Evaluación ecotoxicológica del efecto del arsénico sobre la interacción entre el biofilm y Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes)

Palacio, Mauro Javier

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Evaluación ecotoxicológica del efecto del arsénico sobre la interacción entre el biofilm y Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes)
Título alternativo:	Ecotoxicological evaluation of the effect of arsenic on the interaction between biofilm and Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes)
Autor:	Palacio, Mauro Javier
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad Nacional de Luján - CONICET. Instituto de Ecología y Desarrollo Sustentable (INEDES)
Fecha de defensa:	2025-09-02
Fecha en portada:	02 de septiembre de 2025
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Departamento Docente:	Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental
Consejero:	Lo Nostro, Fabiana Laura
Jurado:	Juárez, Ángela Beatriz; Hued, Andrea Cecilia; Basilico, Gabriel Omar
Idioma:	Español
Palabras clave:	CNESTERODON DECEMMACULATUS; BIOFILM; ARSENICO; BIOMARCADORES; RIO RECONQUISTA; RIO LUJANCNESTERODON DECEMMACULATUS; BIOFILM; ARSENIC; BIOMARKERS; RECONQUISTA RIVER; LUJAN RIVER
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7805_Palacio
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7805_Palacio.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7805_Palacio
Ubicación:	BIO 007805
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. Palacio, Mauro Javier. (2025). Evaluación ecotoxicológica del efecto del arsénico sobre la interacción entre el biofilm y Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7805_Palacio

Resumen:

El arsénico (As) es uno de los principales contaminantes ambientales en los cuerpos de agua de la región pampeana. Su presencia en cursos de agua superficiales genera especial preocupación debido a su elevada toxicidad, persistencia y capacidad de bioacumulación. Su llegada a los cuerpos de agua es principalmente de origen natural. Entre los organismos expuestos a este tipo de contaminación, los peces son utilizados frecuentemente como un modelo bioindicador, ya que integran en sus respuestas bioquímicas, fisiológicas y metabólicas las condiciones ambientales y los efectos acumulativos de los contaminantes presentes en el medio. Sin embargo, los peces no se encuentran aislados en estos ecosistemas, sino que conviven e interactúan con otros componentes bióticos clave, como el biofilm. El biofilm es una comunidad microbiana compleja adherida a las superficies sumergidas, que juega un papel fundamental en la retención, transformación y biodisponibilidad de contaminantes, incluyendo metales pesados y metaloides como el arsénico. Esta matriz microbiana no solo actúa como un filtro biológico, sino que puede servir como fuente de arsénico para los peces que lo consumen como parte de su dieta. Por lo tanto, las interacciones entre peces y biofilm, tanto directas (a través de la alimentación) como indirectas (compartiendo el mismo medio), podrían influir significativamente en la exposición al arsénico y en las respuestas toxicológicas de los peces. En este contexto, la presente tesis tuvo como objetivo general evaluar cómo la interacción (directa e indirecta) entre el biofilm y el pez Cnesterodon decemmaculatus modula la exposición y los efectos tóxicos del arsénico, mediante un enfoque multibiomarcador que incluyó la medición de parámetros de estrés oxidativo, neurotoxicidad y metabolismo intermediario en diferentes órganos, junto con la evaluación de la bioacumulación y la respuesta bioquímica del biofilm. Además, se analizaron comunidades naturales de biofilm provenientes de dos cuencas fluviales pampeanas con distinto grado de impacto ambiental, para evaluar cómo las condiciones ambientales de cada cuenca moldean la estructura y funcionalidad de estas comunidades microbianas y su respuesta a los tóxicos. Para abordar estos objetivos, se llevaron a cabo tres estudios complementarios. En el primer capítulo, se expusieron de manera subcrónica (8 días) y crónica (21 días) ejemplares hembras de Cnesterodon decemmaculatus a concentraciones subletales de arsénico (0,2; 0,5 y 1 mg As/L) en presencia y ausencia de biofilm proveniente de dos cuencas fluviales (Río Luján y Río Reconquista). Se evaluó la bioacumulación de arsénico y la respuesta a una batería de biomarcadores relacionados con el estrés oxidativo en hígado y branquias: contenido de glutatión reducido (GSH), actividades de las enzimas catalasa (CAT) y glutatión-s-transferasa (GST) y la peroxidación lipídica medida mediante la técnica de sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS); neurotoxicidad en cerebro y músculo: actividad de la enzima acetilcolinesterasa (AChE); y metabolismo intermediario en músculo: contenido de hidratos de carbono, lípidos y proteínas, y el gasto energético a través de sistema de transporte de electrones (ETS). Además, en el biofilm, se analizaron biomarcadores de estrés oxidativo (GSH, CAT, GST y TBARS) y enzimas extracelulares (fosfatasa alcalina y β-glucosidasa). En el segundo ensayo (capítulo 2), se evaluó la interacción directa entre peces y biofilm, mediante la alimentación de los peces con biofilm previamente expuesto a arsénico. Luego de 8 días de exposición, se evaluaron los efectos fisiológicos mediante la misma batería de biomarcadores, y se determinó la transferencia del metaloide a través de la dieta, analizando la bioacumulación. Finalmente, en el tercer estudio (capítulo 3), se caracterizaron las comunidades naturales de biofilm recolectadas en distintos sitios de las cuencas de los ríos Luján y Reconquista. Se analizó la calidad fisicoquímica del agua, la estructura y composición del biofilm y se midieron biomarcadores de estrés oxidativo y actividades enzimáticas extracelulares. Los resultados indicaron que la presencia de biofilm modula significativamente la respuesta de los peces al arsénico, con diferencias según el origen del biofilm. En términos generales, en presencia de biofilm, las respuestas oxidativas tendieron a ser menores, especialmente a concentraciones bajas y, los indicadores metabólicos, mostraron cambios en el balance energético, observándose en general mayores reservas y menor gasto energético. Esto sugiere que la interacción entre el pez y el biofilm afecta la biodisponibilidad y toxicidad del arsénico, probablemente debido a procesos de adsorción, bioacumulación y biotransformación dentro de la comunidad microbiana. Por otro lado, al realizar una exposición alimentaria, el biofilm actuó como vector de As, permitiendo la transferencia dietaria del contaminante. A nivel fisiológico, hubo respuestas oxidativas y metabólicas diferenciales entre ambos tipos de exposición, y se observó que el arsénico incorporado a través de la alimentación genera un impacto menor en comparación con la exposición directa en el medio, reflejando la importancia de la vía de exposición en la toxicidad final. Al analizar la transferencia del arsénico mediante la bioacumulación, se observó que el biofilm tiene una gran capacidad para bioacumular y magnificar la concentración del metaloide, mientras que los peces poseen un sistema eficiente de eliminación del tóxico que les permite mantener niveles internos muy por debajo de los de exposición. Finalmente, al evaluar las comunidades naturales del biofilm se observó que las comunidades de biofilm reflejan las condiciones ambientales locales y presentan diferencias desde su estructura hasta su funcionamiento según el nivel de contaminación del sitio de origen. En sitios más impactados, los biofilms mostraron mayores actividades enzimáticas y alteraciones en los biomarcadores de estrés oxidativo, sugiriendo mecanismos de adaptación o tolerancia frente a condiciones de estrés crónico derivado de la contaminación. En conjunto, los resultados de esta tesis evidencian que el biofilm no solo funciona como un reservorio de arsénico, sino que también modula activamente su biodisponibilidad y los efectos tóxicos sobre C. decemmaculatus. Esta interacción pez-biofilm es un factor importante a tener en cuenta para entender la dinámica de los contaminantes en ecosistemas fluviales. El biofilm, tanto como matriz biótica como componente de la dieta, desempeña un papel clave en la exposición y en las respuestas fisiológicas del pez, resaltando la importancia de considerar este componente en evaluaciones ecotoxicológicas integrales. Estos hallazgos aportan información valiosa para el monitoreo y la gestión ambiental en cuencas urbanas impactadas.

Abstract:

Arsenic (As) is one of the main environmental pollutants in water bodies of the Pampas region. Its presence in surface water bodies is of particular concern due to its high toxicity, persistence, and bioaccumulation capacity, as well as its primarily natural origin. Among the exposed organisms, fish are frequently used as bioindicator models, as their biochemical, physiological, and metabolic responses integrate environmental conditions and the cumulative effects of contaminants present in their habitat. However, fish do not exist in isolation within these ecosystems; they coexist and interact with other key biotic components, such as biofilm. This is a complex microbial community attached to submerged surfaces that plays a fundamental role in the retention, transformation, and bioavailability of contaminants, including heavy metals and metalloids such as arsenic. This microbial matrix not only acts as a biological filter but may also serve as a source of arsenic for fish that consume it as part of their diet. Therefore, interactions between fish and biofilm, both direct (through feeding) and indirect (sharing the same environment), could significantly influence arsenic exposure and the toxicological responses in fish. In this context, the present thesis aimed to evaluate how the interaction (direct and indirect) between biofilm and the fish Cnesterodon decemmaculatus modulates arsenic exposure and its toxic effects, using a multibiomarker approach. This included measuring oxidative stress parameters, neurotoxicity, and intermediary metabolism in different organs, along with evaluating bioaccumulation and the biochemical response of the biofilm. Additionally, natural biofilm communities from two Pampas river basins with different levels of environmental impact were analyzed to assess how the environmental conditions of each basin shape the structure and functionality of these microbial communities and their response to toxicants. To address these objectives, three complementary studies were conducted. In the first chapter, female specimens of Cnesterodon decemmaculatus were exposed subchronically (8 days) and chronically (21 days) to sublethal arsenic concentrations (0.2, 0.5, and 1 mg As/L), in the presence and absence of biofilm from two river basins (Luján and Reconquista rivers). Arsenic bioaccumulation was assessed along with a battery of biomarkers. Oxidative stress was evaluated in liver and gills through the measurement of reduced glutathione content (GSH), the activities of catalase (CAT) and glutathione S-transferase (GST) enzymes, and lipid peroxidation levels determined by thiobarbituric acid reactive substances (TBARS). Neurotoxicity was assessed in brain and muscle by measuring acetylcholinesterase (AChE) activity. Intermediary metabolism in muscle was evaluated by quantifying carbohydrate, lipid, and protein contents, as well as energy expenditure through the activity of the electron transport system (ETS). In the biofilm, oxidative stress biomarkers (GSH, CAT, GST, and TBARS) and extracellular enzymes (alkaline phosphatase and β-glucosidase) were analysed. In the second experiment (chapter 2), the direct interaction between fish and biofilm was evaluated by feeding fish with biofilm previously exposed to arsenic. After 8 days of exposure, physiological effects were assessed using the same biomarker battery, and dietary transfer of the metalloid was determined by analysing bioaccumulation. Finally, in the third study (chapter 3), natural biofilm communities collected from different sites along the Luján and Reconquista River basins were characterized. Water physicochemical quality, biofilm structure and composition, oxidative stress biomarkers, and extracellular enzymatic activities were measured to analyse how local environmental conditions shape the structure, functionality, and sensitivity of microbial communities in response to toxicants. The results indicated that the presence of biofilm significantly modulates the fish's response to arsenic, with differences depending on the biofilm’s origin. In general, in the presence of biofilm, oxidative responses tended to be lower—especially at low concentrations—and metabolic indicators showed changesin energy balance, generally reflecting higher reserves and lower energy expenditure. This suggests that fish-biofilm interaction affects the bioavailability and toxicity of arsenic, likely due to processes such as adsorption, bioaccumulation, and biotransformation within the microbial community. On the other hand, in the dietary exposure experiment, biofilm acted as a vector for arsenic, enabling dietary transfer of the contaminant. At the physiological level, oxidative and metabolic responses differed between the two types of exposure, suggesting that arsenic ingested through the diet has a lower impact compared to direct exposure in water, highlighting the importance of the exposure route in overall toxicity. Regarding arsenic transfer through bioaccumulation, biofilm demonstrated a high capacity to bioaccumulate and magnify the concentration of the metalloid, while fish exhibited an efficient system for eliminating the pollutant, maintaining levels below those of exposure. Finally, when evaluating natural biofilm communities, it was observed that they reflect local environmental conditions and exhibit differences in structure and function depending on the contamination level at their site of origin. In more impacted sites, biofilms showed higher enzymatic activities and alterations in oxidative stress biomarkers, suggesting adaptation or tolerance mechanisms to chronic stress conditions caused by pollution. Overall, the results of this thesis demonstrate that biofilm not only functions as a reservoir for arsenic but also actively modulates its bioavailability and toxic effects on C. decemmaculatus. This fish-biofilm interaction is a important factor for understanding contaminant dynamics in fluvial ecosystems. Biofilm, both as a biotic matrix and as a dietary component, plays a key role in exposure and physiological responses in fish, highlighting the importance of considering this component in comprehensive ecotoxicological assessments. These findings provide valuable information for monitoring and environmental management in impacted urban basins.

Citación:

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

Palacio, Mauro Javier. (2025). Evaluación ecotoxicológica del efecto del arsénico sobre la interacción entre el biofilm y Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7805_Palacio

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

Palacio, Mauro Javier. "Evaluación ecotoxicológica del efecto del arsénico sobre la interacción entre el biofilm y Cnesterodon decemmaculatus (Poeciliidae, Cyprinodontiformes)". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7805_Palacio

Estadísticas:

Descargas totales desde :

Navegar

Colección

Tesis Doctoral