El bivalvo de agua dulce Diplodon chilensis como herramienta para el estudio de ambientes acuáticos contaminados en Patagonia Norte.

Abstract

El incremento en el vertido de efluentes cloacales hacia los cuerpos de agua, como producto de la expansión de las áreas urbanas, representa una amenaza tanto a nivel ecosistémico como sanitario. En particular, la cuenca del río Pocahullo, en la ciudad de San Martín de los Andes, se encuentra afectada por descargas de efluentes cloacales con y sin tratamiento, los cuales son transportados y vertidos finalmente en la margen este del lago Lacar. La búsqueda de biomarcadores que reflejen la calidad del agua y el desarrollo de estrategias de bioremediación, constituyen herramientas útiles para su implementación en programas de biomonitoreo y en políticas de restauración de ambientes contaminados. En este trabajo de tesis se evalúa el potencial de la almeja nativa Diplodon chilensis como especie centinela y bioremediadora en ambientes acuáticos contaminados por efluentes cloacales. Con este objetivo, se estudiaron sus respuestas fisiológicas concernientes al balance oxidativo, la respuesta inmune y la condición metabólica, como biomarcadores de exposición. Además, se evaluó la capacidad filtradora de la almeja sobre agua y sedimentos contaminados por este tipo de efluentes. Por otro lado y con fines de implementación en estrategias de bioremediación, se evaluó el potencial inmunoestimulante y antioxidante de la alimentación previa con Euglena gracilis en almejas expuestas a Escherichia coli en laboratorio y a contaminación por efluentes cloacales en la cuenca del río Pocahullo. Se utilizaron técnicas fisicoquímicas, bioquímicas, citológicas e histológicas. En el Capítulo I, se evalúa la capacidad de respuesta de biomarcadores en branquia y glándula digestiva de D. chilensis expuesto a contaminación por efluentes cloacales, a corto y largo plazo. Almejas recolectadas en una zona no contaminada en el Lago Lacar fueron trasplantadas en cajas a un sitio de referencia no contaminado y a otros dos sitios con contaminación cloacal creciente en la cuenca del río Pocahullo. Se evaluaron respuestas antioxidantes y/o detoxificantes, daño oxidativo y condición metabólica al primer y tercer mes de la exposición a campo. Luego, almejas aclimatadas a largo plazo (siete meses) en el sitio de mayor contaminación fueron expuestas de forma aguda (8 h) en el laboratorio a agua contaminada con aproximadamente el doble de concentración bacteriana que la medida en ese sitio al momento de la recolección. Las respuestas enzimáticas se evaluaron antes y después de la exposición aguda. Los resultados más relevantes de estos experimentos sugieren que las actividades enzimáticas glutatión S- transferasa y catalasa en branquia de D. chilensis son biomarcadores aplicables para la detección de contaminación por efluentes cloacales con altas concentraciones de coliformes fecales, independientemente de que los individuos sean previamente aclimatados o no. Además, la actividad catalasa en glándula digestiva es sensible al aumento agudo en la carga bacteriana, tanto en almejas previamente expuestas a contaminación como en almejas extraídas de sitios no contaminados, mientras que la enzima glutatión S- transferasa en glándula digestiva se torna sensible luego de la exposición a largo plazo. Complementariamente, se sugiere que los efectos de trasplante sobre las respuestas fisiológicas deberían ser correctamente monitoreados para evitar interpretaciones erróneas en estudios de campo. En el Capítulo II, se evalúa el estado fisiológico de almejas expuestas crónicamente a contaminación por efluentes cloacales en el lago Lacar. Con este fin, se recolectaron individuos de poblaciones naturales de D. chilensis en un sitio no contaminado y en el área del lago contaminada por efluentes cloacales en la desembocadura del río Pocahullo. Se estudiaron y compararon biomarcadores de respuesta inmune, balance oxidativo, daño a ADN, reservas energéticas, factores morfométricos y capacidad filtradora, junto con el potencial biorremediador, en ambos grupos. Los resultados de este estudio sugieren que D. chilensis modula sus respuestas fisiológicas ante la exposición crónica a contaminación por efluentes cloacales, favoreciendo respuestas inmunes celulares, como el número de hemocitos y la actividad fagocítica, y evitando efectos deletéreos en estas células. Sin embargo, en branquia se observa sensibilidad a estas condiciones, la cual se evidencia en cambios morfométricos y en daño a ADN. Por otro lado, la capacidad filtradora de D. chilensis no es afectada por la exposición crónica a contaminación por efluentes cloacales, destacándose su actividad bioremediadora en agua y sedimentos contaminados con bacterias entéricas. Finalmente, en el Capítulo III se evalúan y comparan los efectos de modulación ejercidos por la alimentación previa con E. gracilis sobre la respuesta inmune, el balance oxidativo y la condición metabólica de D. chilensis expuesto a E. coli en laboratorio, por 5 días y a contaminación por efluentes cloacales en la cuenca del río Pocahullo, por 10 días. Los resultados sugieren que E. gracilis constituye un potencial complemento dietario con propiedades protectoras y nutricionales para ser utilizado en estrategias de biorremediación con bivalvos filtradores. En general, en ambos casos se observa que la alimentación con E. gracilis favorece la respuesta inmune celular (fagocitosis, producción de especies reactivas de oxígeno) y la resistencia al daño en hemocitos (viabilidad, estabilidad de la membrana lisosomal), como así también la condición metabólica (síntesis de proteínas, crecimiento somático, masa de glándula digestiva) en esta almeja. Sin embargo, la dosis y el tiempo de administración requieren un mayor estudio, ya que la alimentación con E. gracilis por sí misma y bajo condiciones de ayuno o trasplante, puede comprometer el balance oxidativo en branquia y glándula digestiva.

Sewage water discharges from growing urban areas constitute an ecosystemic and sanitary threat for aquatic environments and human health. Particularly, in San Martín de los Andes city, treated and untreated sewage water is discharged into the Pocahullo river basin, carried along the river course and finally released into the East cost of Lacar lake. Biomarkers for water quality assessment and bioremediation strategies are useful tools to be implemented in biomonitoring and restoration programs. In this thesis, the native mussel Diplodon chilensis is evaluated as a sentinel and bioremediator species in sewage polluted environments. Therefore, physiological responses related to oxidative balance, immune response and metabolic condition were evaluated in this mussel as biomarkers of exposure, while their filtering capacity was assessed for remediating sewage polluted water and sediments. In addition, immunostimulant and antioxidant potential of Euglena gracilis diet was evaluated in D. chilensis challenged with Escherichia coli in laboratory conditions and exposed to sewage polluted water in Pocahullo river basin. Physicochemical, biochemical, cytological and histological techniques were applied in this work. In Chapter I, biomarkers of response to short and long-term exposure to sewage polluted water were evaluated in gill and digestive gland of D. chilensis. Mussels from an unpolluted area in Lacar lake were caged at a reference site and at two sites with increasing sewage pollution in Pocahullo river basin. Antioxidant and detoxifying responses, along with oxidative damage and metabolic condition biomarkers were evaluated in the first and third month of field exposure. Then, mussels acclimated for seven months in the most polluted site were acutely exposed in laboratory (8 h) to sewage polluted water with a higher concentration of fecal bacteria than that measured in the site at the time of collection (aprox.[ ] x 2). Enzyme responses were evaluated before and after acute exposure. The results of these experiments suggest that glutathione S- transferase and catalase activities in gill of D. chilensis are suitable biomarkers for sewage pollution detection at high fecal bacteria concentrations, regardless of previous exposure history. In addition, catalase activity in digestive gland is sensitive to the acute increase in bacterial load, both in mussels previously exposed and in those from the reference site, while glutathione S- transferase activity becomes responsive after long-term acclimation. Complementary, transplantation effects on physiological variables should be accurately monitored in order to avoid data misinterpretation. In Chapter II, physiological status was evaluated in mussels chronically exposed to sewage water pollution in Lacar lake. Mussels were collected from natural populations of D. chilensis inhabiting an unpolluted site and the sewage polluted site next to Pocahullo river mouth. Biomarkers of immune response, oxidative balance, DNA damage, energetic reserves, morphometric factors and filtering capacity were evaluated in both groups, along with their bioremediation potential. The results of this study suggest that D. chilensis modulates physiological responses upon chronic exposure to sewage pollution, favoring cellular immune responses, such as hemocyte number and phagocytosis, and avoiding deleterious effects in these cells. However, gills are sensitive to these conditions, suffering morphometric changes and DNA damage. D. chilensis maintains its filtering capacity under chronic exposure to sewage pollution, showing bioremediation activity on bacteriological quality of polluted water and sediments. Finally, in Chapter III, the modulating effects of E. gracilis diet on immune response, oxidative balance and metabolic condition are evaluated and compared in D. chilensis challenged with E. coli in laboratory, for 5 days and exposed to sewage pollution in Pocahullo river basin, for 10 days. The results of these experiments suggest that E. gracilis is a potential dietary complement with protective and nutritional qualities for filtering bivalves used in bioremediation strategies. In general in both cases, E. gracilis diet favors immune cellular response (phagocytosis, ROS production) and damage resistance in hemocytes (viability, lisosomal membrane stability), as well as metabolic condition (protein synthesis, somatic growth, digestive gland mass). Nevertheless, doses and time of administration require further study, since E. gracilis diet may compromise oxidative balance in gill and digestive gland, under control, starvation and transplantation conditions