resposta endócrina a um evento estressor. Também foram investigadas a expressão dos genes do receptor de glicocorticoide (GR), da proteína regulatória de esteroidogenese aguda (StAR) e a proteína do choque térmico 70 (HSP 70). Os peixes expostos que foram submetidos a um evento estressor demonstraram baixos níveis de cortisol de corpo inteiro. Além disso, os peixes estressados e expostos ao agroquímico apresentaram uma diminuição da expressão dos genes GR, StAR e HSP 70. Os dados indicam que a exposição ao parationato metílico provoca uma diminuição da capacidade de responder adequadamente a um evento estressor. Peixes que possuem uma incapacidade em produzir uma resposta satisfatória do eixo HHI, não são capazes de realizar os ajustes iônicos e metabólicos necessários à recuperação da homeostase, ficando vulneráveis ao estresse causado pelas práticas aquícolas ou por alterações ambientais.

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The matrix effect in pesticide quantification was evaluated and the results showed an enhanced chromatographic response for the parathion methyl in all the concentrations evaluated due to interference of endogenous coconut fiber compounds present in the solution after adsorption tests, therefore, the quantification was made using matrix-standard calibration solutions to compensate for matrix-induced effects and to obtain more accurate results. The adsorbent characterization (FTIR, MEV, surface area and pHpcz) showed that coconut fiber surface is composed of very irregular particles, with many cavities (pore diameter: 3.48 nm) and external surface area of 3.64 m2 g -1 . The presence of several functional groups: carboxylate, hydroxyl, carboxyl, among others was observed. The pH at point of zero charge (pHpcz) for the adsorbent was 5.85. The adsorption capacity of the coconut fiber was evaluated under different parameters: adsorbent treatment, adsorbent dosage, contact time and concentration of the pesticide. The adsorbent treatment with water, HCl or NaOH did not affect the adsorption capacity (75.6% of removal was obtained, independently of the treatment). The increasing in the adsorbent dosage of 5 to 20 g L-1 caused an increasing in the adsorption capacity from 25.0% to 76.6%. The adsorption equilibrium process was reached after 90 minutes of contact, with 86.1% of removal. The kinetic study showed that the Avrami kinetic model was the best fit for the experimental data. The adsorption capacity improved as function of the pesticide concentration increasing. The experimental data were fitted to Langmuir, Freundlich and Sips isotherm models and the best fit was obtained with Freundlich and Sips models. The maximum adsorption capacity (Qmax) were 39.8547 mg g-1 . Additional tests showed that the adsorption capacity was slightly affected when using real samples (natural water) in the adsorption experiments (82.24% removal) and presented excellent adsorption capacity when used in an alternative column adsorption procedure (85.73% removal). The results indicate that the coconut fiber has a great potential to be used as adsorbent material for the treatment of water contaminated with the pesticide methyl parathion. / Neste trabalho foi estudada a utilização da fibra de coco (mesocarpo do fruto de Cocos nucifera L.) como adsorvente para a remoção do agrotóxico parationa metílica de meio aquoso. A metodologia analítica empregada para quantificar o agrotóxico nos estudos de adsorção foi baseada nas técnicas de extração em fase sólida (SPE) e cromatografia gasosa com detecção por captura de elétrons (GC/ECD). O método foi validado e apresentou boa performance analítica em termos de seletividade, linearidade, exatidão (recuperação: 100,4%), precisão (coeficiente de variação: 9,63%), limites de detecção (0,003 mg L-1 ) e quantificação (0,010 mg L-1 ). Foi avaliado o efeito de matriz na quantificação do agrotóxico, e os resultados mostraram que ocorreu aumento na resposta cromatográfica para a parationa metílica em todas as concentração avaliadas devido à interferência de compostos endógenos da fibra de coco, presentes na solução após os ensaios de adsorção, desse modo, a quantificação foi realizada utilizando padrões analíticos preparados em extrato branco da matriz para compensar os efeitos de aumento na resposta cromatográfica induzido pela matriz e assim obter resultados quantitativos mais exatos. A caracterização do adsorvente (FTIR, MEV, área superficial e pHpcz) mostrou que a superfície da fibra de coco é constituída de partículas bastante irregulares e com muitas cavidades (diâmetro do poro: 3,48 nm), apresentando área superficial externa de 3,64 m2 g -1 . Foi observada a presença dos grupos funcionais: carboxilato, hidroxila, carboxila, entre outros. O pH no ponto de carga zero (pHpcz) para o adsorvente foi 5,85. A capacidade de adsorção da fibra de coco foi avaliada sob diferentes parâmetros: tratamento do adsorvente, dose de adsorvente, tempo de contato e concentração do agrotóxico. O tratamento do adsorvente com água, HCl ou NaOH não afetou a capacidade de adsorção, obtendo-se cerca de 75,6% de remoção, independentemente do tratamento. O aumento na dose de adsorvente de 5 para 20 g L-1 fez com que a capacidade de adsorção aumentasse de 25,0% para 76,6%. O equilíbrio do processo de adsorção foi alcançado após 90 minutos de contato, com 86,1% de remoção. O estudo cinético do processo mostrou que o modelo cinético de Avrami foi o que melhor ajustou aos dados experimentais. A capacidade de adsorção melhorou em função do aumento na concentração da parationa metílica no meio aquoso. Os dados experimentais foram ajustados às isotermas de Langmuir, Freundlich e Sips, sendo que os melhores ajustes foram observados para os modelos de Freundlich e Sips. A capacidade máxima de adsorção (Qmáx) foi 39,8547 mg g-1 . Ensaios adicionais mostraram que a capacidade de adsorção da fibra de coco foi pouco afetada quando foi utilizada amostra real (água natural) nos ensaios de adsorção (82,24% de remoção) e apresentou excelente capacidade de adsorção quando empregado em procedimento alternativo de adsorção em coluna (85,73% de remoção). Os resultados obtidos indicam que a fibra de coco pode ser utilizada como material adsorvente no tratamento de meio aquoso contaminado com o agrotóxico parationa metílica.