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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.60.2018.tde-22052018-152222
Document
Author
Full name
Flavia Renata Abe
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2017
Supervisor
Committee
Oliveira, Danielle Palma de (President)
Oliveira, Gisele Augusto Rodrigues de
Garbellini, Carolina Patricia Aires
Gravato, Carlos Alexandre Sarabando
Oliveira, Rhaul de
Title in Portuguese
Avaliação ecogenotoxicológica de corante natural extraído de micro-organismo
Keywords in Portuguese
Basic red 51; Daphnídeos; Epiderme humana equivalente; Eritrostominona; Fotodegradação; Hepatócitos humanos; Zebrafish
Abstract in Portuguese
Os corantes sintéticos são amplamente empregados em indústrias têxteis, de cosméticos, alimentícia, farmacêutica, dentre diversas outras. Entretanto, vários destes compostos apresentam elevada toxicidade intrínseca, e são precursores de intermediários tóxicos e/ou mutagênicos gerados durante a metabolização. Portanto, o emprego de corantes naturais destaca-se como uma alternativa aos sintéticos, na busca por compostos seguros para a saúde humana e ambiental. Neste contexto, no presente trabalho nós investigamos o potencial toxicológico e ecotoxicológico do corante natural eritrostominona (Ery), uma naftoquinona extraída de micro-organismo, utilizando modelos alternativos à experimentação animal. Adicionalmente, foi avaliada a ecotoxicidade do Basic Red 51 (BR51), um corante sintético azo utilizado em indústrias têxteis e de cosméticos, e do Ery degradado (EryD) após a exposição à luz, visando uma alternativa simples para o tratamento de efluentes industriais contendo o corante. As avaliações ecotoxicológicas foram realizadas em diferentes níveis tróficos: nos microcrustáceos Daphnia magna e nos estágios iniciais de desenvolvimento de zebrafish (Danio rerio). As avaliações toxicológicas do Ery foram realizadas em linhagem hepatocelular humana (HepG2) como órgão-alvo de metabolização de xenobióticos, e em epiderme humana equivalente (EHE), um modelo 3D construído com queratinócitos humanos imortalizados (HaCaT), visto que é esperado o contato dérmico devido ao potencial uso como corante de cosmético. Nossos resultados mostraram que o Ery e o BR51 são tóxicos para D. magna e zebrafish. O BR51 induziu alterações na imobilidade, na reprodução, no consumo de oxigênio e no comportamento de D. magna em concentrações até 200 vezes superiores às do Ery capazes de alterar a imobilidade, reprodução e comportamento. Todavia, para embriões e larvas de zebrafish ambos os corantes apresentaram efeitos tóxicos em concentrações próximas, com alterações do desenvolvimento embrionário e do comportamento, indução de efeitos pró-oxidantes e alterações no balanço energético dos organismos. O EryD interessantemente não apresentou nenhum efeito tóxico para os organismos aquáticos, demonstrando que a luz foi capaz de reduzir e/ou inativar a toxicidade da estrutura inicial. Para as linhagens celulares humanas, o Ery foi citotóxico para HepG2, tendo a apoptose como a principal causa de morte celular. O Ery também causou um atraso no ciclo celular de HepG2, em particular na fase da mitose (G2/M), diminuindo a proliferação das células. Por outro lado, o Ery não apresentou potencial genotóxico e mutagênico para HepG2 e não induziu citotoxicidade e genotoxicidade após exposições por períodos curtos em EHE. Em conclusão, o Ery e o BR51 são classificados como tóxicos e muito tóxicos para o ambiente aquático, respectivamente. O Ery também induz efeitos pró-apoptóticos, o qual pode estar ligado à estrutura química das quinonas. No entanto, o Ery apresenta potencial aplicabilidade industrial como um corante eco-friendly, com destaque para a simples e rápida fotodegradação, e como um corante não genotóxico e mutagênico para células humanas. Avaliações adicionais sobre os mecanismos de apoptose devem ser realizadas para assegurar a segurança à saúde humana
Title in English
Ecogenotoxicological evaluation of natural dye extracted from microorganism
Keywords in English
Basic red 51; Daphnidae; Erythrostominone; Human epidermis; Human hepatocytes; Photodegradation; Zebrafish
Abstract in English
Synthetic dyes are widely used by textiles, cosmetic, food and pharmaceutical industries. However, several compounds have high inherent toxicity, and many are precursors of mutagenic and/or carcinogenic intermediates produced during metabolism. Thereby, the use of natural dyes became an alternative to the synthetic ones, in search of safe compounds for human and environmentl health. In this context, we aimed to investigate the toxicological and ecotoxicological potential of the natural dye erythrostominone (Ery), a naphthoquinone compound extracted from microorganism, using alternative methods to animal experimentation. Additionally, it was assessed the ecotoxicity of the Basic Red 51 (BR51), an azo synthetic dye used bu cosmetic and textile industries, and the Ery degraded (EryD) after exposure to light, aiming an easy alternative to industrial effluent treatments containing the dye. Ecotoxicological assessment was performed at different trophic levels: in the microcrutaceans Daphnia magna and in zebrafish (Danio rerio) early life stages. Toxicological assessment of Ery was also performed in human hepatocellular line (HepG2) as target organ of xenobiotic metabolism, and in equivalent human epidermis (EHE), a 3D model constructed with immortalized human keratinocytes (HaCaT), since dermal contact is expected due to potential use as cosmetic dye. Our results showed that Ery and BR51 are toxic for D. magna and zebrafish. BR51 induced alterations in immobility, reproduction, oxygen uptake and behavior of D. magna at concentrations up to 200-fold higher than those of Ery able to impair immobility, reproduction and behavior. However, for zebrafish embryos and larvae, both dyes showed toxic effects at close concentrations, with changes in embryo development and behavior, induction of pro-oxidant effects and changes in the energy balance of organisms. Interestingly, EryD showed no toxic effect on aquatic organisms, demonstrating that light was able to reduce and/or inactivate the toxicity of the initial chemical structure. For human cell lines, Ery showed to be cytotoxic to HepG2, with apoptosis being the main source of cell death. Ery also induced a delay in HepG2 cell cycle, particularly in the mitosis phase (G2/M), decreasing cell proliferation. On the other hand, Ery presented no genotoxic and mutagenic potential for HepG2 and did not induce cytotoxicity and genotoxicity after short-term exposure to EHE. In conclusion, Ery and BR51 are classified as toxic and very toxic to the aquatic environment, respectively. Ery also induces pro-apoptotic effects, which may be linked to the chemical structure of quinones. Therefore, Ery presents potential industrial applicability as an eco-friendly dye, highlighting the easy and rapid photodegradation, and the non-genotoxic and mutagenic effects for human cells. Further assessment of apoptosis mechanisms should be performed to ensure safety to human health
 
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Release Date
2020-05-21
Publishing Date
2018-06-28
 
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