Development of biological indicators in commercial aquatic species exposed to environmentally relevant pharmaceuticals

La continua immissione in ambiente dei farmaci ad uso umano, e la loro incompleta rimozione nei depuratori rende questi composti pseudo-persistenti e potenzialmente pericolosi per gli organismi acquatici. La ricerca ha inteso valutare gli effetti sub-letali di farmaci di rilevanza ambientale su due organismi d’interesse commerciale: il mitilo mediterraneo e l’anguilla europea, tramite lo sviluppo e l’applicazione di indicatori biologici, in laboratorio e in campo. Gli studi sull’anguilla hanno permesso di identificare nella glicogenolisi, valutata in termini di glucosio rilasciato dagli epatociti, il parametro ideale per valutare alterazioni sul metabolismo glucidico. Con l’utilizzo di un metodo in vitro dinamico e sensibile, la perifusione di epatociti isolati in colonna, sono stati valutati gli effetti dei β-bloccanti propranololo ed atenololo sul metabolismo glucidico. I risultati hanno mostrato la maggior potenza del propranololo nell’alterare la glicogenolisi e la maggior sensibilità dei pesci quando esposti al farmaco. Questa metodologia potrebbe permettere di rilevare la presenza di composti adrenergici, noti e non, nelle matrici ambientali. La consolidata batteria di biomarker applicata sui mitili in condizioni controllate, ha permesso di valutare gli effetti specifici della caffeina dopo esposizione di 7 giorni a concentrazioni ambientali. I risultati hanno evidenziato una moderata induzione della sindrome da stress, confermando la bassa pericolosità della caffeina per gli organismi acquatici, rispetto ad altri farmaci. L’applicazione degli stessi biomarker in un sistema naturale soggetto ad effetti antropici (la laguna Piallassa Piombone), ha permesso di valutare la qualità biologica della laguna, ma non ha potuto imputare gli effetti osservati ai residui farmaceutici, risultati minoritari rispetto ad altri inquinanti. In conseguenza di effetti osservati a basse dosi, concludiamo che è necessario aumentare le conoscenze sugli effetti che questi contaminanti hanno sulle specie non target, e di sviluppare nuove e sensibili metodologie applicabili nella valutazione di rischio ambientale derivante da farmaci.The continuous release and incomplete removal of human pharmaceuticals in the environment poses a risk for aquatic wildlife. The research aimed at evaluating sub-lethal effects of pharmaceuticals of environmental concern on two commercial aquatic species: the Mediterranean mussel and the European eel. The effects were assessed through the development and application of biological indicators in experiments under controlled conditions and in the field. Studies on eel allowed to identify that glycogenolysis, assessed in term of glucose released from the hepatocytes, is the best parameter to evaluate the alterations on hepatic glucose metabolism. The development of a sensitive in vitro dynamic method (perifusion of isolated hepatocytes on columns), permitted to assess the effects of two β-blockers (propranolol and atenolol) on fish glucose metabolism. The results showed that propranolol is more potent than atenolol in modifying the glycogenolysis. Moreover, fish resulted more sensitive when exposed to therapeutic concentrations of the pharmaceutical. The use of this technique could allow the search for unknown adrenergic compounds in environmental matrices. The well-established set of biomarkers used in controlled conditions, allowed the evaluation of the specific effects of caffeine on mussels health status, after 7-days exposure to environmentally relevant concentrations. Results showed a moderate induction of the stress syndrome, confirming the low risk posed by caffeine for aquatic species, in comparison with other pharmaceuticals. The application of the same set of biomarkers in a natural impacted ecosystem (the Piallassa Piombone lagoon), allowed to assess the biological quality of the lagoon, but could not attribute the observed effects to pharmaceuticals amongst other pollutants. Considering the effects observed at low pharmaceutical doses, we highlight the need for a wider knowledge regarding the effects that these contaminants on non-target species, and for implementing new and sensitive methodologies to be used in the environmental risk assessment posed by pharmaceuticals