Micropoluentes emergentes : potencial genotóxico de nanopartículas de óxidos metálicos

Abstract

As nanopartículas óxido-metálicas (NPs) estão sendo cada vez mais aplicadas em diferentes atividades industriais e em produtos de uso cotidiano por suas propriedades químicas e físicas. Essas distintas aplicações fazem das NPs produtos inerentes ao depósito no ambiente e que apresentam uma possível via de interação com a biota e os seres humanos, sendo classificadas como Micropoluentes Emergentes (MEs). Em virtude de seu tamanho nanométrico, esses MEs têm alta propensão de penetrar as células e interagir com macromoléculas de organismos da biota aquática ou terrestre por diferentes vias de exposição (inalação, ingestão, absorção dérmica e via branquial) podendo causar estresse oxidativo, citotoxicidade, genotoxicidade e carcinogênese. Apesar disto, os riscos à saúde e ao ambiente ainda estão sendo investigados por meio de estudos nanoecotoxicológicos. Compreender o efeito das NPs explorando sua ação sobre os organismos e sistemas biológicos é fundamental, visto que não há regulamentações específicas para estes nanomateriais. Frente a essas evidências, o presente estudo analisou a citotoxicidade e mutagênese de NPs de óxido de níquel (NiO-NP) e óxido de zinco (ZnO-NP) através do ensaio Salmonella/microssoma modificado. Foram empregadas linhagens de Salmonella enterica sorovar Typhi, auxotróficas para histidina, que medem erros no quadro de leitura (TA97a e TA98) e substituição de pares de bases do DNA (TA100 e TA102). Os resultados indicaram atividade mutagênica para ambas NPs nas condições analisadas, exceto para TA102 em ausência de metabolização. Em pH neutro, NiO-NP e ZnO-NP induziram respostas com mecanismos mutagênicos similares, com maior indução indireta através da geração de metabólitos (TA97a-S9; TA98+S9; TA100±S9; e TA102+S9). Em pH ácido, ambas NPs induziram respostas diretas e indiretas do tipo substituição de pares de bases (TA100±S9 e TA102+S9). No entanto, para NiO-NP foi observada mutagênese por erro no quadro de leitura, direta e indireta (TA97a±S9 e em TA98+S9), enquanto ZnO-NP induziu somente mutagênese direta (TA97a-S9 e TA98-S9). Foi possível evidenciar, no conjunto de dados, maior presença de dano direto frente a linhagem TA97a, sensível a metais, sendo que em pH neutro a mutagênese foi mais significativa do que na condição acidificada. Ainda assim, as linhagens que medem substituição de pares de bases mostraram respostas mais elevadas, diretas e indiretas frente a linhagem TA100, ou somente ativadas por mecanismos de metabolização para a linhagem sensível a estresse oxidativo (TA102). Os resultados obtidos neste estudo indicam a atividade citotóxica e mutagênica de NPs de óxidos metálicos sobre as linhagens Salmonella e sugerem diferentes modos de ação dessas NPs sobre o material genético e celular.

Metal oxide nanoparticles (NPs) are being increasingly applied in different industrial activities and in products for everyday use, because of their chemical and physical properties. Due to these different applications, NPs are products inherent to deposition in the environment, and they present a possible route of interaction with the biota and human beings. They are classified as Emerging Micropollutants (EMs). Because of their nanometric size, these EMs have a high propensity to penetrate cells and interact with the macromolecules of aquatic or terrestrial biota organisms by different routes of exposure (inhalation, ingestion, and dermal absorption), causing oxidative stress, cytotoxicity, genotoxicity, and carcinogenesis. Despite this, risks to health and the environment are still being investigated through nanoecotoxicological studies. It is essential to understand the effects of the NPs, exploring their action on the organisms and biological systems, since there are no specific regulations for these nanomaterials. In face of this evidence, the present study analyzed the cytotoxicity and mutagenesis of Nickel Oxide (NiO-NP) and Zinc Oxide (ZnO-NP) NPs using a modified Salmonella/microsome assay. Strains of Salmonella enterica sorovar Typhi were used, auxotrophic for histidine, that measure frameshift errors (TA97a and TA98) and base pair substitution of DNA (TA100 and TA102). The results indicated mutagenic activity for both NPs under the conditions analyzed, except for TA102, in the absence of metabolization. In a neutral pH, NiO-NP and ZnO-NP induced responses with similar mutagenic mechanisms, with a greater indirect induction by the generation of metabolites (TA97a-S9; TA98+S9; TA100±S9; and TA102+S9). In acid pH, both NPs induced responses of the base pair substitution type, depending or not on metabolization (TA100±S9 and TA102+S9). Nevertheless, for NiO-NP mutagenesis by direct and indirect frameshift error was observed (TA97a±S9 and in TA98+S9), while ZnO-NP induced only direct mutagenesis (TA97a-S9 and TA98-S9). In the ensemble of data, it was possible to show evidence of a greater presence of direct damage in the face of the TA97a strain, sensitive to metals, and in neutral pH the mutagenesis was more significant than under the acidified condition. All the same, the strains that measure base pair substitution showed higher responses, direct and indirect, in the face of strain TA100, or only activated by metabolization mechanisms for the strain that was sensitive to oxidative stress (TA102). The results obtained in this study indicate cytotoxic and mutagenic activity of NPs of metal oxides on the Salmonella strains and suggest different modes of action of these NPs on the genetic and cellular material.