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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46138| ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-7132-5123 |
| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Embargado |
| Embargo Date: | 2027-03-10 |
| Title: | The use of ecotoxicity and genotoxicity biomarkers to evaluate the effects of pollution on environmental and human health through the application of in vivo and in vitro studies |
| Alternate title (s): | O uso de biomarcadores de ecotoxicidade e genotoxicidade para avaliar os efeitos da poluição na saúde ambiental e humana por meio da aplicação de estudos in vivo e in vitro |
| Author: | Caixeta, Evelyn Siqueira |
| First Advisor: | Pereira, Boscolli Barbosa |
| First coorientator: | Rodrigues, Tamiris Sabrina |
| First member of the Committee: | Santos, Vanessa Santana Vieira |
| Second member of the Committee: | Campos, Carlos Fernando |
| Third member of the Committee: | Campos Júnior, Edimar Olegário de |
| Fourth member of the Committee: | Bravo, João Vitor Meza |
| Summary: | A contaminação da água por substâncias nocivas tornou-se um dos desafios globais mais urgentes. O lançamento de efluentes em rios, por exemplo, é uma grande preocupação ambiental, uma vez que poluentes são lançados em corpos d'água, frequentemente provenientes de atividades industriais, agrícolas e urbanas. Quando esses efluentes não são tratados adequadamente, podem introduzir substâncias perigosas, incluindo metais pesados, produtos farmacêuticos, Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAP) e vários outros poluentes no meio ambiente. Podem também, entrar na cadeia alimentar, representando um risco, mesmo em pequenas concentrações, tanto para a vida aquática quanto para os humanos que dependem do rio para água potável, alimentação e recreação. Assim, no primeiro estudo experimental (Parte 1), comparamos amostras de água e sedimentos coletadas em áreas urbanas de alta ação antropogênica e em áreas periurbanas de baixa ação antropogênica. Utilizamos parâmetros físico-químicos, ensaios de genotoxicidade, bioindicação e testes de toxicidade aguda e crônica de sobrevivência usando Daphnia magna como organismo- modelo em uma avaliação biológica integrada. Os resultados sugerem que não há toxicidade aguda relacionada à exposição a amostras de ambas as áreas. Ainda assim, amostras coletadas em áreas urbanas de alta ação antropogênica foram associadas a efeitos de toxicidade crônica em D. magna. Metais pesados Pb, Cu e Cr foram encontrados em todas as amostras. A pontuação do Índice de Qualidade da Água (IQA) nos mostrou que amostras de locais de alta ação antropogênica foram identificadas como "Ruim", e amostras de locais de baixa ação antropogênica foram identificadas como "Bom". Ephemeroptera, Plecoptera e Odonata, que são organismos muito sensíveis, e estavam amplamente ausentes em áreas de alta ação antropogênica, mostrando que é provável que estejam associados ao IQA. Esses resultados sugerem que, para proteger os recursos hídricos, a vida aquática e a saúde humana, é crucial implementar processos de tratamento de águas residuais mais eficientes e regulamentações mais rigorosas sobre descarte industrial. No segundo estudo experimental (Parte 2), objetivamos estabelecer um protocolo para o uso do peixe-zebra (Danio rerio) como modelo de exposição química ambiental e genotoxicidade, utilizando duas dietas diferentes contendo Benzo[a]pireno (B[a]P), que é frequentemente encontrado em alimentos ou água e pode danificar direta ou indiretamente o DNA, causando alterações na expressão gênica, e levando a mutações e câncer. Embora seus efeitos sejam frequentemente discutidos em termos ecológicos ou médicos, a biologia molecular também oferece insights críticos sobre como os poluentes afetam a vida nos níveis celular e genético. Portanto, este estudo teve como objetivo compreender como esse químico pode levar ao desenvolvimento de diversas doenças humanas usando o peixe-zebra (Danio rerio) como um importante modelo de genotoxicidade e doença, avaliando as alterações na expressão dos genes cyp1a, gclc e ephx1. Em geral, os resultados significativos mostraram que peixes alimentados com uma dieta rica em carboidratos contendo B[a]P apresentaram maior expressão de cyp1a, gclc e ephx1. Considerando as diferenças entre os sexos, as fêmeas apresentaram maior expressão de gclc e ephx1 em comparação aos machos. Esses resultados sugerem que a dieta rica em carboidratos (HC) demonstrou induzir a expressão gênica, consequentemente, um processo inflamatório mais intenso, em comparação com a dieta pobre em carboidratos, em todos os resultados estatisticamente significativos. Em conclusão, ambos os estudos, se combinados, podem levar a métodos inovadores de avaliação de danos ambientais, seja por meio da biotecnologia ou da avaliação ecológica integrada. |
| Abstract: | The contamination of air, water, and soil by harmful substances has become one of the most pressing global challenges. The discharge of effluents into rivers, for example, is a major environmental concern, since pollutants are released into water bodies, often from industrial, agricultural, and urban activities. When these effluents are not properly treated, they can introduce hazardous substances, including heavy metals, pharmaceuticals, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH), and several other chemicals into the environment, or enter the food chain, posing a risk to both aquatic life and humans who rely on the river for drinking water, food, and recreation even in small concentrations. Thus, in the first experimental study (Part 1) we compared water-sediment samples collected in high-anthropogenic urban area and low-anthropogenic peri-urban area. We have used physicochemical parameters, genotoxicity assay, bioindication and acute and surviving chronic toxicity tests using Daphnia magna as organism model in an integrated biological assessment. Results suggest no acute toxicity related to exposure to samples from both areas. Still, samples collected in the high-anthropogenic urban area were associated with chronic toxicity effects in D. magna. Heavy metals Pb, Cu, and Cr were found in all samples. The Water Quality Index (WQI) score showed us that samples from high-anthropogenic sites were identified as “Poor,” and samples from low-anthropogenic sites were identified as “Good.” Ephemeroptera, Plecoptera, and Odonata, which are very sensitive organisms, were largely absent in high-anthropogenic areas, showing that it is likely to be associated with WQI. These results suggest that to protect water resources, aquatic life and human health, it is crucial to implement more efficient wastewater treatment processes and stricter regulations on industrial discharge. In the second experimental study (Part 2), we aimed to establish a protocol for the use of Zebrafish (Danio rerio) as a model of environmental chemical exposure and genotoxicity, using two different diets containing Benzo[a]pyrene (B[a]P), which is frequently found either on food or water, and can directly or indirectly damage DNA, causing alterations on gene expression, leading to mutations and cancer. While its effects are often discussed in ecological or medical terms, molecular biology also offers critical insights into how pollutants affect life at the cellular and genetic levels. Therefore, this study aimed to comprehend how this chemical can lead to the development of several human diseases using Zebrafish (Danio rerio) as an important model of genotoxicity, and disease, evaluating the alterations in the expression of the genes cyp1a, gclc, ephx1. Rpl13a was used as a reference gene. In general, the significant results showed that fish fed with a high carb diet containing B[a]P have an increased expression of cyp1a, gclc, and ephx1. Considering differences among sexes, the females ones have a higher expression of gclc and ephx1 if compared to male ones. These results suggest the high carb diet (HC) has proved to induce the upregulation, and consequently a higher inflammation process, more than the low carb diet in all the statistically significant results. In conclusion, both studies, if combined, could lead to innovative methods of environmental damage assessment, either through biotechnology or ecological assesment. |
| Notes: | Apoio financeiro da Fulbright Brazil e da University of Alabama at Birmingham ( Department of Environmental Health Sciences and Department of Biology - Zebrafish facility) |
| Keywords: | Daphnia Magna Saúde Ambiental Environmental Health Microtox Toxicidade Toxicity Metais Pesados Heavy Metals Genotoxicidade Genotoxicity Expressão Gênica Gene Expression Saúde Humana Human Health Diets Dietas PAH |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA CNPQ::OUTROS::CIENCIAS |
| Subject: | Genética |
| Language: | eng |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Genética e Bioquímica |
| Quote: | CAIXETA, Evelyn Siqueira. The use of ecotoxicity and genotoxicity biomarkers to evaluate the effects of pollution on environmental and human health through the application of in vivo and in vitro studies. 2025. 49 f. Tese (Doutorado em Genética e Bioquímica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.46. |
| Document identifier: | https://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.46 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46138 |
| Date of defense: | 10-Mar-2025 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. ODS::ODS 6. Água potável e saneamento - Garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos. ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis. ODS::ODS 14. Vida na água - Conservação e uso sustentável dos oceanos, dos mares, e dos recursos marinhos para o desenvolvimento sustentável. ODS::ODS 17. Parcerias e meios de implementação - Fortalecer os meios de implementação e revitalizar a parceria global para o desenvolvimento sustentável. |
| Appears in Collections: | TESE - Genética e Bioquímica |
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