Efeitos das nanopartículas de prata micogênicas e da combinação de nanopartículas de grafeno e cádmio sobre o metabolismo e a atividade de natação de Geophagus brasiliensis. - Hanamulamba, Pinto Leonidio [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A nanotecnologia tem desempenhado um papel crucial na modernização e, em alguns casos, na transformação de diversos setores tecnológicos e industriais. Contudo, o avanço dessas aplicações acarreta riscos ambientais, especialmente relacionados às etapas de produção e descarte de nanomateriais. Isso sublinha a urgência de desenvolver diretrizes específicas, protocolos experimentais rigorosos e projetos de estudo voltados para a pesquisa ambiental desses materiais, dado que as propriedades únicas dos materiais em nanoescala representam desafios significativos na avaliação toxicológica. A complexidade dos ambientes aquáticos e a coexposição de poluentes, considerando suas características físicas e químicas, indicam que as misturas de contaminantes podem causar impactos mais severos do que os metais isolados. Por esse motivo, ainda existem lacunas significativas no conhecimento sobre as interações e os mecanismos de toxicidade combinada de GO e Cd em organismos aquáticos. Investigar os efeitos toxicológicos da exposição única e da coexposição aguda de nanomateriais à base de grafeno e cádmio no metabolismo de rotina da espécie neotropical Geophagus brasiliensis, com foco no consumo de oxigênio e na excreção de amônia foi o objetivo central do estudo. A avaliação foi realizada após a exposição única dos peixes a diferentes concentrações de GO (1, 2,5, 5 e 10 mg/L) e de Cd (0,1, 0,5, 1 e 2 mg/L) e após exposição combinada de Cd + GO nas concentrações (0,1, 0,5, 1 e 2 mg/L de Cd + 1 mg/L de GO), durante quatro distintos períodos, 24, 48, 72 e 96 horas. Experimentos conduzidos em doze (12) grupos, cada um com N=5 indivíduos, incluindo três (3) grupos controle. Os peixes foram mantidos a umatemperatura de 22,5 (±0,5) °C, com comprimento e peso médios de 4,1 (±0,24) cm e 1,24 (±0,32) g. Mediu-se o metabolismo de rotina por meio do consumo de oxigênio utilizando o método de Winkler e a excreção de amônia (NH3) pelo método de Nessler. Os dados foram submetidos à análise estatística com teste paramétrico One-way-ANOVA, seguido pelo teste de comparações de Tukey, com intervalo de confiança p < 0,05 e teste não paramétrico de Kruskal-Wallis e pelo teste de Dunn para detalhar as diferenças entre o grupo controle e asconcentrações estudadas. Não houve morte de nenhum dos espécimes. Para os grupos exposto em GO, em relação ao consumo específico de oxigénio, registou-se uma ligeira diminuição em todas as concentrações após 24 e 48 horas de exposição, mas sem diferenças em relação ao controle, após 72h houve um aumento, exceto na concentração de 2,5 mg/L e para os indivíduos exposto por 96h, houve uma tendência de diminuição das duas concentrações mais baixas e um aumento nas demais concentrações, com destaque na mais alta, 10 mg/L que foi de 83% em relação controle. Em relação a excreção específica da amônia, houve uma ligeira diminuição dos indivíduos expostos na concentração mais baixa e um aumento para os indivíduos expostos nas três maiores concentrações, isso no período de 24h, e para os espécimes expostos por 48, 72 e 96h, se registou uma diminuição de excreção muito acentuada em todas as concentrações, atingindo os 78% e com diferença em relação controle, para todos os grupos exceto o da concentração mais baixo exposto por 48h. Para os espécimes expostos ao Cd, referente ao consumo de oxigênio, houve uma tendência de aumento de consumo em todas as concentrações nas exposições de 24, 48 e 72h, exceto na mais baixa por 24 e 72h e uma diminuição acentuada na exposição de 96h em todas as concentrações e com diferenças em relação ao controle. Para excreção da amônia, houve uma diminuição clara e muito acentuada em todos os grupos expostos à todas as concentrações e períodos, tendo atingido os 96%, todos com diferenças em relação ao controle. Os grupos da exposição combinada de Cd + GO, em relação ao consumo de oxigênio, houve uma tendência de aumento acentuado do consumo nas primeiras 24h para todos os grupos e com realce aos das maiores concentrações (1 e 2 mg/L), que atingiram os 135% e 217%, e uma diminuição de consumo com diferenças em todos os grupos expostos nos períodos de 48, 72 e 96h em comparação ao controle. Para a excreção da amônia na coexposição, os resultados mostraram claramente a tendência de diminuição de excreção para todos os grupos expostos e em todas as concentrações estudadas e tempo de exposição, chagando aos 98% e todas com diferenças significativas em relação ao controle. Concluiu-se que, para a espécie G. brasiliensis, o GO, o Cd e a exposição combinada do Cd + GO causam alterações no metabolismo de rotina, está última demostrou ter efeito mais tóxico. No entanto a exposição combinada entre o metal pesado Cd e o nanomaterial GO, afetou claramente o metabolismo de rotina dos peixes, onde ao fator dependente do aumento das concentrações do metal e tempo de exposição foram registadas baixas muito acentuadas em relação ao consumo oxigênio e da excreção amônia. G. brasiliensis, pode de certa forma ser um excelente bioindicador de contaminantes aquáticos. Esses dados ressaltam a necessidade de mais, estudos, conhecimento e sobre potenciais interações de nanomateriais com contaminantes existentes nos ecossistemas aquáticos e ao mesmo tempo oferece insights valiosos para uma análise crítica, definição dos padrões e avaliação criteriosa dos efeitos isolados e combinados dos NMs e MPs para uma melhor gestão preservação de ecossistemas aquáticos.

Nanotechnology has played a crucial role in the modernization and, in some cases, the transformation of several technological and industrial sectors. However, the advancement of these applications entails environmental risks, especially related to the production and disposal stages of nanomaterials. This highlights the urgency of developing specific guidelines, rigorous experimental protocols and study designs focused on the environmental research of these materials, given that the unique properties of nanoscale materials pose significant challenges in toxicological assessment. The complexity of aquatic environments and the co-exposure of pollutants, considering their physical and chemical characteristics, indicate that mixtures of contaminants can cause more severe impacts than isolated metals. For this reason, there are still significant gaps in knowledge about the interactions and mechanisms of combined toxicity of GO and Cd in aquatic organisms. The main objective of this study was to investigate the toxicological effects of single exposure and acute coexposure of graphene and cadmium-based nanomaterials on the routine metabolism of the Neotropical species Geophagus brasiliensis, focusing on oxygen consumption and ammonia excretion. The evaluation was performed after single exposure of fish to different concentrations of GO (1, 2.5, 5 and 10 mg/L) and Cd (0.1, 0.5, 1 and 2 mg/L) and after combined exposure of Cd + GO at concentrations (0.1, 0.5, 1 and 2 mg/L of Cd + 1 mg/L of GO), for four different periods, 24, 48, 72 and 96 hours. Experiments were conducted in twelve (12) groups, each with N=5 individuals, including three (3) control groups. The fish were kept at a temperature of 22.5 (±0.5) °C, with an average length and weight of 4.1 (±0.24)cm and 1.24 (±0.32) g. Routine metabolism was measured by oxygen consumption using the Winkler method and ammonia (NH3) excretion by the Nessler method. The data were subjected to statistical analysis with a parametric One-way-ANOVA test, followed by Tukey's comparison test, with a confidence interval of p < 0.05 and the nonparametric Kruskal-Wallis test and Dunn's test to detail the differences between the control group and the studied concentrations. There was no death of any of the specimens. For the groups exposed to GO, in relation to specific oxygen consumption, a slight decrease was recorded in all concentrationsafter 24 and 48 hours of exposure, but with no differences in relation t o the control. After 72hours there was an increase, except in the concentration of 2.5 mg/L and for the individuals exposed for 96 hours, there was a tendency for a decrease in the two lowest concentrations and an increase in the other concentrations, with emphasis on the highest, 10 mg/L, which was 83% in relation to the control. In relation to the specific excretion of ammonia, there was a slight decrease in the individuals exposed to the lowest concentration and an increase for the individuals exposed to the three highest concentrations, in the period of 24 hours. For the specimens exposed for 48, 72 and 96 hours, a very sharp decrease in excretion was recorded in all concentrations, reaching 78% and with a difference in relation to the control, for all groups except the one with the lowest concentration exposed for 48 hours. For the specimensexposed to Cd, regarding oxygen consumption, there was a tendency for increased consumption in all concentrations in the 24, 48 and 72h exposures, except for the lowest for 24 and 72h and a sharp decrease in the 96h exposure in all concentrations and withdifferences in relation to the control. For ammonia excretion, there was a clear and very sharp decrease in all groups exposed to all concentrations and periods, having reached 96%, all with differences in relation to the control. In the groups of combined exposure of Cd + GO, in relation to oxygen consumption, there was a tendency for a sharp increase in consumption in the first 24h for all groups and with emphasis on those of the highest concentrations (1 and 2 mg/L), which reached 135% and 217%, and a decrease in consumption with differences in all groups exposed in the periods of 48, 72 and 96h in comparison to the control. For ammonia excretion in co-exposure, the results clearly showed a tendency for decreased excretion for all exposed groups and in all studied concentrations and exposure time, reaching 98% and all with significant differences in relation to the control. It was concluded that, for the species G. brasiliensis, GO, Cd and the combined exposure of Cd + GO cause changes in the routine metabolism, the latter having a more toxic effect. However, the combined exposure between the heavy metal Cd and the nanomaterial G clearly affected the routine metabolism of the fish, where the factor dependent on the increase in metal concentrations and exposure time was recorded very sharp drops in relation to oxygen consumption and ammonia excretion. G. brasiliensis may in some way be an excellent bioindicator of aquatic contaminants. These data highlight the need for more studies, knowledge and potential interactions of nanomaterials with contaminants existing in aquatic ecosystems and at the same time offer valuable insights for a critical analysis, definition of standards and careful evaluation of the isolated and combined effects of NMs and MPs for better management and preservation of aquatic ecosystems.
Effects of mycogenic silver nanoparticles and the combination of graphene and cadmium nanoparticles on the metabolism and swimming activity of Geophagus brasiliensis.
Keywords: Toxicologia ambiental; Materiais nanoestruturados; Metais Pesados; Peixes; Metabolismo; Ecossistemas aquáticos