Alteraciones comportamentales producidas por la exposición al fármaco antidepresivo fluoxetina en dos especies de peces de la familia Poeciliiade (Teleostei, Cyprinodontiformes)

Kolesnik, Martina

Registro:

Documento:	Tesis de Grado
Título:	Alteraciones comportamentales producidas por la exposición al fármaco antidepresivo fluoxetina en dos especies de peces de la familia Poeciliiade (Teleostei, Cyprinodontiformes)
Título alternativo:	Behavioral alterations caused by exposure to the antidepressant fluoxetine in two fish species of the family Poeciliidae (Teleostei, Cyprinodontiformes)
Autor:	Kolesnik, Martina
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Publicación en la web:	2025-08-04
Fecha de defensa:	2024-07-11
Fecha en portada:	Junio de 2024
Grado Obtenido:	Grado
Título Obtenido:	Licenciado en Ciencias Biológicas
Departamento Docente:	Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental
Director:	Meijide, Fernando Javier
Jurado:	Ossana, Natalia Alejandra; Svartz, Gabriela Verónica; Menéndez Helman, Renata Julia
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001746_Kolesnik
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nBIO001746_Kolesnik.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nBIO001746_Kolesnik
Ubicación:	Dep.BIO 001746
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Kolesnik, Martina. (2024). Alteraciones comportamentales producidas por la exposición al fármaco antidepresivo fluoxetina en dos especies de peces de la familia Poeciliiade (Teleostei, Cyprinodontiformes). (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001746_Kolesnik

Resumen:

Junto con la degradación del hábitat, la explotación directa de los organismos, el cambio climático y las especies exóticas invasoras, la contaminación química es actualmente señalada como una de las principales causas de la pérdida de biodiversidad a escala global. Entre la gran variedad de contaminantes antropogénicos que ingresan al ambiente acuático, se destacan en el presente los fármacos de uso humano y veterinario. La presencia generalizada de estos contaminantes emergentes en los cuerpos de agua ha generado una creciente preocupación sobre sus potenciales efectos adversos sobre la biota acuática. La fluoxetina (FLX) es uno de los fármacos antidepresivos más ampliamente prescriptos a nivel mundial, siendo frecuentemente detectada en cuerpos de agua, receptores de efluentes domésticos, hospitalarios y de la industria farmacéutica. Dado que la FLX está diseñada para modular el comportamiento humano y que sus vías de acción están conservadas en los vertebrados, se plantea como interrogante si la presencia de este fármaco en el ambiente acuático puede afectar los patrones comportamentales de especies no blanco como los peces. En este sentido, el comportamiento resulta un indicador ecológicamente relevante de exposición a compuestos neuroactivos, ya que puede afectar directamente la aptitud y la supervivencia de los organismos. A su vez, los biomarcadores comportamentales están adquiriendo un creciente interés como sistema de alerta temprana en evaluaciones ecotoxicológicas. En este estudio, se evaluó el efecto de la exposición a FLX sobre el comportamiento agresivo y la actividad natatoria de dos especies de peces dulceacuícolas: una especie nativa, la madrecita Cnesterodon decemmaculatus, y una especie exótica, el pez mosquito Gambusia holbrooki (Teleostei, Poeciliidae). Asimismo, se cuantificaron los niveles endógenos de cortisol en los peces expuestos a este fármaco. Para cada especie, se realizaron dos ensayos en los que se expusieron hembras adultas a concentraciones nominales de 0 (control); 0,5; 5 y 25 μg/L de FLX durante 14 días, bajo un diseño semiestático con renovación diaria de la solución de ensayo. Los tratamientos se realizaron en acuarios de 4L, con 5 individuos por acuario. Luego del período de exposición, se registraron mediante videograbaciones las interacciones agresivas entre los individuos de cada acuario durante 10 min, antes y al momento de ser alimentados con nauplii de Artemia sp. A partir de los registros de video, se cuantificó para cada tratamiento la latencia hasta la manifestación de la primera agresión, así como el número y la duración total de las interacciones agresivas. A continuación, cada pez fue transferido a un acuario individual y al cabo de 90 min, se registró su actividad natatoria durante 10 min. Los videos fueron analizados mediante el software Ethovision XT 12.0 a fin de cuantificar los siguientes parámetros de locomoción: distancia recorrida, velocidad media, tiempo en movimiento, tiempo estático y tiempo en cada tercio de la columna de agua. Finalmente, los peces fueron sometidos a eutanasia y sus cuerpos fueron almacenados a -80°C para posteriormente extraer los esteroides y cuantificar los niveles de cortisol mediante la técnica de ELISA. En un tercer ensayo efectuado en cada especie, se realizaron los registros de interacciones agresivas luego del período de exposición a FLX y a continuación se procedió directamente a la eutanasia y la toma de muestras para determinación de los niveles de cortisol sobre el material fresco sin congelar. Los resultados de este estudio mostraron diferencias basales entre ambas especies en cuanto a la actividad natatoria y la conducta agresiva, así como efectos disímiles de la exposición a FLX sobre estos comportamientos. En C. decemmaculatus, se registraron agresiones entre coespecíficos en todos los tratamientos, al momento de ser alimentados, a excepción de uno de los ensayos en el que se observaron pocas interacciones agresivas en ausencia de alimento, en los peces expuestos a la mayor concentración de FLX. En esta especie, se evidenció una tendencia al incremento de la agresividad con la concentración de FLX, resultando significativa la diferencia entre el tratamiento FLX 25 y el grupo control para la mayor parte de los parámetros cuantificados. El análisis de componentes principales mostró una separación de los tratamientos FLX 25 y FLX 5 con respecto al control y FLX 0,5. Sin embargo, el análisis multivariado sobre el conjunto de interacciones agresivas mostró un efecto significativo únicamente para el tratamiento con la mayor concentración de FLX, probablemente debido a que el número de réplicas no fue suficiente como para evidenciar efectos en la concentración intermedia. Por su parte, se registró una correlación significativa entre la mayoría de los parámetros de agresión y la concentración de FLX. En G. holbrooki, las conductas agresivas fueron menos evidentes, siendo observadas únicamente en el tratamiento con la mayor concentración de FLX, luego de la alimentación. Estos resultados sugieren que, en ambas especies, la exposición a FLX promueve la agresividad intraespecífica en presencia de alimento. Sin embargo, en C. decemmaculatus estos efectos son más notorios y se evidencian a menores concentraciones de FLX que en G. holbrooki. En relación a la locomoción, la exposición a la mayor concentración de FLX produjo una atenuación significativa de la actividad natatoria (disminución de la velocidad media, la distancia recorrida y el tiempo en movimiento) y una alteración en la distribución en la columna de agua (aumento del tiempo cerca de la superficie) en ambas especies. Si bien los efectos resultaron significativos únicamente en el tratamiento FLX 25, en C. decemmaculatus se observó una tendencia más gradual de alteración de la natación con el aumento de la concentración de FLX que en G. holbrooki. Esta diferencia en la respuesta locomotora de ambas especies se vio reflejada en el análisis de componentes principales, el cual mostró una separación más clara del tratamiento FLX 5 con respecto a los restantes tratamientos en C. decemmaculatus que en G. holbrooki. A su vez, en G. holbrooki, el análisis multivariado sobre el conjunto de los parámetros de locomoción mostró un efecto significativo únicamente para el tratamiento con la mayor concentración de FLX, mientras que en C. decemmaculatus se registró un efecto significativo tanto del tratamiento FLX 25 como del tratamiento FLX 5. Para ambas especies, se registró una correlación significativa entre los parámetros de locomoción cuantificados y la concentración de FLX, indicando un efecto concentración-dependiente del fármaco sobre la actividad natatoria. Por su parte, los niveles de cortisol sólo pudieron cuantificarse en las muestras del tercer ensayo, por lo que los resultados deben considerarse como preliminares. En G. holbrooki, no se registraron diferencias significativas entre los tratamientos, mientras que en C. decemmaculatus se observó una tendencia al incremento de los niveles de cortisol en los peces expuestos a FLX. En conjunto, los resultados de este trabajo de tesis indican que, en la especie exótica G. holbrooki, las alteraciones comportamentales evaluadas resultaron significativas solo en el tratamiento con la mayor concentración de FLX ensayada (25 μg/L), la cual es dos órdenes de magnitud superior a las de relevancia ambiental. A su vez, dicha concentración provocaría una concentración plasmática del FLX comprendida dentro del rango de dosis terapéuticas para humanos. Sin embargo, en la especie nativa C. decemmaculatus, el análisis integral de los resultados indica que tanto el tratamiento FLX 25 como FLX 5 causó una alteración significativa de la actividad natatoria. Por su parte, la agresividad intraespecífica se vio incrementada en los individuos expuestos a la mayor concentración de FLX y un análisis con un mayor número de registros posiblemente permitiría confirmar que la concentración intermedia también tiene un efecto significativo. Aún cuando 5 μg/L sigue siendo una concentración superior a las reportadas en el ambiente acuático, estos hallazgos reflejan una mayor susceptibilidad de la especie nativa con respecto a la especie exótica ante la exposición a FLX. Frente a un escenario de aumento en la producción y consumo de fármacos por parte de una población mundial en constante crecimiento, esto podría tener incidencia a nivel ecológico al implicar una ventaja adaptativa para la especie exótica en detrimento de la especie nativa, favoreciendo su capacidad invasora en un contexto de creciente contaminación del ambiente acuático por fármacos neuroactivos y otros contaminantes antropogénicos. En este sentido, sería necesario extender estos estudios, evaluando posibles alteraciones del comportamiento de especies nativas y exóticas que ocupen un mismo nicho ecológico ante exposiciones de mayor duración a concentraciones de relevancia ambiental de FLX y otros fármacos. Asimismo, sería interesante analizar las interacciones entre especies nativas y exóticas en presencia y ausencia de este tipo de contaminantes, a fin de evaluar potenciales efectos sobre la capacidad competitiva de unas sobre otras.

Abstract:

Along with habitat degradation, direct exploitation of organisms, climate change and invasive alien species, chemical pollution is currently identified as one of the main causes of biodiversity loss on a global scale. Among the wide variety of anthropogenic pollutants entering the aquatic environment, human and veterinary drugs stand out at the present. The widespread presence of these emerging pollutants in water bodies has generated growing concern about their potential adverse effects on aquatic biota. Fluoxetine (FLX) is one of the most widely prescribed antidepressant drugs worldwide and is frequently detected in water bodies receiving domestic, hospital and pharmaceutical effluents. Since FLX is designed to modulate human behavior and that its action pathways are conserved in vertebrates, the question arises as to whether the presence of this drug in the aquatic environment could affect the behavioral patterns of non-target species such as fishes. In this regard, behavior is an ecologically relevant indicator of exposure to neuroactive compounds as it can directly affect the fitness and survival of organisms. In turn, behavioral biomarkers are gaining increasing interest as an early warning system in ecotoxicological assessments. In this study, we assessed the effect of FLX exposure on the aggressive behavior and swimming activity of two freshwater fish species: a native species, the ten spotted live-bearer Cnesterodon decemmaculatus, and an exotic species, the mosquitofish Gambusia holbrooki (Teleostei, Poeciliidae). In addition, endogenous cortisol levels were quantified in FLX-exposed fishes. For each species, two assays were conducted in which adult females were exposed to nominal concentrations of 0 (control); 0.5; 5 and 25 μg/L FLX for 14 days, under a semi-static design with daily renewal of the test solutions. Treatments were carried out in 4L aquariums, with 5 individuals per aquarium. Following exposure, aggressive interactions between individuals in each aquarium were recorded by video for 10 min, before and at the moment of being fed with Artemia sp. nauplii. From the video records, the latency to emergence of the first aggressive display as well as the number and total duration of aggressive interactions were quantified for each treatment. Each fish was then transferred to an individual aquarium and after 90 min, its swimming activity was recorded for 10 min. The videos were analyzed using Ethovision XT 12.0 software in order to quantify the following locomotion parameters: distance traveled, average speed, time in motion, time static and time in each third of the water column. Finally, fish were euthanized and their bodies were stored at -80°C to subsequently extract steroids and quantify cortisol levels using the ELISA technique. In a third assay carried out in each species, aggressive interactions were recorded after FLX exposure, followed by direct euthanasia and sampling for determination of cortisol levels on fresh, unfrozen samples. The results of this study showed baseline differences between the two species for swimming activity and aggressive displays, as well as dissimilar effects of FLX exposure on these behaviors. In C. decemmaculatus, aggression between conspecifics was recorded in all treatments at the moment of feeding, with the exception of one of the assays in which few aggressive interactions were observed in absence of food in fish exposed to the highest FLX concentration. In this species, there was a tendency for aggressiveness to increase with increasing FLX concentration, and the difference between the FLX 25 treatment and the control group was significant for most of the parameters quantified. The principal component analysis showed a separation of the FLX 25 and FLX 5 treatments with respect to control and FLX 0.5. However, the multivariate analysis on the whole set of aggressive interactions showed a significant effect only for the treatment with the highest FLX concentration, probably because the number of replicates was not sufficient to show effects at the intermediate concentration. On the other hand, there was a significant correlation between most of the aggression parameters and FLX concentration. In G. holbrooki, aggressive displays were less evident and were observed only in the treatment with the highest FLX concentration after feeding. These results suggest that, in both species, FLX exposure promotes intraspecific aggression in the presence of food. However, in C. decemmaculatus these effects are more evident and are evidenced at lower FLX concentrations than in G. holbrooki. Regarding locomotion, exposure to the highest FLX concentration produced a significant attenuation of swimming activity (decrease in mean velocity, distance traveled and time in motion) and an alteration in distribution in the water column (increase in time near the surface) in both species. Although the effects were significant only in the FLX 25 treatment, a trend towards progressive swimming impairment with increasing FLX concentration was observed in C. decemmaculatus, whereas in G. holbrooki no effects were evident at intermediate concentrations. This difference in the locomotor response of both species was reflected in the principal component analysis, which showed a clearer separation of the FLX 5 treatment from the other treatments in C. decemmaculatus than in G. holbrooki. At the same time, in G. holbrooki, the multivariate analysis on the whole set of locomotion parameters showed a significant effect only for the treatment with the highest FLX concentration, while in C. decemmaculatus there was a significant effect of both FLX 25 and FLX 5 treatments. For both species, there was a significant correlation between the locomotion parameters and the FLX concentration, indicating a concentration-dependent effect of the drug on swimming activity. Cortisol levels could only be quantified in the samples from the third assay, so these results should be considered preliminary. In G. holbrooki, no significant differences between treatments were recorded, whereas in C. decemmaculatus a trend towards increased cortisol levels was observed in fish exposed to FLX. Overall, the results of this thesis work indicate that, in the exotic species G. holbrooki, behavioral alterations were significant only in the treatment with the highest concentration of FLX (25 μg/L), which is two orders of magnitude higher than those of environmental relevance. In addition, this concentration would elicit a plasma FLX concentration comprised within the range of human therapeutic doses. However, in the native species C. decemmaculatus, the integrated analysis of the results indicates that both FLX 25 and FLX 5 treatments produced a significant alteration of swimming activity. In addition, intraspecific aggressiveness was increased in individuals exposed to the highest FLX concentration and an analysis with a larger number of records would possibly confirm that the intermediate concentration also has a significant effect. Even though 5 μg/L is still a concentration higher than those reported in the aquatic environment, these findings reflect a greater susceptibility of the native species than the exotic species upon FLX exposure. Faced with a scenario of increased production and consumption of pharmaceuticals by a constantly growing world population, this could have an impact at the ecological level by implying an adaptive advantage for the exotic species in detriment of the native species, favoring its invasive capacity in a context of increasing contamination of the aquatic environment by neuroactive compounds and other anthropogenic pollutants. In this sense, it would be necessary to extend these studies, evaluating possible alterations in the behavior of native and exotic species that occupy a same ecological niche in the face of longer-term exposure to environmentally relevant concentrations of FLX and other drugs. Likewise, it would be interesting to analyze the interactions between native and exotic species in the presence and absence of this type of contaminants, in order to evaluate potential effects on the competitive capacity of ones over the others

Citación:

---------- APA ----------

Kolesnik, Martina. (2024). Alteraciones comportamentales producidas por la exposición al fármaco antidepresivo fluoxetina en dos especies de peces de la familia Poeciliiade (Teleostei, Cyprinodontiformes). (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001746_Kolesnik

---------- CHICAGO ----------

Kolesnik, Martina. "Alteraciones comportamentales producidas por la exposición al fármaco antidepresivo fluoxetina en dos especies de peces de la familia Poeciliiade (Teleostei, Cyprinodontiformes)". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001746_Kolesnik

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