Activities of oxidative stress- and cell membrane-related enzymes in a freshwater leaf-shredder exposed to uranium

Abstract

Rivers are prone to contamination from agricultural activities, industrial waste and mining, with effects on the biota ranging from the scale of biochemical processes to that of ecosystems. Ongoing climate change requires the replacement of carbon energy sources with alternative energies, and nuclear power is an option. Uranium mining may result in run-off and the contamination of water courses. We investigated the effects of uranium on enzyme activities (cholinesterases (ChEs), Na+K+-ATPase, glutathione S-transferase (GST) and catalase (CAT)) in a freshwater caddisfly shredder Schizopelex festiva exposed to six U concentrations up to 100 μg/l. Enzyme activities and U accumulation were determined at 24 h and 32 d of exposure. We also measured growth rates (32 d) and calculated bioconcentration factors, as the ratio of U in the whole body of the invertebrates to U concentration in the test water. Enzyme activity from 24 h to 32 d was reduced for ChEs (~52 %), GST (~44 %) and CAT (78 %). No change was observed for Na+K+ATPase activities. Enzyme activities for Na+K+ATPase decreased after 32 d only at the highest U concentration. For GST activities, there were significant differences among concentrations for each time, but the treatments did not differ from the control groups. The growth rates of S. festiva under laboratory conditions averaged 6.23 ± 0.66 μg g-1 animal d-1, with no significant differences between treatments and control groups. The ratio of U in the invertebrate body to U concentrations in the water ranged from 211 to 1663, increasing with time and decreasing with the concentration of U in the water. The exposure of S. festiva to U resulted in its accumulation and triggered changes in the activities of some enzymes, but the species was in general tolerant to realistic values observed in the field. If our findings can be extrapolated to other consumers, then larger amounts of U would be needed to cause measurable biological changes.

Os rios são propensos a receber poluentes provenientes das atividades agrícolas, industriais e de mineração, com efeitos na biota que vão desde processos bioquímicos até os ecossistemas. A substituição das fontes de energia do carbono por energias alternativas faz com que a energia nuclear possa ser uma opção frente às alterações climáticas. A mineração do urânio pode resultar no escoamento de metais e contaminação das águas superficiais. Os efeitos do urânio nas atividades enzimáticas das colinesterases (ChEs), Na+K+-ATPase, glutationa S-transferase (GST) e catalase (CAT) foram investigados, usando como organismo-teste o tricóptero Schizopelex festiva, expostos a seis concentrações de até 100 μg/l. Fatores de bioconcentração (relação entre U nos invertebrados e U na água) e taxas de crescimento também foram calculados. As atividades das enzimas e a acumulação de U foram determinadas em 24 h e 32 d. As atividades enzimáticas foram reduzidas de 24 h para 32 d para ChEs (~52 %), GST (~44 %) e CAT (~78 %), enquanto que para a Na+K+ATPase não se observaram diferenças entre os tempos de exposição. As atividades enzimáticas da Na+K+ATPase reduziram após 32 d, mas só na mais alta concentração de U. Para GST, houve diferenças nas atividades enzimáticas entre concentrações de U entre períodos de exposição, mas não se observaram diferenças entre controle (0 μg/l) e as restantes concentrações. As taxas de crescimento de S. festiva foram em média de 6.23 ± 0.66 μg g-1 animal d–1, sem diferenças significativas entre tratamentos. Os fatores de bioconcentração variaram entre 211 e 1663, aumentando com o tempo de exposição e diminuindo com a concentração de U na água. A exposição de S. festiva ao U resultou na sua acumulação e provocou alterações nas atividades de algumas enzimas, mas esta espécie foi em geral tolerante a valores encontrados nas águas superficiais. Se nossos resultados puderem ser estendidos a outros consumidores, quantidades de U superiores às testadas seriam necessárias para causar alterações biológicas mensuráveis.