Metallic nanoparticles (tio2, ceo2 and ag)behaviour, bioavailability, ecotoxicity and bioaccumulation in freshwater and marine organisms

Resumen

El uso de nanopartículas (NPs) en aplicaciones industriales y nuevos productos comerciales se ha incrementado considerablemente en las últimas décadas. El destino final de estos potenciales contaminantes es el medio acuático, y por tanto los organismos habitantes de estos medios podrían verse afectados por la presencia de dichas sustancias. El objetivo principal de esta tesis fue esclarecer que características (intrínsecas y extrínsecas) de las NPs podrían influir en la toxicidad de organismos acuáticos. Las características intrínsecas de las NPs son aquellas relacionadas con su composición, tamaño, potencial zeta, superficie específica, estado redox, propiedades fotocatalíticas y velocidad de disolución. El conocimiento del comportamiento específico de las NPs en los diferentes medios con distintos pH y fuerza iónica (factores extrínsecos) es también de vital importancia a la hora de estudiar la toxicidad y la biodisponibilidad de las NPs para los diferentes organismos acuáticos. Dependiendo de las características extrínsecas, la adsorción NPs-célula, la absorción y la bioacumulación de NPs e incluso el sistema de señales celulares puede verse afectado. A fin de evaluar el papel que juega las características extrínsecas en el medio acuoso, se comparó el comportamiento de las NPs y los efectos tóxicos que éstas NPs podrían causar sobre microalgas en ambientes dulceacuícolas y marinos. Las NPs de óxidos metálicos y metálicas en este estudio fueron elegidas con el fin de evaluar los efectos causados por las NPs usadas más frecuentemente en productos comerciales y en aplicaciones industriales (TiO2NPs, Ag NPs and CeO2NPs) en microalgas dulceacuícolas y marinas, así como el potencial efecto conjunto con otros contaminantes emergentes en bivalvos marinos. En el marco del objetivo global de la tesis, es necesario evaluar y distinguir entre los mecanismos directos e indirectos de toxicidad causados por las NPs, ya que son claves para entender los efectos de las NPs en microorganismos fotosintéticos acuáticos. Respecto a la toxicidad debida a efectos directos de las NPs, ésta es consecuencia del daño que las NPs pueden causar per se, tales como alteraciones y daños causados en la pared y/o membrana plasmática y en la internalización de NPs. Ambos efectos se observaron en microalgas y bivalvos para las tres NPs ensayadas. Por otro lado, los efectos indirectos -ocasionados por las NPs- están relacionados con su disolución y consecuente liberación de iones, con la producción de especies reactivas de oxígeno y cambios en su estado redox. Estos efectos fueron constatados para las microalgas ensayadas cuando fueron expuestas a las NPs seleccionadas. La importancia de la pared celular en microalgas, ya que ésta actúa como punto de unión de NPs y su posterior internalización o, por el contrario, como barrera física a el paso de NPs al interior de la célula, se analizó mediante la experimentación con microalgas marinas sin pared celular, como Dunaliella salina y con pared celular, Chlorella autotrophica. En los ecosistemas acuáticos se espera que las NPs experimenten procesos de homoaglomeración (NPs-NPs) y heteroaglomeración (NPs-Cells). Con el fin de evaluar la importancia de estos procesos se desarrollaron experimentos que monitorizaron la influencia de éstos en la sedimentación de microalgas y su efecto sobre la motilidad de estos organismos. Un aspecto relevante cuando las NPs son liberadas a medios acuosos, es que éstas podrían actuar como vector de otros contaminantes, provocando su acumulación y el efecto conjunto de estos contaminantes. Para estudiar el posible papel de las NPs como “caballo de Troya” para otros xenobióticos se llevó a cabo un experimento con el bivalvo marino Ruditapes philippinarum. Los moluscos fueron expuestos a TiO2 NPs y cuatro compuestos de higiene personal (PCPs) durante 26 días y posteriormente se dejaron durante una semana en depuración. Durante el tiempo de exposición las almejas acumularon mayor concentración de PCPs cuando las NPs estuvieron presentes en el medio que cuando estas estaban ausentes. Otro estudio llevado a cabo en el marco de esta tesis fue el análisis del comportamiento en de una comunidad fitoplanctónica marina experimental, cuando fue expuesta a TiO2 NPs, así como a fotoprotectores comerciales (la mayor parte de los cuales incorporan TiO2 NPs en su formulación). Se observaron cambios en esta comunidad de microalagas cuando se expuso a los contaminantes emergentes. En este experimento se determinó, así mismo, el efecto de las distintas concentraciones de TiO2 NPs, el rol de la radiación UV-A y de los peróxidos de hidrógeno producidos por los fotoprotectores (como probables responsables de la toxicidad para las microalgas). Los resultados sugirieron la necesidad de llevar a cabo futuros experimentos que abordaran el impacto de las perturbaciones causadas en los estratos más básicos a niveles superiores de la cadena trófica y del ecosistema en su conjunto. Del análisis global de los resultados obtenidos en esta tesis se puede concluir que las NPs metálicas y de óxidos metálicos presentan un riesgo potencial a los organismos acuáticos. Las características intrínsecas de cada especie, como son su ultraestructura y metabolismo, así como las características de las NPs y su comportamiento en el medio deben ser estudiados cuidadosamente para entender los mecanismos de la toxicidad de estos nanomateriales. Además, los cambios en la abundancia de especies dentro de una comunidad fitoplanctónica deben ser considerados ya que éstos pueden afectar a eslabones superiores de la cadena trófica.