ВІДПОВІДІ НА ОКСИДАЦІЙНИЙ СТРЕС У НАЗЕМНИХ МОЛЮСКІВ ЯК БІОМАРКЕРИ ДЛЯ ОЦІНКИ ВПЛИВУ ТОКСИКАНТІВ
DOI:
https://doi.org/10.58407/bht.1.23.4Ключові слова:
біоіндикація, біомаркер, молюски, оксидаційний стрес, равликиАнотація
Останніми роками помітно посилився інтерес до систем біоіндикаторів. Використання біомаркерів оксидаційного стресу становить потенційний інтерес для оцінки впливу забруднювачів або сезонних коливань у тварин в польових умовах. Крім того, взаємодія між ксенобіотиками та компонентами систем антиоксидантного захисту відіграє важливу роль в екотоксикологічній реакції організму на вплив чинників навколишнього середовища.
Мета роботи: оцінка впливу різних типів забруднень на кілька видів равликів з використанням біомаркерів оксидаційного стресу для цілей біомоніторингу.
Методологія. Опрацьовано результати досліджень тварин-індикаторів, що включали різноманітні характеристики з метою оцінки їх як ранній попереджуючий індикаторний організм щодо потенційних ризиків забруднення для населення. Вивчення потенційних програм, визначених для видів-індикаторів, що включають моніторинг навколишнього середовища, виявлення нових потенційно небезпечних впливів у результаті спостереження за змінами в популяціях тварин, а також підтримку оцінки ризиків на кількох етапах процесу.
Наукова новизна роботи полягає у тому, що вперше комплексно вивчено відповіді на оксидаційний стрес у наземних молюсків як біомаркери для оцінки впливу токсикантів.
Висновки. Моніторинг забруднення навколишнього середовища може мати дві головні цілі: кількісно визначити розподіл забруднювача та виміряти його вплив на біоту забруднених середовищ існування. Дедалі більше використання равликів як чутливих біоіндикаторів забруднення навколишнього середовища набуло великого значення та застосування для інтеграції сигналу забруднення на певній території або в певний період часу, якщо є достатні знання про джерела та мобільність забруднювачів в екосистемах, для вивчення кінетики їх поглинання в екосистемах. Фізіологічна реакція равликів на забруднення може водночас відображати якість навколишнього середовища в природно збіднілих екосистемах з метою оцінки впливу ряду забруднювачів. Використання равликів у біотестах на токсичність є важливим методом, оскільки равликів легко культивувати в лабораторії, їх можна тримати на штучних дієтах із бажаною кількістю металів, і вони швидко реагують на забруднення металами в діапазоні сублетальних доз. Кілька видів наземних, прісноводних і морських равликів характеризуються високим потенціалом біомоніторингу та біочутливості. Різні біомаркери, такі як маркери оксидаційного стресу, антиоксидантний захист, експресія білків теплового шоку та металотіонеїнів в організмі, є важливими біомаркерами in vivo для біомоніторингу забруднення. Помічено, що равлики відображають екологічно чистий підхід до біомоніторингу, виявляючи численні фізіологічні, біохімічні, генетичні та гістологічні біомаркери в своєму тілі.
Завантаження
Посилання
Abdel-Halim, K. Y., Abo El-Saad, A. M., Talha, M. M., Hussein, A. A., & Bakry, N. M. (2013). Oxidative stress on land snail Helix aspersa as a sentinel organism for ecotoxicological effects of urban pollution with heavy metals. Chemosphere, 93(6), 1131–1138. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.06.042
Arrighetti, F., Ambrosio, E., Astiz, M., Capítulo, A. R., & Lavarías, S. (2018). Differential response between histological and biochemical biomarkers in the apple snail Pomacea canaliculata (Gasteropoda: Amullariidae) exposed to cypermethrin. Aquatic toxicology (Amsterdam, Netherlands), 194, 140–151. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2017.11.014
Berger, B., & Dallinger, R. (1993). Terrestrial snails as quantitative indicators of environmental metal pollution. Environ. Monit. Assess., 25(1), 65-84. https://doi.org/10.1007/BF00549793
Burger, J., & Gochfeld, M. (2001). On developing bioindicators for human and ecological health. Environmental monitoring and assessment, 66(1), 23–46. https://doi.org/10.1023/a:1026476030728
Callil, C.T., & Junk, W.J., (2001). Aquatic Gastropods as Mercury Indicators in the Pantanal of Poconé Region (Mato Grosso, Brasil). Water, Air & Soil Pollution, 125, 319-330
Campoy-Diaz, A. D., Arribére, M. A., Guevara, S. R., & Vega, I. A. (2018). Bioindication of mercury, arsenic and uranium in the apple snail Pomacea canaliculata (Caenogastropoda, Ampullariidae): Bioconcentration and depuration in tissues and symbiotic corpuscles. Chemosphere, 196, 196–205. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.12.145
Cancio, I., & Cajaraville, M. P. (2000). Cell biology of peroxisomes and their characteristics in aquatic organisms. International review of cytology, 199, 201–293. https://doi.org/10.1016/s0074-7696(00)99005-3
Carbone, D., & Faggio, C. (2019). Helix aspersa as sentinel of development damage for biomonitoring purpose: A validation study. Molecular reproduction and development, 86(10), 1283–1291. https://doi.org/10.1002/mrd.23117
Castaño-Sánchez, A., Hose, G. C., & Reboleira, A. S. P. S. (2020). Ecotoxicological effects of anthropogenic stressors in subterranean organisms: A review. Chemosphere, 244, 125422. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125422
Castro-Vazquez, A., Albrecht, E. A., Vega, I. A., Koch, E., & Gamarra-Luques, C. (2002). Pigmented corpuscles in the midgut gland of Pomacea canaliculata and other Neotropical apple-snails (Prosobranchia, Ampullariidae): a possible symbiotic association. Biocell, 26(1), 101–109
Chevalier, L., Desbuquois, C., Le Lannic, J., & Charrier, M. (2001). Poaceae in the natural diet of the snail Helix aspersa Müller (Gastropoda, Pulmonata). Comptes rendus de l’Academie des sciences. Serie III, Sciences de la vie, 324(11), 979–987. https://doi.org/10.1016/s0764-4469(01)01382-8
Dallinger, R. (1996). Metallothionein research in terrestrial invertebrates: synopsis and perspectives. Comparative biochemistry and physiology. Part C, Pharmacology, toxicology & endocrinology, 113(2), 125–133. https://doi.org/10.1016/0742-8413(95)02078-0
Dallinger, R. (2001). Spectroscopic characterization of metallothionein from the terrestrial snail, Helix pomatia. Eur. J. Biochem., 268(15), 4126-4133 https://doi.org/10.1046/j.1432-1327.2001.02318.x
Deng, P. Y., Shu, W. S., Lan, C. Y., & Liu, W. (2008). Metal contamination in the sediment, pondweed, and snails of a stream receiving effluent from a lead/zinc mine in southern China. Bulletin of environmental contamination and toxicology, 81(1), 69–74. https://doi.org/10.1007/s00128-008-9428-3
Dhiman, V., & Pant, D. (2021). Environmental biomonitoring by snails. Biomarkers, 26(3), 221–239. https://doi.org/10.1080/1354750X.2020.1871514
Elder, J. F., & Collins, J. J. (1991). Freshwater molluscs as indicators of bioavailability and toxicity of metals in surface-water systems. Reviews of environmental contamination and toxicology, 122, 37–79. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3198-1_2
El-Gendy, K. S., Gad, A. F., & Radwan, M. A. (2021). Physiological and behavioral responses of land molluscs as biomarkers for pollution impact assessment: A review. Environmental research, 193, 110558. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110558
El-Gendy, K. S., Radwan, M. A., & Gad, A. F. (2009). In vivo evaluation of oxidative stress biomarkers in the land snail, Theba pisana exposed to copper-based pesticides. Chemosphere, 77(3), 339–344. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.07.015
Gomot, A., Gomot, L., Boukraa, S., Bruckert, S. (1989). Influence of soils on the growth of the land snail Helix aspersa. An experimental study on the absorption route for the stimulating factors. Journal of Molluscan Studies, 55(1), 1-7
Gomot de Vaufleury, A., & Pihan, F. (2000). Growing snails used as sentinels to evaluate terrestrial environment contamination by trace elements. Chemosphere, 40(3), 275–284. https://doi.org/10.1016/s0045-6535(99)00246-5
Gomot-de Vaufleury, A., & Kerhoas, I. (2000). Effects of cadmium on the reproductive system of the land snail Helix aspersa. Bulletin of environmental contamination and toxicology, 64(3), 434–442. https://doi.org/10.1007/s001280000019
Halliwell, B. (1992). Reactive oxygen species and the central nervous system. Journal of neurochemistry, 59(5), 1609–1623. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.1992.tb10990.x
Hanfi, M. Y., Mostafa, M. Y. A., & Zhukovsky, M. V. (2019). Heavy metal contamination in urban surface sediments: sources, distribution, contamination control, and remediation. Environmental monitoring and assessment, 192(1), 32. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7947-5
Hayes, K. A., Cowie, R. H., Thiengo, S. C. (2009). A global phylogeny of apple snails: Gondwanan origin, generic relationships, and the influence of outgroup choice (Caenogastropoda: Ampullariidae). Biological Journal of the Linnean Society, 95, 61-76
Hayes, K. A., Burks, R. L., Castro-Vazquez, A. et al. (2015). Insights from an Integrated View of the Biology of Apple Snails (Caenogastropoda: Ampullariidae). Malacologia, 58(1-2), 245–302. https://doi.org/10.4002/040.058.0209
Hoang, T. C., Rogevich, E. C., Rand, G. M., Gardinali, P. R., Frakes, R. A., & Bargar, T. A. (2008). Copper desorption in flooded agricultural soils and toxicity to the Florida apple snail (Pomacea paludosa): implications in Everglades restoration. Environmental pollution (Barking, Essex: 1987), 154(2), 338–347. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.09.024
Ismert, M., Oster, T., & Bagrel, D. (2002). Effects of atmospheric exposure to naphthalene on xenobiotic-metabolising enzymes in the snail Helix aspersa. Chemosphere, 46(2), 273–280. https://doi.org/10.1016/s0045-6535(01)00124-2
Koivula, M. J., & Eeva, T. (2010). Metal-related oxidative stress in birds. Environmental pollution (Barking, Essex: 1987), 158(7), 2359–2370. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2010.03.013
Kurhaluk, N., Tkachenko, H., & Kamiński, P. (2022). Biomarkers of oxidative stress, metabolic processes, and lysosomal activity in the muscle tissue of the great tit (Parus major) living in sodium industry and agricultural areas in Inowrocław region (central part of northern Poland). Environmental research, 210, 112907. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.112907
Kurhaluk, N., & Tkachenko, H. (2022). Habitat-, age-, and sex-related alterations in oxidative stress biomarkers in the blood of mute swans (Cygnus olor) inhabiting pomeranian coastal areas (Northern Poland). Environmental science and pollution research international, 29(18), 27070–27083. https://doi.org/10.1007/s11356-021-18393-3
Laskowski, R. and Hopkin, S.P. (1996) Effect of Zn, Cu, Pb, and Cd on Fitness in Snails (Helix aspersa). Ecotoxicology and Environmental Safety, 34, 59-69. https://doi.org/10.1006/eesa.1996.0045
Leomanni, A., Schettino, T., Calisi, A., Gorbi, S., Mezzelani, M., Regoli, F., & Lionetto, M. G. (2015). Antioxidant and oxidative stress related responses in the Mediterranean land snail Cantareus apertus exposed to the carbamate pesticide Carbaryl. Comparative biochemistry and physiology. Toxicology & pharmacology: CBP, 168, 20–27. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2014.11.003
Lock, E. A., Mitchell, A. M., & Elcombe, C. R. (1989). Biochemical mechanisms of induction of hepatic peroxisome proliferation. Annual review of pharmacology and toxicology, 29, 145–163. https://doi.org/10.1146/annurev.pa.29.040189.001045
Mleiki, A., Irizar, A., Zaldibar, B., El Menif, N. T., & Marigómez, I. (2016). Bioaccumulation and tissue distribution of Pb and Cd and growth effects in the green garden snail, Cantareus apertus (Born, 1778), after dietary exposure to the metals alone and in combination. The Science of the total environment, 547, 148–156. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.12.162
Mleiki, A., Marigómez, I., & El Menif, N. T. (2015). Effects of Dietary Pb and Cd and Their Combination on Glutathion-S-Transferase and Catalase Enzyme Activities in Digestive Gland and Foot of the Green Garden Snail, Cantareus apertus (Born, 1778). Bulletin of environmental contamination and toxicology, 94(6), 738–743. https://doi.org/10.1007/s00128-015-1542-4
Mleiki, A., Marigómez, I., & El Menif, N. T. (2017). Green garden snail, Cantareus apertus, as biomonitor and sentinel for integrative metal pollution assessment in roadside soils. Environmental science and pollution research international, 24(31), 24644–24656. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0091-2
Moore, M. N., Depledge, M. H., Readman, J. W., & Paul Leonard, D. R. (2004). An integrated biomarker-based strategy for ecotoxicological evaluation of risk in environmental management. Mutation research, 552(1-2), 247–268. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2004.06.028
Notten, M. J., Oosthoek, A. J., Rozema, J., & Aerts, R. (2006). Heavy metal pollution affects consumption and reproduction of the landsnail Cepaea nemoralis fed on naturally polluted Urtica dioica leaves. Ecotoxicology (London, England), 15(3), 295–304. https://doi.org/10.1007/s10646-006-0059-3
Radwan, M. A., El-Gendy, K. S., & Gad, A. F. (2020). Biomarker responses in terrestrial gastropods exposed to pollutants: A comprehensive review. Chemosphere, 257, 127218. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127218
Radwan, M. A., El-Gendy, K. S., & Gad, A. F. (2010a). Biomarkers of oxidative stress in the land snail, Theba pisana for assessing ecotoxicological effects of urban metal pollution. Chemosphere, 79(1), 40–46. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.01.056
Radwan, M. A., El-Gendy, K. S., & Gad, A. F. (2010b). Oxidative stress biomarkers in the digestive gland of Theba pisana exposed to heavy metals. Archives of environmental contamination and toxicology, 58(3), 828–835. https://doi.org/10.1007/s00244-009-9380-1
Regoli, F., Frenzilli, G., Bocchetti, R., Annarumma, F., Scarcelli, V., Fattorini, D., & Nigro, M. (2004). Time-course variations of oxyradical metabolism, DNA integrity and lysosomal stability in mussels, Mytilus galloprovincialis, during a field translocation experiment. Aquatic toxicology (Amsterdam, Netherlands), 68(2), 167–178. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2004.03.011
Regoli, F., Gorbi, S., Fattorini, D., Tedesco, S., Notti, A., Machella, N., Bocchetti, R., Benedetti, M., & Piva, F. (2006). Use of the land snail Helix aspersa as sentinel organism for monitoring ecotoxicologic effects of urban pollution: an integrated approach. Environmental health perspectives, 114(1), 63–69. https://doi.org/10.1289/ehp.8397
Regoli, F., Gorbi, S., Frenzilli, G., Nigro, M., Corsi, I., Focardi, S., & Winston, G. W. (2002). Oxidative stress in ecotoxicology: from the analysis of individual antioxidants to a more integrated approach. Marine environmental research, 54(3-5), 419–423. https://doi.org/10.1016/s0141-1136(02)00146-0
Regoli, F., Gorbi, S., Machella, N., Tedesco, S., Benedetti, M., Bocchetti, R., Notti, A., Fattorini, D., Piva, F., & Principato, G. (2005). Pro-oxidant effects of extremely low frequency electromagnetic fields in the land snail Helix aspersa. Free radical biology & medicine, 39(12), 1620–1628. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2005.08.004
Regoli, F., Winston, G. W., Gorbi, S., Frenzilli, G., Nigro, M., Corsi, I., & Focardi, S. (2003). Integrating enzymatic responses to organic chemical exposure with total oxyradical absorbing capacity and DNA damage in the European eel Anguilla anguilla. Environmental toxicology and chemistry, 22(9), 2120–2129. https://doi.org/10.1897/02-378
Regoli, F. (2000). Total oxyradical scavenging capacity (TOSC) in polluted and translocated mussels: a predictive biomarker of oxidative stress. Aquatic toxicology (Amsterdam, Netherlands), 50(4), 351–361. https://doi.org/10.1016/s0166-445x(00)00091-6
Scheifler, R., de Vaufleury, A., Coeurdassier, M., Crini, N., & Badot, P. M. (2006). Transfer of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn in a soil-plant-invertebrate food chain: a microcosm study. Environmental toxicology and chemistry, 25(3), 815–822. https://doi.org/10.1897/04-675r.1
Snyman, R. G., Reinecke, S. A., & Reinecke, A. J. (2000). Hemocytic lysosome response in the snail Helix aspersa after exposure to the fungicide copper oxychloride. Archives of environmental contamination and toxicology, 39(4), 480–485. https://doi.org/10.1007/s002440010130
Stohs, S. J., Bagchi, D., Hassoun, E., & Bagchi, M. (2000). Oxidative mechanisms in the toxicity of chromium and cadmium ions. Journal of environmental pathology, toxicology and oncology, 19(3), 201–213
Stohs, S. J., Bagchi, D., Hassoun, E., & Bagchi, M. (2001). Oxidative mechanisms in the toxicity of chromium and cadmium ions. Journal of environmental pathology, toxicology and oncology, 20(2), 77–88
Tkachenko, H., & Kurhaluk, N. (2012). Pollution-induced oxidative stress and biochemical parameter alterations in the blood of white stork nestlings Ciconia ciconia from regions with different degrees of contamination in Poland. Journal of environmental monitoring : JEM, 14(12), 3182–3191. https://doi.org/10.1039/c2em30391d
Valko, M., Morris, H., & Cronin, M. T. (2005). Metals, toxicity and oxidative stress. Current medicinal chemistry, 12(10), 1161–1208. https://doi.org/10.2174/0929867053764635
Van der Schalie, W. H., Gardner, H. S., Jr, Bantle, J. A., De Rosa, C. T., Finch, R. A., Reif, J. S., Reuter, R. H., Backer, L. C., Burger, J., Folmar, L. C., & Stokes, W. S. (1999). Animals as sentinels of human health hazards of environmental chemicals. Environmental health perspectives, 107(4), 309–315. https://doi.org/10.1289/ehp.99107309
Vareda, J. P., Valente, A. J. M., & Durães, L. (2019). Assessment of heavy metal pollution from anthropogenic activities and remediation strategies: A review. Journal of environmental management, 246, 101–118. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.05.126
Vega, I. A., Arribére, M. A., Almonacid, A. V., Ribeiro Guevara, S., & Castro-Vazquez, A. (2012). Apple snails and their endosymbionts bioconcentrate heavy metals and uranium from contaminated drinking water. Environmental science and pollution research international, 19(8), 3307–3316. https://doi.org/10.1007/s11356-012-0848-6
Xu, Y., Li, A. J., Li, K., Qin, J., & Li, H. (2017). Effects of glyphosate-based herbicides on survival, development and growth of invasive snail (Pomacea canaliculata). Aquatic toxicology (Amsterdam, Netherlands), 193, 136–143. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2017.10.011
Downloads
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Biota. Human. Technology
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
