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MEMORIA JUSTIFICATIVA DEL PROYECTO URA12/03: BIOMONITOREO MEDIANTE BIOMARCADORES SENCILLOS DE EFECTOS DE DISRUPCIÓN ENDOCRINA EN POBLACIONES DE MUBLES (Chelon labrosus) DE LA COSTA VASCA Y CARACTERIZACIÓN MEDIANTE BIOENSAYOS Y BIOSENSORES DE CONTAMINANTES DISRUPTORES ENDOCRINOS EN AGUAS DE DEPURADORAS DE LA CAV. Investigadores: Maren Ortiz-Zarragoitia (IP), Miren P. Cajaraville, Maria Carmen Barbero, Teresa Serrano, Urtzi Izagirre, Cristina Bizarro y Beñat Zaldibar (Grupo de Investigación consolidado de Biología Celular en Toxicología Ambiental). Nestor Etxebarria, Olatz Zuloaga, Aresatz Usobiaga, Maitane Olivares, Asier Vallejo (Grupo de Investigación consolidado de Ikerkuntza eta Berrikuntza Analitikoa). En Leioa a 21 de Marzo de 2013. Contacto: Dr. Maren Ortiz-Zarragoitia Centro de Investigación de Biología y Biotecnología Marinas Experimentales Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea Areatza Pasealekua, s/n, 48620 Plentzia Telf: 946013548, Fax: 946013500 e-mail: [email protected] http://www.ehu.es/GrupoBCTA

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MEMORIA JUSTIFICATIVA DEL PROYECTO URA12/03:

BIOMONITOREO MEDIANTE BIOMARCADORES SENCILLOS DE EFECTOS

DE DISRUPCIÓN ENDOCRINA EN POBLACIONES DE MUBLES (Chelon

labrosus) DE LA COSTA VASCA Y CARACTERIZACIÓN MEDIANTE

BIOENSAYOS Y BIOSENSORES DE CONTAMINANTES DISRUPTORES

ENDOCRINOS EN AGUAS DE DEPURADORAS DE LA CAV.

Investigadores: Maren Ortiz-Zarragoitia (IP), Miren P. Cajaraville, Maria Carmen

Barbero, Teresa Serrano, Urtzi Izagirre, Cristina Bizarro y Beñat Zaldibar (Grupo de

Investigación consolidado de Biología Celular en Toxicología Ambiental). Nestor

Etxebarria, Olatz Zuloaga, Aresatz Usobiaga, Maitane Olivares, Asier Vallejo (Grupo de

Investigación consolidado de Ikerkuntza eta Berrikuntza Analitikoa).

En Leioa a 21 de Marzo de 2013.

Contacto:

Dr. Maren Ortiz-Zarragoitia

Centro de Investigación de Biología y Biotecnología Marinas Experimentales

Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea

Areatza Pasealekua, s/n, 48620 Plentzia

Telf: 946013548, Fax: 946013500

e-mail: [email protected]

http://www.ehu.es/GrupoBCTA

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Biomonitoreo mediante biomarcadores sencillos de efectos de disrupción endocrina

en poblaciones de mubles (Chelon labrosus) de la costa vasca y caracterización

mediante bioensayos y biosensores de contaminantes disruptores endocrinos en

aguas de depuradoras de la CAV.

RESUMEN: Los disruptores endocrinos son contaminantes ambientales que pueden

alterar el normal funcionamiento del sistema endocrino de un organismo, afectando

severamente su desarrollo y reproducción. En casos extremos, estas alteraciones

pueden condicionar la supervivencia del organismo y comprometer la viabilidad de la

población afectada. En estudios previos realizados en la costa vasca se ha detectado

efectos de disrupción endocrina en varias poblaciones de mubles.

El objetivo del presente proyecto ha sido la identificación de efectos de disrupción

endocrina poblaciones de mubles que habitan zonas posiblemente impactadas por

compuestos disruptores endocrinos y caracterizar la carga estrogénica en efluentes de

depuradoras vascas. Así, tras capturar mubles en 5 poblaciones (Santurtzi, Gernika,

Ondarroa, Deba y Pasaia) se ha detectado la presencia de peces intersex en Gernika y

Deba. Los niveles de vitelogenina en machos (marcador de estrogenicidad en peces)

demostraron la exposición en todas las poblaciones estudiadas a compuestos

estrogénicos. De todas formas el patrón de contaminantes presentes en cada estuario

estudiado ha sido diferente. La caracterización del potencial xenoestrogénico de los

efluentes de la EDAR de Galindo y la EDAR de Gernika, se ha realizado con alevines de

mubles expuestos durante un periodo total de 10 días. Ambos efluentes han

demostrado potencial para inducir la expresión de los genes vitelogenina y aromatasa

cyp19a2, marcadores de xenoestrogenicidad. De esto se concluye que ambos efluentes

finales tienen capacidad estrogénica para los peces. Finalmente, se han desarrollado

herramientas para ensayos de evaluación de la toxicidad de sedimentos utilizando el

gusano poliqueto Nereis, que puedan utilizarse en un futuro. En conclusión, se hace

necesaria la implementación de un programa de seguimiento de la disrupción

endocrina en la costa vasca y evaluar el potencial estrogénico y su impacto en el medio

de los efluentes de depuradoras de aguas residuales en nuestra Comunidad

Autónoma.

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INDICE

FINALIDAD DEL PROYECTO Y OBJETIVOS PLANTEADOS EN LA SOLICITUD ………........4

TAREAS DESARROLLADAS …………………………………………………………………………………...10

RESULTADOS Y LOGROS ALCANZADOS …………………………........................................19

CONCLUSIONES...………………………………………………………………………………………………….27

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES DERIVADAS DEL

PROYECTO…………………………………………………………………………....................................28

PLAN DE FORMACION, DIFUSIÓN Y TRANSFERENCIA…………………………………………..…31

TABLAS………………………………………………………………………………………………………………….34

ANEXO IMÁGENES…………………………………………………………………………………………………35

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FINALIDAD DEL PROYECTO Y OBJETIVOS PLANTEADOS EN LA

SOLICITUD

La Directiva Marco del Agua Europea (DMA, 2000/60/EC) exige a los Estados Miembros

proteger, mejorar y restaurar todas las masas de agua superficiales con el fin de

alcanzar al menos el “Buen estado” para el año 2015, concepto que integra una

valoración conjunta tanto desde el punto de vista de su “estado químico” como de su

“estado ecológico”. Asímismo, la Directiva Marco Europea sobre Estrategia Marina

(EM) (2008/56/CE), en concreto, trata de garantizar que todas las aguas marinas (con

toda su diversidad ecológica) permanezcan dinámicas, limpias, sanas y productivas,

extendiendo las implicaciones de la DMA (ríos, lagos, aguas subterráneas, aguas de

transición y aguas costeras) a todas las masas de agua en Europa. La EM se fija el año

2020 como fecha para el cumplimiento de estos objetivos. Para ello es necesario

implementar redes de seguimiento de la calidad del medio, y estrategias/metodologías

que permitan una correcta evaluación de su estado. Entre las medidas que deben

incluirse en estas redes/programas de seguimiento se deben incluir, al menos, el

seguimiento de las sustancias prioritarias (estado químico) y de aquellos

contaminantes vertidos en mayor cantidad y la evaluación de los elementos biológicos

que puedan ser más sensibles a la presión evaluada (estado ecológico). En ese

contexto, los biomarcadores constituyen una herramienta muy útil para evaluar e

identificar las causas de los impactos sufridos por los organismos en los ecosistemas.

Los biomarcadores son medidas a nivel celular, bioquímico y/o molecular que indican

si un organismo ha estado expuesto a contaminantes y la respuesta del organismo al

contaminante.

Actualmente, la Red de Seguimiento de la Calidad de las masas de agua en la

Comunidad Autónoma Vasca incluye medidas químicas y algunas pocas medidas

biológicas. En estas actuaciones no se consideran compuestos nuevos que están

apareciendo en el ambiente y cuyas concentraciones están creciendo en todas las

masas de agua europeas y han sido denominados globalmente como contaminantes

emergentes. El estudio de estos compuestos se encuentra entre las líneas de

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investigación prioritarias de los principales organismos dedicados a la protección de la

salud pública y medioambiental, tales como la Organización Mundial de la Salud

(OMS), la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (EPA), o la Comisión

Europea. Los contaminantes emergentes son compuestos de los cuales se sabe

relativamente poco o nada acerca de su presencia e impacto en los distintos

compartimentos ambientales, razón por la cual y a su vez consecuencia de que no

hayan sido regulados, y de que la disponibilidad de métodos para su análisis sea nula o

limitada. Otra particularidad de estos compuestos, es que debido a su elevada

producción y consumo, y a la como consecuente continua introducción de los mismos

en el medio ambiente, no necesitan ser persistentes para ocasionar efectos negativos.

Dentro de esta familia compleja de compuestos contaminantes se encuentran los

retardantes de llama bromados, los cloroalcanos, los pesticidas polares, los

compuestos perfluorados, los fármacos, las drogas de abuso, y los metabolitos y/o

productos de degradación de las clases de sustancias anteriores. Estos compuestos

han sido catalogados también como disruptores endocrinos.

La disrupción endocrina ha sido definida por la Organización Mundial de la Salud como

cualquier alteración en el sistema endocrino que afecta, entre otros, la reproducción y

el desarrollo de los organismos y en caso extremo puede producir una disminución

dramática de la población afectada. Los compuestos disruptores endocrinos tienen un

origen antropogénico y en gran medida su último reservorio son las masas de agua,

especialmente ríos y estuarios. Los efluentes de depuradoras de aguas residuales

urbanas como industriales son una de las principales fuentes de compuestos

disruptores endocrinos en el medio ambiente y las poblaciones que habitan en las

zonas de estos efluentes suelen verse severamente afectadas, causando en algunos

casos reducciones dramáticas en el tamaño de la población. Entre los agentes

causantes de disrupción endocrina se encuentran diversos contaminantes ambientales

como los ya mencionados alquilfenoles, hormonas sintéticas, PAHs, ftalatos,

tributilestaño, etc., todos incluidos el Anexo VII de la DMA como contaminantes

prioritarios. Es más, la DMA propone que cualquier sustancia y preparado, o productos

derivados de ellos, con propiedades esteroidogénicas, cancerígenas, mutágenas o que

puedan afectar a la tiroides, a la reproducción o a otras funciones endocrinas en el

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medio acuático o a través del medio acuático deben ser analizadas en los programas

de seguimiento.

Los trabajos sobre efectos biológicos de los contaminantes disruptores endocrinos en

la costa vasca no son muy numerosos. En los últimos años nuestro grupo de

investigación ha descrito efectos de disrupción endocrina en peces Chelon labrosus

(mubles) que habitan zonas de estuarios de la costa vasca como, la Reserva de la

Biosfera de Urdaibai, el puerto de Arriluze en el Abra, la ría de Plentzia y el Puerto de

Pasaia. Estos peces mostraban gónadas intersex (feminización del tejido gonadal con

presencia de gametos femeninos dentro del tejido testicular) y niveles elevados de

vitelogenina en plasma. Los niveles de vitelogenina, proteína regulada por la hormona

estradiol y sintetizada exclusivamente por las hembras de organismos ovíparos

durante el desarrollo gametogénico, han sido ampliamente utilizados como

biomarcador de exposición a compuestos feminizantes (xenoestrogénicos) en peces

machos o inmaduros. Este biomarcador está siendo recomendado por organizaciones

que se preocupan por el estudio de los efectos de los contaminantes sobre los

organismos acuáticos, como la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo

Económico) e ICES (International Council for the Exploration of the Sea). Las

poblaciones de mubles mencionadas mostraban en la bilis niveles elevados de

compuestos disruptores endocrinos como alquilfenoles, bisfenol A, hormonas

sintéticas y ftalatos.

De modo paralelo, se han desarrollado diversas metodologías analíticas para el análisis

de algunos contaminantes con actividad disruptiva como alquilfenoles, estrógenos,

PAHs, etc. y se han realizado estudios sobre la distribución de algunos de estos

contaminantes en los estuarios de Bilbao y Urdaibai. Actualmente se están estudiando

algunos sistemas de muestreo pasivo para la monitorización de estos contaminantes

en EDAR de Bizkaia. Además, se pretende estudiar la viabilidad de los sistemas

denominados CFIS (Continuous Flow Integrative System) diseñados por LABAQUA

(Murcia) y que están en fase avanzada de ensayo.

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Atendiendo a la preocupación expresada por la Comisión Europea en su comunicación

COM(1999)706 al Parlamento Europeo y sucesivas actualizaciones, sobre la presencia y

efectos de los compuestos disruptores endocrinos en el medio ambiente y siguiendo

las recomendaciones sobre desarrollo de redes de biomonitoreo biológico recogidas

en la Estrategia Marina Europea, el presente proyecto se propone los siguientes

objetivos y actuaciones:

1º) Caracterización de efectos de disrupción endocrina en estuarios de la costa vasca,

sensibles de estar afectados por contaminantes disruptores endocrinos mediante

biomonitoreo de poblaciones residentes de mubles (Chelon labrosus). El muble ha

sido seleccionado como especie centinela para el estudio de la disrupción endocrina en

la costa vasca, debido a que es una especie distribuida a lo largo de toda nuestra costa

y su captura es relativamente fácil. El muble es un organismo detritívoro que se

alimenta de partículas en suspensión y de materia orgánica acumulada en el fondo,

con lo que la exposición a contaminantes ambientales es constante, y por lo tanto,

ofrece una imagen apropiada del estado ambiental de la zona de estudio. Además, es

una especie bastante resistente a la contaminación, pero que muestra respuestas

cuantificables, lo que hace del muble una especie muy apropiada para su uso como

organismo centinela. Trabajos recientes desarrollados en estuarios vascos, han

demostrado que los mubles pueden mostrar signos de disrupción endocrina como

gónadas intersex y alteraciones en los niveles de expresión de genes asociados con la

reproducción. Estudios analíticos de la bilis de los mubles con efectos de disrupción

endocrina, han demostrado la acumulación de compuestos disruptores endocrinos

como los alquilfenoles, ftalatos, bisfenol A, hormonas sintéticas, etc. Por lo tanto,

aplicando un sistema de biomonitoreo, propuesto en los proyectos URA10/02 y

URA11/03, se ha determinado la extensión de la disrupción endocrina en estuarios

vascos mediante dos actuaciones: Por una parte, se ha analizado la presencia de

contaminantes químicos con efectos disruptivos tanto en el agua como en los

sedimentos superficiales. Por otra parte, se han analizado mubles mediante

biomarcadores rápidos y sencillos de aplicar, como son los niveles de vitelogenina en

plasma (biomarcador específico de efectos feminizantes en peces), estudio

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histopatológico de la gónada para la detección de organismos intersex y cuantificación

de metabolitos de compuestos disruptores endocrinos en la bilis.

2º) Desarrollar metodologías apropiadas para la detección de contaminantes

emergentes en efluentes de depuradoras y evaluar la capacidad de producir

disrupción endocrina de estos efluentes en peces. Ante la reciente preocupación

mostrada por la Comisión Europea sobre la presencia de contaminantes emergentes

con potencial actividad de disrupción endocrina, se hace necesario el desarrollo de

técnicas capaces de cuantificar y detectar estos compuestos en las masas de agua. En

este sentido, se propone realizar el seguimiento de los niveles de diferentes

disruptores endocrinos en los efluentes de depuradora mediante sistemas de

muestreo pasivo (SMP). Este tipo se sistemas permiten realizar una evaluación

integrada de la presencia de contaminantes, que se encuentran en concentraciones

muy bajas y con unas variaciones regulares, debido al aporte continuo en los

influentes. Debido al desconocimiento existente en cuanto al potencial real de estos

contaminantes emergentes como disruptores endocrinos, se han expuesto alevines de

muble a dos efluentes de depuradoras y se han estudiado biomarcadores de

disrupción endocrina, como los mencionados en el objetivo 1. Además, junto con los

ensayos in vivo con peces también se ha estudiado el potencial estrogénico de los

efluentes mediante bioensayos in vitro. Estos bioensayos constan de células

transfectadas capaces de responder cuantitativamente ante la presencia de

compuestos hormonales estrogénicos.

3º) Aplicación y desarrollo de bioensayos con lombrices Nereis sp, en sedimentos

recogidos en zonas sensibles a contaminantes emergentes. Los bioensayos basados

en organismos invertebrados como los gusanos, ofrecen una posibilidad sencilla,

rápida y aplicable para la caracterización biológica de matrices tipo sedimentos en

ecosistemas acuáticos. Se han expuesto gusanos adultos del género Nereis sp. a

sedimentos susceptibles de contener contaminantes emergentes y se ha caracterizado

la respuesta a nivel celular y tisular con especial énfasis en el sistema digestivo y

reproductor. La Directiva Marco Europea sobre Estrategia Marina ya establece la

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necesidad de estudiar el impacto no solo en organismos vertebrados, sino también en

organismos invertebrados.

4º) Preparación de un informe científico-técnico describiendo en detalle los

protocolos aplicados y desarrollo de una serie de recomendaciones que puedan

aplicarse en las Redes de Seguimiento de la Calidad de las Aguas. Todo esto

redundará en un mejor conocimiento del estado de los ecosistemas acuáticos y

facilitará la toma de medidas correctoras y desarrollo de futuros programas de

seguimiento y vigilancia.

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TAREAS DESARROLLADAS

TAREA 1: Estudio de efectos de disrupción endocrina en poblaciones de mubles

seleccionadas en la costa vasca mediante biomarcadores específicos.

Durante los meses de Mayo y Junio se ha procedido a la captura, mediante pesca con

caña, de mubles (Chelon labrosus) en cinco estuarios de la costa vasca. Los puntos

seleccionados fueron el puerto de Santurtzi (en sustitución de Zierbana, ya que la

recogida de muestras fue más fácil), Gernika, Ondarroa, Deba y Pasaia. Finalmente se

decidió no recoger mubles en Hondarribia debido a los problemas para capturar

mubles en esta zona. Se capturaron entre 20-30 mubles en cada zona de estudio y se

procedió a su procesamiento in situ, recogiendo muestras de hígado, gónada, cerebro

y sangre. En todo momento y a lo largo de todo el estudio, los procedimientos

seguidos se ajustaron a las normativas estatales y europeas en vigor (Ley 32/2007 del 7

de Noviembre; Directiva 2010/63/UE) con el fin de reducir el daño causado a los

organismos capturados. Además, han contado con la evaluación favorable del Comité

de Ética para el Bienestar Animal (CEBA) de la UPV/EHU.

Los mubles capturados fueron anestesiados sumergiéndolos en una solución saturada

de benzocaína, tras lo cual se registró su talla y peso. El tamaño del pez se midió desde

su parte frontal hasta la parte final sin incluir la aleta caudal. Inmediatamente después

se procedió a la extracción de sangre. Para ello se utilizaron jeringuillas heparinizadas,

extrayendo la sangre (unos 1,5 mL por pez) de la vena caudal. La sangre se transfirió a

microtubos eppendorf de 2 mL y se centrifugó a 1000 rpm durante 5-7 min para

obtener el plasma. Tras recoger el plasma del sobrenadante del tubo, se transfirió a un

criotubo de 2 mL que contenía una gota de aprotinina (para la inhibición de la

degradación de proteínas) y se congeló en nitrógeno líquido. El plasma se transportó

hasta el laboratorio congelado en nitrógeno líquido, donde finalmente fue almacenado

a -80ºC y forma parte del Banco de Bioespecimenes Ambientales de la Bahía de Bizkaia

(BBABB) de la UPV/EHU, que servirán para futuros estudios.

Para proceder a la disección de los peces, se sacrificaron previamente mediante

decapitación. Se extrajeron muestras de cerebro, gónada e hígado. La gónada y el

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hígado se extrajeron enteros y se pesaron por separado. El cerebro se introdujo en un

vial estéril (2 mL) que contenía RNAlater (Invitrogen) para conservar el RNA presente

en el tejido, y se congeló inmediatamente en nitrógeno líquido. En el laboratorio, estas

muestras fueron almacenadas en congeladores a -80ºC hasta su análisis. Con una

porción de las muestras de hígado y gónada, se procedió del mismo modo que con las

muestras de cerebro y se mantuvieron en nitrógeno líquido hasta su transporte al

laboratorio. Se procedió al estudio de los niveles de transcripción del gen vitelogenina

como marcador de estrogenicidad. Las muestras fueron descongeladas, se retiró el

exceso de RNAlater con un papel secante y se introdujo cada muestra en un vial de 2

mL que contenía 1 mL de Trizol (Invitrogen) y microbolas de teflón. Se homogenizaron

las muestras en un disruptor de tejidos (Hybaid). Posteriormente se recogió el

homogenizado y se transfirió a un microtubo eppendorf estéril de 2 mL. Se añadieron

200 µL de cloroformo y se centrifugaron las muestras a 12000 rpm a 4ºC en una

centrífuga eppendorf para la separación de proteínas, DNA y RNA. Tras este primer

centrifugado se recogió el sobrenadante que contenía el RNA y se transfirió a una

columna de extracción de RNA (RNeasy kit, Ambión). Siguiendo el protocolo del kit

comercial de extracción se consiguió el RNA total de cada muestra. Posteriormente

una alícuota de muestra conteniendo 1 µg/µL de RNA se transfirió a un nuevo

microtubo eppendorf estéril y se procedió a la síntesis de cDNA utilizando otro kit

comercial (SuperScript First Strand Synthesis, Invitrogen). El excedente de RNA de cada

muestra se almacenó a -80ºC y las muestras de cDNA se almacenaron a -40ºC. El

análisis de la expresión de los genes de interés se realizó mediante PCR cuantitativa a

tiempo real (qPCR). Para ello se utilizaron cebadores y sondas de oligonucleótidos

específicos para el gen de la vitelogenina en mubles, desarrollados por nuestro grupo

de investigación y sintetizados por encargo por la compañía AppliedBiosystems. El

proceso consistió en, tras descongelar el cDNA, coger una alícuota de 1 µg de cDNA y

proceder a su análisis con los cebadores y las sondas específicas para cada gen

incluidas en el kit comercial de PCR a tiempo real de AppliedBiosystems. La lectura de

los niveles de expresión se realizó con el termociclador 7100 de AppliedBiosystems.

Otra porción de la gónada y el hígado se recogió en cassetes de histología y se

sumergieron en fijador 10% de formalina tamponada con 2.5% de glutaraldehído. Se

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mantuvieron a 4ºC durante 24 horas hasta su posterior procesamiento.

Posteriormente, se transfirieron a alcohol de 70º y se deshidrataron químicamente en

un proceso de alcoholes seriados con ayuda del procesador de tejidos automático

Leica ASP300. Se incluyeron en resina de metacrilato (Tecnovit 7100) y se realizaron

secciones de 5 µm de grosor y se tiñeron con un protocolo convencional de

hematoxilina/eosina. Finalmente el estudio histológico/histopatológico se realizó en

un microscopio Olympus BX60 acoplado a un sistema de ordenador de captura de

imágenes. Se prestó especial atención a las fases gametogénicas, procesos de

intersexualidad y agregados de melanomacrófagos (células de respuesta inmune en

peces).

El resto de la gónada y del hígado se etiquetó debidamente envueltos en papel de

aluminio y se congelaron en nitrógeno líquido. Estas muestras se almacenaron a -40ºC

a su llegada al laboratorio y son susceptibles de ser incorporadas al BBABB de la

UPV/EHU.

Por último, se recogieron muestras de bilis de cada individuo utilizando una jeringuilla

estéril de 1 mL. La bilis se extrajo directamente del saco biliar adyacente al hígado. La

muestra de bilis se transfirió a viales de plástico inerte de 2 mL (Corning) y se congeló

rápidamente en nitrógeno líquido. También se recogieron otolitos de la parte frontal

de los peces. Tras su extracción y limpiado se almacenaron en viales de 2 mL en etanol

absoluto a 4ºC. Las muestras de bilis y los otolitos de los peces se encuentran

almacenados en el BBABB de la UPV/EHU, para futuros análisis.

TAREA 2: Desarrollo de protocolos específicos para la cuantificación de actividades

esteroidogénicas en gónada de mubles.

Durante el desarrollo de esta Tarea 2 se analizaron muestras de mubles recogidas en

anteriores proyectos URA entre los años 2011 y 2012 en el puerto de Pasaia y

almacenadas en el BBABB de la UPV/EHU. Se ha estudiado la expresión de genes

asociados al proceso de esteroidogénesis en peces como StAR (steroid acute

regulatory protein), cyp11b (responsable de la síntesis de andrógenos) y cyp19a1

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(responsable de la síntesis de estrógenos) y genes relacionados con el catabolismo

hormonal como sulfotransferasa y glucotransferasa. El protocolo seguido para la

cuantificación de los niveles de estos genes tanto en hígado como en gónada ha sido el

mismo descrito en la Tarea 1. Junto con los niveles de transcripción de los genes

indicados, también se han cuantificado los niveles de estrógenos (estradiol) y

andrógenos (11-Ketotestosterona) en el plasma de los mismos organismos. Para este

fin, el plasma se descongeló cuidadosamente a 4ºC y se mezcló con una solución de

dietileter en una proporción 1:5. La fase orgánica extrajo las hormonas presentes en el

plasma y esta fase orgánica fue transferida a un nuevo tubo donde se evaporó el

dietileter bajo atmosfera de nitrógeno. Las hormonas fueron resuspendidas en etanol

y se cuantificaron con kits comerciales específicos de la empresa Cayman Chemical.

Además de los niveles hormonales en plasma y la cuantificación de los transcriptos de

los genes esterodogénicos en la gónada, se midió la actividad de la enzima aromatasa

en muestras de gónada congeladas. Tras descongelar una porción de gónada (1 g

aproximadamente) de los mismos mubles se homogeneizó en frío utilizando 3 ml de

medio de homogeneización (100 mM de potasio tampón fosfato pH 7,4 que contiene

100 mM KCl y 1 mM EDTA). Los homogenados obtenidos se centrifugaron

consecutivamente a 10.000 g durante 20 min y se eliminó el sobrenadante y se

centrifugó de nuevo a 105.000 g durante 60 min. El sobrenadante resultante se apartó

y el precipitado final se lavó primero con un pequeño volumen de 100 mM de tampón

potasio-fosfato (pH 7,4) y se resuspendió con 1 ml de 100 mM de tampón potasio-

fosfato pH 7,4. Se cuantificó el contenido de proteína total siguiendo el método de

Bradford, utilizando albúmina de suero bovino (BSA) como estándar (Quick Start

Bradford Dye con BSA kit, Bio-Rad, California, EE.UU.). Después de obtener el

contenido de proteína total, todas las muestras se diluyeron con 100 mM de tampón

potasio-fosfato (pH 7,4) a una concentración final de 2 mg / mL de proteína en un

volumen final de 1 mL. Posteriormente, cada muestra se dividió en dos tubos de

ensayo de 10 mL, conteniendo cada uno 0,5 mL de preparación microsomal, uno para

el control y el otro para mediciones reales. Las preparaciones microsomales de todos

los tubos control se hirvieron, desnaturalizando todas las enzimas presentes en la

preparación, mientras que el resto de las muestras se mantuvieron en frío. Se

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añadieron 0,5 mL de medio de ensayo (1,7 mM NADP, 2,8 mM de glucosa-6-fosfato

deshidrogenasa, 1,0 UI glucosa-6-fosfato, 3,3 mM de cloruro de magnesio, 0,1 mM

NADPH y 50 nM testosterona) a cada tubo, y se incubaron durante 30 min a 28 ⁰ C bajo

agitación continua en un baño de agua. La reacción se detuvo manteniendo los tubos

en hielo y la fase orgánica que contiene la hormona estradiol se extrajo como en las

muestras de plasma, descrito en el párrafo anterior. La actividad de la aromatasa se

cuantificó mediante los niveles calculados de estradiol por muestra dividiéndose por

los niveles de proteína total en cada muestra.

TAREA 3: Desarrollo de los métodos de análisis y de muestro pasivo.

Las muestras de bilis se descongelaron y fueron inmediatamente hidrolizadas. En un

vial de vidrio de 10 mL se mezclaron 100 µL de bilis, 1,5 mL de tampón fosfato (0,1 mol

/ L, pH 6,0), 800 µL de agua Milli Q, 50 µL de análogos deuterados (E2-d3 y d4-NP, 2

mg / L) y 200 µL de las correspondientes enzimas (1.000 U / mL de β-glucuronidasa, 2

U / mL para la sulfatasa y 20 U / mL de β-glucosidasa). A continuación, se sumergió 1

cm en la mezcla una sonda de titanio (MS73, diámetro 3 mm, Bandelin, Berlín,

Alemania) acoplada a un sistema de ultrasonidos Bandelin Sonoplus HD 2070 (20 kHz,

70 W, Berlín, Alemania). La hidrólisis enzimática se llevó a cabo durante 20 min a 10%

de amplitud y durante un ciclo. Después de la hidrólisis, se añadieron 300 µL de ácido

acético y 2 mL de agua Milli Q, antes de la limpieza mediante extracción en fase sólida

(SPE).

La bilis hidrolizada se cargó en un cartucho de 200-mg de Oasis HLB, que había sido

previamente acondicionado con 5 mL de metanol (MeOH) y 5 mL de ácido acético al

1% (v/v) en agua Milli Q. El cartucho se enjuagó con 2 mL de agua Milli Q y se secó al

vacío durante 10 min. Los analitos se eluyeron con 8 mL de etilacetato. Finalmente, el

extracto se evaporó a sequedad bajo una corriente suave de nitrógeno en un

evaporador Turbo Vap LV (Zymark, Hopkiton, MA, EE.UU). El extracto concentrado se

disolvió en 125 µL de piridina y 25 µL de BSTFA con un 1% de TMCS y se sometió a una

etapa de derivatización durante 10 min a 80% de amplitud y nueve ciclos en un

sistema de ultrasonidos Bandelin Sonoplus HD 2070 (20 kHz, 70 W, Berlín, Alemania)

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acoplado con un dispositivo de refuerzo BR 30 Cup. El extracto se mantuvo a -20 ° C

antes de proceder a su análisis mediante cromatografía de gases-espectrometría de

masas (GC-MS).

Los analitos derivatizados se analizaron en un cromatógrafo de gases 6890N (Agilent

Technologies, Avondale, PA, EE.UU.). Se inyectó 1 µL del extracto derivatizado en

modo splitless a 280°C en una columna cromatográfica HP5-MS (30 m × 0,25 mm, 0,25

m). Para la separación de los analitos, se utilizaron los siguientes programas de

temperatura: 100°C (5 min), aumento de la temperatura a 20°C min-1 hasta 200°C, un

segundo incremento de 1,5°C min-1 hasta 240°C y una tercera de 20°C hasta 300°C,

donde finalmente se mantuvo durante 2 min. Se uso helio (99,9995%, Carburos

Metálicos, Barcelona, España) como gas portador a un flujo constante de 1 mL min-1.

La temperatura de la línea de transferencia se mantuvo a 310°C, y la fuente de iones y

cuadrupolo a 230°C y 150°C, respectivamente.

En el caso de los sistemas de muestreo pasivo se calibraron los sistemas empleados

(POCIS y Mesco, ver Figura 1). La calibración consistió en la exposición de los sistemas

de muestro pasivo durante un tiempo definido (hasta 16-20 días) a partir de la cual se

calculó la constante de muestreo (L·día-1) y el empleo de PRCs (performance reference

compounds).

TAREA 4: Estudio de la acumulación de los contaminantes seleccionados en los

sistemas de muestreo pasivo.

A partir de los calibrados realizados anteriormente se establecieron las

concentraciones presentes en todas las estaciones muestreadas. Para ello se dispuso

de dos sistemas de muestreo (para compuestos polares y no polares) y cada uno de

ellos se realizó por duplicado. En función de la constante de muestreo se obtuvieron

dos momentos para cada sistema pasivo: en condiciones cinéticas (del orden de 4-8

días de exposición) y en condiciones de equilibrio (> 15 días de exposición) (ver Figura

2). Además de los compuestos objeto de estudio se realizó un screening multiresiduo

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para poder disponer de información relativa a la presencia de otros contaminantes que

pudieran enmascarar los resultados

TAREA 5: Caracterización de efectos de disrupción endocrina mediante bioensayos

en efluentes de depuradoras de aguas residuales.

Esta Tarea ha sido una de las más complejas desde el punto de vista experimental.

Ante la imposibilidad de enjaular peces, se decidió realizar la exposición en las

instalaciones acuariológicas del Centro de Investigación en Biología y Biotecnología

Marinas Experimentales (PIE-UPV/EHU). Se obtuvieron alevines de muble de un año de

edad del Centro de Formación Profesional en Acuicultura-Zaporito (Cádiz) que fueron

trasladados al PIE-UPV/EHU. Tras un periodo de aclimatación de 10 días, se expusieron

los peces a dos efluentes de depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR). Los

efluentes seleccionados fueron los de la EDAR de Gernika y EDAR de Galindo. La

selección de ambos efluentes se basó en resultados previos de nuestro grupo,

sospechando la posible presencia de compuestos disruptores endocrinos.

Se evaluó la capacidad estrogénica de cada efluente a tres concentraciones/diluciones

diferentes: 20%, 40% y 75% diluidos en agua de mar. Se incluyó un grupo control que

se mantuvo en agua del acuario. La renovación de agua fue diaria y se alimentaron los

peces de manera rutinaria. El experimento de exposición duró 10 días y en cada grupo

experimental se expusieron 20 peces. Se recogieron muestras tras 2 y 10 de

exposición. El procedimiento de recogida de muestras de los peces siguió el mismo

proceso descrito en la Tarea 1 aunque en este caso solo se analizaron los niveles de

transcripción de vitelogenina en hígado, como biomarcador de estrogenicidad. Junto

con los mubles, también se mantuvieron en los tanques experimentales los

muestreadotes pasivos, para la detección de contaminantes emergentes en los

efluentes analizados.

Además de evaluar la capacidad de causar efectos de disrupción endocrina por los

efluentes en los peces expuestos (ensayo in vivo), tambien se estudió in Vitro la carga

estrogénica del agua de los efluentes y de sedimentos recogidos en la zona de

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descarga de los efluentes. Para este tipo de bioensayos in Vitro se utilizaron células

transfectadas con el receptor de estrógenos para peces y otras con el receptor de

estrógenos de humanos. Estas células se incubaron con muestras de agua de los

efluentes y la respuesta obtenida se comparó entre ambos tipos celulares. Esta parte

de la Tarea 5 se ha realizado en colaboración con el grupo del Dr JM Navas del

Departamento de Medio Ambiente (INIA) en Madrid.

TAREA 6: Estudio de los posibles efectos tóxicos de sedimentos contaminados

mediante bioensayos con el invertebrado Nereis sp.

Se recogieron muestras de sedimentos de dos zonas (Arteaga y Kanala) de uno de los

sitios de estudio (Urdaibai) del presente proyecto. Los sedimentos se trasladaron al

laboratorio en bolsas refrigeradas. Una vez en el laboratorio, se puso 1 Kg de

sedimento en 3 litros de agua y se introdujeron gusanos del género Nereis en el

sedimento (10 animales por sedimento) y se mantuvieron a temperatura constante (19

ºC) y con aireación durante 21 días en oscuridad. Se tomaron muestras de los gusanos

y se hicieron una serie de medidas biométricas incluyendo peso fresco, peso seco,

longitud total y longitud de los tres primeros segmentos entre otros. Además, se

tomaron muestras de agua, sedimento y gusanos para la cuantificación de los metales

pesados más relevantes en el medio (Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb y Zn) con el fin de observar

el trasiego de metales en los diferentes compartimentos ambientales (agua, sedimento

y organismos) y la capacidad de acumulación de los gusanos. Finalmente, se tomaron

muestras de gusanos y se procesaron de manera rutinaria para el estudio histológico

de las muestras con el fin de observar posibles alteraciones.

TAREA 7: Integración de los resultados y transferencia de las conclusiones a la

Administración.

Durante el desarrollo del proyecto se ha mantenido un contacto constante entre los

grupos e investigadores participantes dentro del proyecto. Además de los grupos de

investigación la Agencia Vasca del Agua ha estado constantemente informada del

progreso del proyecto mediante una reunión inicial en Mayo de 2012 y el informe

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parcial remitido a URA en noviembre de 2012. Tras la finalización del proyecto todos

los datos obtenidos se han integrado y discutido entre los distintos investigadores

participantes. También se ha redactado la memoria final para su transferencia a la

Administración. A la vista de los resultados obtenidos, se propone a la administración

competente la necesidad de poner en marcha un programa de seguimiento de los

efectos de disrupción endocrina en peces de estuario. Con este fin, nuestro grupo de

investigación se ofrece a colaborar con la Administración o agentes implicados en el

desarrollo de medidas correctoras o de remediación y también colaborará con el

personal responsable de la Administración ofreciendo asesoramiento y apoyo

científico para el desarrollo de propuestas de actuación.

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RESULTADOS Y LOGROS ALCANZADOS

Estudio de efectos de disrupción endocrina en poblaciones de mubles de la costa

vasca

El análisis histológico de la gónada permitió el sexado de los individuos capturados y

la clasificación en base a su estadío gametogénico. En las cinco estaciones de estudio

seleccionadas (Santurtzi, Gernika, Ondarroa, Deba y Pasaia) no se encontraron

desplazamiento significativo en los ratios de los peces capturados. En todas las

poblaciones el ratio machos hembras se acercó al 1:1 esperado para una especie como

el Chelon labrosus. Respecto al estadío gametogénico de la gónada se observaron

diferencias entre sexos y poblaciones. Los machos estaban ligeramente menos

desarrollados que las hembras en las estaciones de Santurtzi, Ondarroa, Deba y Pasaia.

Las gónadas de los machos mostraron estadíos en fases 1-2 con presencia de

espermatogonios y algunos pocos espermatocitos en los folículos espermáticos. En el

caso de las hembras las fases gametogénicas principales fueron 2-3, con ovocitos

previtelogénicos y en fase de córtica alveoli (vitelogénesis temprana) presentes en el

ovario. En Gernika fueron los machos los que estaban ligeramente más desarrollados

que las hembras. Los machos mostraron gónadas en estadío 2-3, con presencia más

elevada de espermatocitos. Las hembras de Gernika mostraron estadíos 1-2, con

ovarios conteniendo principalmente ovocitos previtelogénicos.

Atendiendo al índice morfogénico del índice gonado-somático (GSI), la tendencía fue

la misma que lo observado en histología (Figura 3). En el caso de los machos los valores

GSI más elevados se obtuvieron en Gernika en comparación con el resto de

poblaciones. Por el contrario, las hembras de la población de mubles de Gernika

fueron las que mostraron un GSI más bajo en comparación con el resto de hembras.

El estudio histopatológico de la gónada de los mubles mostró que no habían

alteraciones tipo acumulación de melanomacrófagos ni desestructuración del tejido

gonadal. Sin embargo se detectaron individuos intersex en las poblaciones de mubles

de Gernika y Deba. Los individuos intersex mostraron testículos con algunos gametos

femeninos (ovocitos) dispersos por el tejido. Estos ovocitos fueron siempre

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previtelogénicos. Atendiendo al grado de presencia de los ovocitos en los testículos de

los peces intersex, todos estos individuos fueron clasificados como nivel 1 (en una

escala de 0 a 5, en la que 0 es testículo normal y 5 completamente feminizado). El

cálculo del GSI para los peces intersex mostró diferencias respecto a los machos de las

mismas poblaciones. La aparición de organismos intersex es un reflejo claro de

exposición de los peces afectados a compuestos con actividad hormonal estrogénica o

feminizante.

Además del estudio histopatológico del tejido gonadal, el trabajo de campo se ha

completado con la cuantificación de los niveles de trascripción del gen de la

vitelogenina en el hígado de los peces (Figura 4). Como ya se ha mencionado

anteriormente en este informe, los niveles de vitelogenina en peces machos están

considerados como el mejor biomarcador de exposición a compuestos estrogénicos

(xenoestrógenos). Son varios los programas de seguimiento de la calidad ambiental de

zonas acuáticas que están incorporando este biomarcador, por ser específico, sensible

y rápido y sencillo de cuantificar. La cuantificación de los niveles de vitelogenina en

hígado de los peces macho demostró la exposición a compuestos xenoestrogénicos en

todas las poblaciones estudiadas. Indicar que los machos de Gernika fueron con

diferencia los que mostraron niveles más elevados de trascripción junto con los peces

intesex de esta misma población. Los niveles de trascripción de vitelogenina en estos

organismos fueron superiores a los cuantificados en todas las hembras del estudio.

Los análisis químicos de muestras de agua recogidas en las cinco zonas de estudio

demostraron la presencia de compuestos disruptores endocrinos (ver Tablas 1 y 2). Se

detectaron compuestos como ftalatos, alquilfenoles, HCHs, DDT y derivados, clorpirifos

y clorfenvinfos (estos últimos considerados contaminantes emergentes). En todos los

casos los niveles fueron siempre en el rango de ng/L. Los niveles de ftalatos más

elevados se cuantificaron en Deba, seguido por Pasaia y Gernika. Los niveles más bajos

se cuantificaron en Santurtzi y Ondarroa. En cuanto a los niveles de alquilfenoles solo

fueron detectables en Gernika y en Santurtzi (en esta última estación de muestreo solo

se detectó la presencia de 4-t-octylphenol). Los resultados de Gernika vuelven a

confirmar la presencia elevada de compuestos tipo alquilfenol, ya detectada en

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campañas anteriores por nuestro grupo de investigación. Los compuestos halogenados

tipo HCH solo fueron detectados en Gernika, Ondarroa y Deba, siendo Gernika donde

se cuantificaron las concentraciones más elevadas (el doble que en Ondarroa y Deba).

Respecto a los compuestos tipo DDT y derivados los niveles siempre estuvieron por

debajo de los límites de detección en todas las estaciones estudiadas. Finalmente,

entre los contaminantes emergentes detectados los niveles de clorpirifos fueron

elevados en Gernika, Ondarroa y Deba en comparación con las otras estaciones. En

cuanto a los niveles de clorfenvinfos siempre estuvieron por debajo de los límites de

detección en todas las estaciones analizadas. Por lo tanto, se observa que el patrón de

contaminación es bastante diverso entre las estaciones estudiadas. Seguimos

caracterizando y analizando las muestras recogidas para abrir el abanico de

compuestos disruptores endocrinos que ayuden a explicar los efectos detectados

mediante los estudios biológicos.

Desarrollo de protocolos específicos para la cuantificación de actividades

esteroidogénicas en gónada de mubles.

Partiendo de muestras congeladas de tejidos de muble almacenados en el BBABB de la

UPV/EHU hemos conseguido caracterizar el proceso hormonal que controla la

gemtogénesis en mubles. El conocer este proceso es esencial para comprender el

comportamiento reproductor del muble y poder definir y desarrollar nuevos

biomarcadores que ayuden a interpretar mejor los efectos de disrupción endocrina en

esta especie.

Se han clonado tres nuevas secuencias génicas de genes asociados con la

esteroidogénesis en mubles y que vienen a sumarse a los ya existentes. Estas tres

nuevas secuencias corresponden a los genes StAR (steroid acute regulatory protein),

cyp11b (11b-hidroxilasa) y sult (sulfotransferasa). Las tres secuencias han sido

aceptadas para su publicación en la base de datos pública del NCBI con los siguientes

códigos de acceso: StAR JX294414; cyp11b JX294416; sult JX294415. Tras la obtención

de estas secuencias génicas se han desarrollado protocolos para la cuantificación de su

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trascripción en tejidos de mubles. Este protocolo está basado en tecnología de PCR a

tiempo real (qPCR) utilizando SYBRgreen como marcador de fluorescencia.

Tras el desarrollo y optimización del protocolo para la cuantificación de los niveles de

trascripción de los genes reguladores de la esteroidogénesis en mubles, se estudió su

patrón de expresión durante el desarrollo gametogénico. Así, en los individuos machos

la expresión de StAR fue más alta en las gónadas maduras y en puesta que en los

estadíos de inmadurez y postpuesta. Los niveles de cyp11b y cyp19a1 (aromatasa) sin

embargo, fueron más elevados durante las primeras fases de la gametogénesis para

luego descender en la madurez y puesta de gametos. En cuanto a los genes

reguladores del proceso de catabolismo de hormonas esteroidogénicas, se observó

que tanto sult como ugt (glucotransferasa) fueron elevados en la fase de inmadurez y

más bajos durante el proceso de gametogénesis. En el caso de los individuos hembra

los niveles de StAR fueron más elevados en la fase de madurez, bajando

posteriormente durante la puesta y post-puesta. Los niveles de cyp11b no variaron a lo

largo del proceso de gametogénesis y siempre fueron más bajos que los cuantificados

en machos. Los niveles de expresión de cyp19a1 fueron elevados durante la

gametogénesis, para luego descender durante las fases de puesta y post-puesta. En

cuanto a los genes sult y ugt ambos mostraron los niveles de expresión más elevados

en hembras en fases de puesta y post-puesta, en comparación con los niveles

cuantificados en las fases de desarrollo gametogénico. Un análisis holístico de los

resultados de trascripción de los genes reguladores de la esteroidogénesis demuestra

diferencias en los patrones de expresión entre machos y hembras, algo lógico y

esperable en base a la diferencia fisiológica entre ambos sexos. Lo que sí es

remarcable, es que la menor variabilidad entre individuos y menor efecto de las

hormonas endógenas sobre la expresión de los genes reguladores de la

esteroidogénesis ocurre en las fases de inmadurez o gametogénesis temprana. Por lo

que se recomiendan estas fases para realizar estudios de disrupción endocrina en

mubles. Este resultado coincide con lo observado en los estudios histológicos

realizados anteriormente en mubles.

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Junto con los niveles de expresión génica, se cuantificaron también los niveles de

hormonas esteroides en muestras de plasma de mubles en distintas fases

gametogénicas. Los resultados demuestran que por lo general, los niveles de

estrógenos fueron más elevados en hembras que en machos y viceversa para los

niveles de 11-ketotestosterona. Estos resultados, eran perfectamente esperables y se

ajustan correctamente con los patrones de expresión de los genes reguladores de la

esteroidogénesis en mubles. Además, hemos puesto a punto un protocolo específico

para la cuantificación de la actividad de la enzima aromatasa cyp19a1, responsable de

la síntesis de estrógenos. La actividad de la aromatasa en muestras de gónada de

mubles fue, por lo general, más elevada en hembras que en machos. Lo que coincide

perfectamente con lo observado en los niveles de estrógenos en plasma de los mubles.

En los mubles hembras el patrón de actividad es más elevado en la fase de madurez,

subiendo durante la gametogénesis, para luego descender rápidamente durante la

puesta y post-puesta. En machos la tendencia fue la misma, pero los niveles de

actividad siempre fueron inferiores a los cuantificados en hembras. Estos resultados se

ajustan perfectamente a lo observado en los niveles de trascripción génica para el

cyp19a1. Se demuestra además, que el mejor momento para evaluar posibles

impactos causados por disruptores endocrinos es las fases tempranas del desarrollo

que es cuando existe mayor capacidad de respuesta.

Evaluación de la actividad xenoestrogénica de efluentes de depuradoras.

Dentro de este apartado se incluyen las Tareas 3, 4 y 5 ya que dependen en gran

medida del experimento realizado en el laboratorio. En este experimento se

expusieron alevines de muble a dos efluentes de depuradoras de aguas residuales

urbanas: EDAR Galindo y EDAR Gernika. El protocolo de experimentación ya ha sido

descrito en el aparatado anterior.

La exposición a ambos efluentes causó la inducción de la expresión de los genes

vitelogenina y cyp19a2 (aromatasa cerebral) en los peces expuestos, indicando la

presencia de compuestos xenoestrogénicos. Los niveles de trascripción de vitelogenina

en hígado (Figura 5), fueron elevados en los peces expuestos al efluente de Galindo al

de 2 días y se mantuvieron elevados hasta la finalización del experimento (10 días). Los

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peces expuestos al efluente de Gernika, no mostraron cambios en la expresión de

vitelogenina tras 2 días de exposición, pero al de 10 días de exposición los niveles de

trascripción fueron muy elevados, superando incluso los niveles cuantificados en los

mubles expuestos al efluente de Galindo. En cuanto a la respuesta del gen cyp19a2 los

niveles de trascripción no se elevaron hasta los 10 días de exposición en ambos

efluentes (Figura 6), siendo la respuesta mucho más marcada en los mubles expuestos

al efluente de Galindo que en los de Gernika. Estos resultados basados en

biomarcadores demuestran la presencia de compuestos disruptores endocrinos con

actividad estrogénica en los efluentes estudiados. En estos momentos se están

terminando los análisis químicos de los efluentes, con lo que podremos en breve

determinar los posibles compuestos químicos responsables de estos efectos

estrogénicos.

Además del estudio utilizando mubles in vivo, también se han recogido muestras de

agua de los efluentes analizados y de sedimentos de las zonas de vertido, para

evaluarlo mediante bioensayos in vitro. Estos trabajos todavía no están

completamente finalizados, pero los primeros resultados demuestran que ambos

efluentes son capaces de activar la respuesta dependiente del receptor de estrógenos

en los modelos celulares utilizados. Por lo tanto, se confirma los resultados obtenidos

con la exposición de los alevines de mubles.

Estudio de los posibles efectos tóxicos de sedimentos contaminados mediante

bioensayos con el invertebrado Nereis sp.

Los resultados del análisis químico en las muestras de sedimento indicaron que tanto

la muestra de Kanala como la de Arteaga presentaban niveles bajos de

concentraciones de metales pesados (Tabla 3). Así, solamente en el caso del Zn los

valores obtenidos estuvieron por encima de valores considerados como ligeramente

contaminados de acuerdo con los estándares holandeses (Dutch SQG), teniendo un

valor de clase 1 (ligeramente contaminado) mientras el resto de metales estudiados

presentaron valores con niveles de clase 0 (no contaminados). Por otra parte, no

pareció ocurrir trasvase de metales del sedimento al agua ya que ésta presentó

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constantemente niveles de metales inferiores al límite de detección. En cuanto a los

gusanos, las concentraciones de metales pesados medidas en los tejidos presentaron

concentraciones bajas de contaminantes, similares a los valores de Nereis en el tiempo

0 de exposición (Tabla 3). En cuanto a la capacidad de bioacumulación de los gusanos,

para todos los metales estudiados (excepto el Zn) encontramos que el índice de

bioacumulación fue menor que 1 y en el caso del Zn fue sólo ligeramente superior a 1

tanto para los sedimentos de Arteaga como para los sedimentos de Kanala.

El cálculo de los índices de condición basados en medidas biométricas demostró que

hubo un aumento en los animales expuestos al sedimento de Artega y Kanala; en el

caso de Artega, además este aumento fue estadísticamente significativo (Figura 7).

Este aumento en la relación L3/peso fresco reflejó que para el mismo tamaño de

animal (mismo L3) la exposición a los sedimentos de Kanala y sobre todo Arteaga,

implicaron un descenso en el peso de los poliquetos indicando una situación de estrés.

Sin embargo, teniendo en cuenta los valores obtenidos y comparándolos con los

valores obtenidos en estudios previos, los resultados de las medidas biométricas

observados en el presente estudio son similares a los obtenidos en el estuario del

Authie (Francia en 2002-2004) considerado un estuario poco contaminado.

En cuanto al estudio histológico de las muestras, se observó que las lombrices

presentaron en general un desarrollo gametogénico muy temprano y por lo tanto los

ovocitos observados fueron en todos los casos muy pequeños y fue imposible realizar

un estudio de la distribución de tamaños de los ovocitos y comparar la diferentes

situaciones experimentales. Sin embargo, sí se observaron diferencias en el tegumento

y en epitelio digestivo de las lombrices en diferentes situaciones experimentales. Por lo

tanto parece que son éstos (el tracto digestivo y el tegumento) los órganos más

sensibles y los que responden de manera más acusada a diferentes situaciones

experimentales y por lo tanto los órganos a tener en cuenta para futuros trabajos. Así,

en las lombrices expuestas a sedimentos de Kanala y Arteaga se observó una pérdida

de cilios y una disminución en la altura del tegumento así como un descenso en el

número y/o tamaño de las células mucosas que se encuentran en la epidermis de las

lombrices (Figura 8). En cuanto al tracto digestivo, en general se observó un ligero

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descenso en la altura del epitelio, así como en algunos individuos un descenso en la

cantidad y altura de los pliegues intestinales. Esta respuesta, sin embargo, no se

observó en todos los individuos. Por otra parte, en las lombrices expuestas a

sedimentos también se observó un aumento en la actividad del sistema inmune, con

una mayor presencia de células inmunitarias en los diversos tejidos (Figura 8). Debido

a la poca información de alteraciones histopatológicas medidas en poliquetos del

género Nereis, es difícil hacer una evaluación robusta de la salud de las lombrices

basándonos únicamente en las alteraciones observadas. En el presente estudio,

aunque se han observado algunas alteraciones, en general parece que dichas

alteraciones no son demasiado relevantes (no se ha observado atrofia ni necrosis en el

tracto digestivo) y parece que las lombrices expuestas a sedimento de Arteaga y

Kanala, aunque presentaron algún síntoma de estrés, éste no fue demasiado elevado.

Otros logros de interés del proyecto

Dentro del proyecto se ha estrechado la colaboración con el grupo de investigación de

Dr. José María Navas perteneciente al Departamento de Medio Ambiente del INIA en

Madrid. Su experiencia en bioensayos con células transfectadas para la detección de

actividad estrogénica, redundará en una mejor comprensión de los mecanismos de

acción de los compuestos xenoestrogénicos en organismos acuáticos. Destacar

también, el hecho de que el CIFP-Zaporito junto con el CTAQUA de la Junta de

Andalucia se han mostrado muy interesados en los resultados de este trabajo. Esto

abrirá nuevas colaboraciones para futuros proyectos.

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CONCLUSIONES

1- Se ha demostrado la presencia de efectos de disrupción endocrina en varias

poblaciones de mubles de los estuarios vascos. La estrategia basada en biomarcadores

tempranos de disrupción endocrina ha demostrado ser una herramienta rápida y

sensible para su aplicación en programas de seguimiento de la calidad de los medios

acuáticos. La combinación de medidas biológicas rápidas junto con la cuantificación de

niveles de contaminantes puede ayudar a interpretar los resultados obtenidos y poder

agilizar la toma de medidas correctoras.

2- El proceso de esteroidogénesis en mubles es similar al descrito para otros peces

teleósteos, lo que confirma su utilidad como modelo de organismo centinela de la

contaminación ambiental.

3- La exposición de alevines de muble a los efluentes finales de las EDAR de Galindo y

Gernika, ha demostrado la presencia de compuestos con actividad estrogénica en

estos efluentes. Estos resultados deberían servir de base para desarrollar nuevas

tecnologías que permitan la reducción en la actividad hormonal de los efluentes de

depuradoras de aguas residuales urbanas.

4- Los bioensayos basados en gusanos poliquetos del género Nereis, pueden ser una

herramienta muy útil para la evaluación de la toxicidad de sedimentos. La falta de test

basados en invertebrados hace que los resultados del presente proyecto sean muy

prometedores. De todas formas, este trabajo pionero necesita mayor estudio para la

optimización de protocolos que puedan estandardizase.

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CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES DERIVADAS DEL

PROYECTO

En base a los resultados obtenidos y las conclusiones derivadas del presente proyecto,

se observa la necesidad de desarrollar un programa de seguimiento de efectos de

disrupción endocrina en nuestros estuarios y ecosistemas acuáticos. Esta

recomendación no está exclusivamente basada en lo detectado en el actual proyecto,

ya que en los proyectos URA10/02 y URA11/03 ya se llegó a unas conclusiones

similares. Parece claro que la presencia de compuestos disruptores endocrinos es

bastante amplia en la costa vasca y que las poblaciones de peces, mubles, que habitan

en las zonas impactadas muestran respuestas biológicas específicas de estrogenicidad.

En base a las recomendaciones de la DMA y de la Estrategia Marina Europea, para la

implementación de programas de monitoreo biológico para establecer la salud de los

ecosistemas acuáticos con el fin de conseguir una calidad y gestión del medio acuático

optimo, se propone incluir en los programas de seguimiento de calidad de las masas de

agua de la Comunidad Autónoma Vasca una serie de medidas para estudiar efectos de

disrupción endocrina. Esta implementación en los programas de seguimiento

convencionales se está debatiendo actualmente y en Suecia, la Agencia de Medio

Ambiente ya ha propuesto la inclusión de biomarcadores en sus programas de

seguimiento ambiental. Recientemente, la OMS ha sugerido también la necesidad de

prestar atención a la presencia de compuestos disruptores endocrinos en los

ambientes acuáticos. La organización ICES, que desarrolla tareas de seguimiento

ambiental en varias zonas costeras europeas, ya incluye la cuantificación de

vitelogenina en peces machos como biomarcador especifico de estrogenicidad.

Nuestra propuesta se basa de un seguimiento en dos etapas:

1- Recogida de muestras de plasma, bilis, hígado y gónada de mubles en zonas

seleccionadas de la costa vasca, en base a su contaminación histórica o a la sospecha

de la presencia de contaminantes emergentes. Estas muestras se almacenarían en el

Banco de Especimenes Biológicos de la Bahía de Bizkaia, PIE-UPV/EHU, hasta sus

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análisis. En esta primera fase se analizarían los niveles de vitelogenina como

biomarcador de efectos estrogénicos. La cuantificación de vitelogenina podría hacerse

mediante detección de la proteína en el plasma de los mubles, utilizando un sistema

ELISA específico para el muble, o mediante la cuantificación de los niveles de

trascripción del gen de la vitelogenina en hígado. La elección de una u otra técnica

dependería de los recursos disponibles en cada momento. Junto con la cuantificación

de los niveles de vitelogenina, tambien se recomienda en este primer paso realizar un

estudio histológico de la gónada de los mubles para la detección de alteraciones tipo

intersex.

2- En base a los resultados obtenidos en la primera etapa, se procedería a una segunda

fase de análisis. Si se detectasen casos de disrupción endocrina en la etapa 1 y con el

fin de determinar el origen de los compuestos causantes de estos efectos, se

procedería a analizar las muestras de bilis y los niveles de expresión génica de genes

asociados con la esteroidogénesis y receptores de hormonas. Así, utilizando

herramientas analíticas se podrían detectar y cuantificar los niveles de contaminantes

en bilis. Junto con un estudio más completo de los genes esteroidogénicos en mubles

se conseguiría explicar el origen y causas de los efectos detectados, y desarrollar los

pasos para establecer las medidas correctoras necesarias.

Esta propuesta base se podría incluir perfectamente en los programas que están

actualmente en marcha, aprovechando el trabajo que se está desarrollando. Los

análisis de la etapa 1 pueden tener un coste aproximado de unos 1000-2000 euros

(excluyendo los costes de personal) para una sola población de estudio, compuesta por

unos 20-30 mubles. Los estudios de la etapa 2 serían más costosos y dependería

mucho del tipo de compuestos que quieran analizarse. Estos trabajos se deberían

llevar a cabo cada 3-4 años para poder estudiar la evolución de las poblaciones de

estudio.

Además de la propuesta de un programa de seguimiento específico de disrupción

endocrina en la costa vasca, y en base a los resultados obtenidos con los efluentes de

las EDAR estudiados, se propone implementar también este tipo de herramientas en

estrategias para la evaluación de zonas hot spot. Esto permitiría hacer un seguimiento

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exhaustivo de zonas en la que existe la sospecha de impacto por disruptores

endocrinos.

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PLAN DE FORMACIÓN, DIFUSION Y TRANSFERENCIA

Parte de los trabajos desarrollados han sido presentados en congresos científicos

internacionales:

- C. Bizarro, P. Aragon, A. Maquieira, M.P: Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia. “Purification

of Chelon labrosus egg-shell protein choriogenin and development of a specific

immunoassay (ELISA)” 28th Congress of ESCPB, Bilbao, 2012.

- C. Bizarro, P. Aragon, A. Maquieira, M.P: Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia.

“Characterization by histological and molecular tools of the reproductive cycle and

endocrine disruption effects on a thicklip grey mullet (Chelon labrosus) population from

the South Bay of Biscay” 28th Congress of ESCPB, Bilbao, 2012.

- I.M.K. Abumourad, C. Bizarro, P. Aragón, A. Maquieira, A. Vallejo, O. Zuloaga, M.

López de Alda, J.P. Bayona, D. Barceló, M.P. Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia. “A

biomarker and chemical approach for the study of endocrine disruption effects in

marine fishes using the sentinel species thicklip grey mullets (Chelon labrosus) from the

Basque coast (Bay of Biscay)” 28th Congress of ESCPB, Bilbao, 2012.

- C. Bizarro, P. Aragon, A. Maquieira, M.P: Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia.

“Development of histological and molecular tools to characterize endocrine disruption

effects on thicklip grey mullet (Chelon labrosus) populations from the Basque Coast”

XVII SIEBM, Donostia, 2012.

Parte de los resultados han sido enviados o están en preparación para su publicación

en revistas científicas internacionales:

- C. Bizarro, M.P. Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia “Histological and molecular

characterization of the reproductive cycle of Chelon labrosus from the Basque coast

(Bay of Biscay)” Marine Ecology Progress Series, en preparación.

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- I.M.K. Abumourad, C. Bizarro, P. Aragón, A. Maquieira, A. Vallejo, O. Zuloaga, M.

López de Alda, J.P. Bayona, D. Barceló, M.P. Cajaraville, M. Ortiz-Zarragoitia. “A

biomarker and chemical approach for the study of endocrine disruption effects in

marine fishes using the sentinel species thicklip grey mullets (Chelon labrosus) from the

Basque coast (Bay of Biscay)” Chemosphere, en preparación.

- A. Sardi, C. Bizarro, M. Ortiz-Zarragoitia, M. P. Cajaraville “Changes in P450 aromatase

activity and in transcription levels of steroid and phase II metabolism genes in female,

male and intersex gonads at different gametogenic stages of the thicklip grey mullet

Chelon labrosus” General and Comparative Endocrinology, en preparación.

En caso necesario, se prevé además la difusión de los resultados obtenidos en el

proyecto mediante su publicación en revistas de carácter divulgativo. Hemos recibido

contactos por parte de la revista de divulgación científica Elhuyar, para preparar un

artículo el próximo verano 2013. Recientemente parte de la actividad dentro de este

proyecto ha sido publicitado en la página web www.misPeces.com

En cuanto al carácter formativo del presente proyecto, destacar que el proyecto de

Master de la estudiante Adriana Sardi ha comprendido parte de los resultados del

presente proyecto. Este trabajo fue defendido en Septiembre de 2012 con la

calificación de sobresaliente y obteniendo el premio del Tribunal de Tesinas de Master

al mejor trabajo desarrollado:

A. Sardi “Changes in P450aromatase activity and in transcription levels of steroid

metabolism enzymes in female, male and intersex gonads at different gametogenic

stages of the thicklip grey mullet Chelon labrosus” Plentzia, 2012.

Además, dentro del presente proyecto de investigación la investigadora pre-doctoral

C. Bizarro está desarrollando gran parte de su Tesis doctoral realizando la

cuantificación de biomarcadores de disrupción endocrina en mubles.

Finalmente mencionar que nuestro grupo de investigación estaría dispuesto a

colaborar con las administraciones/gestores implicados en el desarrollo de un plan

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específico de biomonitoreo de los efectos disruptores endocrinos en poblaciones de

peces de la costa vasca. Asimismo, también mostramos nuestra disposición a transferir

nuestra experiencia y conocimiento en la formación de personal cualificado para

realizar las tareas descritas en el presente proyecto.

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TABLAS

Tabla 1. Resumen final de las concentraciones (en ng/l) de micro-contaminantes orgánicos (intervalo de concentraciones) en los efluentes de las dos plantas de tratamiento de aguas residuales (LOD = Límite de detección, ver tabla 2)

Familia Acrónimo Compuesto Gernika Galindo 4tOP 4-tert-Octylphenol 40-98 <LOD

NP mix Nonylphenols ( technical mixture) 110-185 90-127 Alquil

Fenoles 4nOP n-Octylphenol <LOD <LOD

HHCB Galaxolide 488-1330 1120-1657 Fragancias Musks

AHTN Tonalide 51-145 46-239

BBP n-butyl benzyl phthalate 380-1550 360-940

DEHP Bis (2-ethylhexyl) phthalate 982-23000 3000-8000

Ftalato

DOP Di-n-Octyl phthalate LOD-111 LOD-185

α-HCH α- Hexachlorobentzeno <LOD <LOD

β-HCH β- Hexachlorobentzeno <LOD <LOD

γ-HCH γ- Hexachlorobentzeno <LOD <LOD

δ-HCH δ- Hexachlorobentzeno <LOD <LOD

Chlorp. Chlorpyriphos <LOD <LOD

Chlorf. Chlorfenvinphos <LOD <LOD

2,4-DDD 1-chloro-2-[2,2-dichloro-1-(4chlorophenyl)ethyl]

<LOD <LOD

4,4-DDD 2,2-bis(p-chlorophenyl)ethane <LOD <LOD

2,4-DDT 1-chloro-2-[2,2,2-trichloro-1-(4-chlorophenyl)ethyl]

<LOD <LOD

Pesticidas

4,4-DDT 1,1’-(2,2,2-trichloroethylidene)bis[4-chloro]

<LOD <LOD

BPA Bisphenol-A 600-11064 270-9400

E2 17β-estradiol LOD-31 <LOD

Hormonas

EE2 17α-ethynilestradiol <LOD <LOD

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Tabla 2. Concentraciones de micro-contaminantes orgánicos en los puertos estudiados

(campaña Mayo 2012 y campaña Octubre 2012).

Concentración (ng/l)

Gernika Pasaia Ondarru Mutriku

Límite de detección

(ng/l) BBP 19 20 16 20 8

DEHP 641 806 350 1595 32

DOP <LOD <LOD <LOD <LOD 20

HHCB 1528 144 81 82 9

AHTN 1089 586 40 37 17

alfa-HCH <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ 527

delta-HCH 321 <LOD 115 124 119

2,4´-DDD <LOD <LOD <LOD <LOD 8

4,4´-DDD <LOD <LOD <LOD <LOD 5

2,4´-DDT <LOD <LOD <LOD <LOD 9

4,4´-DDT <LOD <LOD <LOD <LOD 12

Clorpy <LOQ <LOQ 777 1598 123

Clorfen <LOQ <LOD <LOQ <LOD 36

Concentración (ng/l)

Gernika Ondarru Deba Santurtzi

Límite de detección

(ng/l)

BBP <LOD <LOD <LOD <LOD 38

DEHP nq nq nq nq

DOP <LOD <LOD <LOD <LOD 48

HHCB 227 34 44 23 12

AHTN 110 <LOD <LOD <LOD 34

alfa-HCH <LOD <LOD <LOD <LOD 64

delta-HCH <LOD <LOD <LOD <LOD 46

2,4´-DDD <LOD <LOD <LOD <LOD 3

4,4´-DDD <LOD <LOD <LOD <LOD 25

2,4´-DDT <LOD <LOD <LOD <LOD 10

4,4´-DDT <LOD <LOD <LOD <LOD 6

Clorpy 1213 <LOQ <LOQ <LOQ 51

Clorfen nq nq nq nq

4tOP 41 <LOQ <LOD 17 12

NP mix 75 <LOQ <LOD <LOD 45

4nOP 22 <LOD <LOD <LOD 15

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Tabla 3: Niveles de metales en µg/g peso seco (media ± desviación estándar) de los

metales medidos en agua, sedimento y lombrices de las diferentes situaciones

experimentales. (d.l.d. indica valores por debajo del límite de detección)..

Cr Cu Fe Ni Pb Zn

Arteaga sed 46,31 31,79 38407,258 32,82 36,39 167,94

Kanala sed 36,55 26,31 26062,124 27,32 43,81 159,99

Nereis control 3,825±2,28 10,57±7,77 605,82±302,08 4,41±2,34 d.l.d. 209,51±91,87

Nereis Arteaga 19,87±23,52 d.l.d. 519,91±459,87 11,95±4,31 d.l.d. 235,46±199,153

Nereis kanala 8,49±6,37 4,68±2,25 568,73±315,43 4,86±3,23 d.l.d. 257,65±122,382

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ANEXO IMÁGENES

Figura 1. Sistema experimental de calibrado de los sistemas de muestreo pasivo (para Twisters, tubos de silicona o PES) y el CFIS (de color azul)

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Figura 2. Curvas de disipación del PRC (d6-fenantreno, arriba) y de acumulación de un analito (AHTN, tonalide, abajo).

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Figura 3: Valores del índice gonado-somático (GSI) en los mubles de las poblaciones

estudiadas. F: hembras; I: intersex; M: machos.

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Figura 4: Niveles de expresión en hígado de los mubles para vitelogenina cuantificados

mediante PCR a tiempo real (qPCR). F: hembras; I: intersex; M: machos.

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Figura 5: Niveles de expresión en hígado de los mubles para vitelogenina cuantificados

mediante PCR a tiempo real (qPCR).

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Figura 6: Niveles de expresión en cerebro de los mubles para aromatasa cyp19a2

cuantificados mediante PCR a tiempo real (qPCR)..

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Figura 7: Relación entre la distancia de los tres primeros segmentos (L3) y el peso seco

de las lombrices. Los asteriscos indican diferencias significativas (p<0,05)..

0

2

4

6

8

10

12

T0 Arteaga Kanala

*

L3 (m

m)/

peso

fre

sco

(g)

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Figura 8: Micrografías del tegumento y el tracto digestivo de lombrices en el tiempo 0

(A) y después de tres semanas exposición al sedimento de Arteaga (B y C) y Kanala (D).

Nótese la diferencia en la cantidad de cilios y la altura del epitelio del tegumento y la

presencia de células del sistema inmune en el celoma rodeando el epitelio digestivo.

Barra de escala 200 µm Ay c; 100µm B y D.

A B

C D