O material particulado (MP) atmosférico é associado a vários agravos e doenças, sendo recentemente classificado como carcinogênico para humanos (Grupo 1) pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC). Embora sua toxicidade, incluindo a genotoxicidade, esteja reconhecidamente ligada ao tamanho das partículas, a contribuição da sua composição química para esses efeitos ainda não está completamente elucidada. O tamanho e a composição das partículas são influenciados por características meteorológicas e climáticas, com destaque para a temperatura e o período de radiação solar. O teste Salmonella/microssoma é o mais utilizado para avaliação da mutagenicidade de amostras de MP, contudo um número reduzido de linhagens é usado. Assim, o objetivo desse estudo foi investigar e comparar a influência das diferentes condições atmosféricas e climáticas das cidades de Limeira (Brasil), Estocolmo (Suécia) e Quioto (Japão) nos perfis de mutagenicidade, utilizando 11 linhagens com diferentes seletividades, e nos perfis de composição química de amostras compostas de partículas totais em suspensão (PTS) coletadas durante o inverno dessas cidades. Para que os resultados pudessem ser diretamente comparados foi adotada a mesma metodologia, incluindo o procedimento de amostragem, o método de preparo de amostra, o protocolo do teste de mutagenicidade e as técnicas de análises químicas para identificação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e de seus derivados alquilados. Limeira apresentou a maior concentração de PTS (99,0 µg/m3), seguida por Quioto (28,0 µg/m3) e Estocolmo (6,2 µg/m3). Apesar da concentração de PTS em Limeira ser 16 vezes maior que em Estocolmo e 3,5 vezes maior que em Quioto, as porcentagens de material orgânico extraído (MOE) obtidas foram 9, 15 e 5%, respectivamente. Os extratos das amostras de PTS coletadas nas três cidades apresentaram atividade mutagênica para todas as linhagens, tanto na ausência quanto na presença de S9, com exceção da TA102 que não detectou a atividade mutagênica em nenhum dos extratos, e para YG7108 na presença de S9, apenas para a amostra de Limeira. Apesar das diferenças nas condições meteorológicas e climáticas dessas cidades, seus perfis de mutagenicidade foram semelhantes. A menor potência mutagênica para a YG7108 na ausência de S9 e a ausência de mutagenicidade na presença de S9 revela a menor contribuição de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Limeira em relação as demais cidades. Considerando a seletividade das linhagens utilizadas, foi observado maior contribuição de compostos que causam danos oxidativo ao DNA e de agentes alquilantes para a mutagenicidade da amostra de Quioto. Porém, de acordo com as respostas das linhagens que possuem atividade aumentada das enzimas nitroredutase (NR) e/ou O-acetiltransferase (OAT), YG1021, YG1024 e YG1041, revelam a maior contribuição de nitroarenos e aminas aromáticas para a mutagenicidade das três cidades, com destaque para aqueles mutágenos que dependem da ativação via OAT. As potências mutagênicas expressadas em função da massa de MOE (rev./µg MOE) foram similares para todas as amostras. Quando expressas por volume de ar (rev./m3), as potências mutagênicas foram proporcionais às concentrações de PTS das três cidades (Limeira > Quioto > Estocolmo). Quando aplicadas as razões diagnósticas foi possível verificar uma mistura de fontes de poluição em Limeira e Estocolmo. As razões diagnósticas dos HPA indicam que a amostra de Limeira é composta por partículas frescas, com um leve predomínio de fontes de combustão. A amostra de Estocolmo apresenta partículas envelhecidas e com predomínio de fontes petrogênicas. Esse resultado foi inesperado, uma vez que as condições atmosféricas de Limeira são mais favoráveis ao envelhecimento das partículas que as de Estocolmo. O estudo do transporte das massas de ar explica, pelo menos em parte, a presença de partículas envelhecidas na amostra de Estocolmo. Sugere também que a redução das concentrações de HPA em Limeira depende do controle das fontes locais, enquanto em Estocolmo o controle das fontes locais não seria eficiente na diminuição desses poluentes. Em paralelo a avaliação das amostras de PTS, foi desenvolvido um novo protocolo miniaturizado do teste Salmonella/microssoma em microssuspensão. O protocolo utilizando microplacas de 12 poços foi validado empregando treze compostos mutagênicos testados com três linhagens de Salmonella selecionadas baseadas em suas diferentes frequências de reversão espontânea (baixa, média e alta). Tanto o teste miniaturizado em microplacas de ágar (MPA) quanto o em microssuspensão apresentaram sensibilidades semelhantes, concluindo que o MPA é uma ferramenta promissora e pode ser particularmente adequado para estudos ambientais como Análise Dirigida pelo Efeito (EDA) ou programas de monitoramento. / Atmospheric particulate matter (PM) is associated with various diseases and has recently been classified as carcinogenic to humans (Group 1) by the International Agency for Research on Cancer (IARC). Although the PM toxicity, including genotoxicity, is known to be related to particle size, the contribution of its chemical composition to the observed effects has not yet been fully elucidated. The size and composition of the particles are influenced by meteorological and climatic characteristics, especially the temperature and the period of solar radiation. The Salmonella/microsome assay is the most used for the evaluate of the mutagenicity of PM samples, however a small number of strains are used. The objective of this study was to investigate and compare the influence of the different atmospheric and climatic conditions of the cities of Limeira (Brazil), Stockholm (Sweden) and Kyoto (Japan) on mutagenicity profiles, using 11 strains with different selectivity, and chemical composition profiles of total particles suspended (TPS) composed samples collected during the winter of these cities. For the results to be directly compared, the same methodology was adopted, including the sampling procedure, the sample preparation protocol, the mutagenicity test protocol, and the chemical analysis techniques for the identification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and their alkylated derivatives. Limeira presented the highest concentration of TPS (99.0 µg/m3), followed by Kyoto (28.0 µg/m3) and Stockholm (6.2 µg/m3). Although the TPS concentration in Limeira was 16-fold higher than in Stockholm and 3.5-fold higher than in Kyoto, the percentage of extracted organic material (EOM) obtained was 9, 15 and 5%, respectively. The extracts from the TPS samples collected in the three cities presented mutagenic activity for all strains, both in the absence and presence of S9, except for TA102 that did not detect the mutagenic activity in any of the extracts, and for YG7108 in the presence of S9, only for the Limeira sample. Despite the differences in meteorological and climatic conditions of these cities, their mutagenicity profiles were similar. The lower mutagenic potency for YG7108 in the absence of S9 and the non-mutagenicity in the presence of S9 reveals the lower contribution of alkylating agents to the mutagenicity of the Limeira sample in relation to the other cities. Considering the selectivity of the strains used, we can also observe a greater contribution of compounds that cause DNA oxidative damage and of alkylating agents for the mutagenicity of the Kyoto sample. However, according to the responses of the strains that have increased activity of the nitroreductase (NR) and/or O-acetyltransferase (OAT) enzymes, YG1021, YG1024 and YG1041, show the highest contribution of nitroarenes and aromatic amines for the mutagenicity of the three cities, with emphasis on those mutagens that depend on OAT activation. The mutagenic potencies expressed as a function of EOM mass (rev./µg EOM) were similar for all samples. When expressed by air volume (rev./m3), the mutagenic potencies were proportional to TPS concentrations of the three cities (Limeira> Kyoto> Stockholm). When applying the diagnostic ratios, it was possible to verify a mixture of sources of pollution in Limeira and Stockholm. The diagnostic ratios of the PAH indicate that Limeira sample is composed of fresh particles with a slight predominance of combustion sources. The Stockholm sample present aged particles with a predominance of petrogenic sources. This result was unexpected, since Limeira\'s atmospheric conditions are more favorable to particle aging than Stockholm\'s. The study of the transport of air masses explains, at least in part, the presence of aged particles in the Stockholm sample. It also suggests that the reduction of PAH concentrations in Limeira depends on the control of local sources, while in Stockholm control of local sources would not be efficient in reducing these pollutants. In parallel to the evaluation of the TPS samples, a new miniaturized protocol of the Salmonella/microsome assay in microsuspension was also developed. The protocol using 12-well microplates was validated by employing thirteen mutagenic compounds tested with three selected Salmonella strains based on their different spontaneous reversion frequencies (low, medium and high). Both the miniaturized microplate agar (MPA) and the microsuspension assay presented similar sensitivities, concluding that MPA is a promising tool and can be particularly suitable for environmental studies such as effect-directed analysis (EDA) or monitoring programs.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-18062018-113553 |
| Date | 11 May 2018 |
| Creators | Bianca de Souza Maselli |
| Contributors | Fábio Kummrow, Ana Paula de Melo Loureiro, Luciana Varanda Rizzo |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Toxicologia e Análises Toxicológicas, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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