Alterações no desenvolvimento de Drosophila melanogaster induzidas pelo herbicida glifosato e por uma formulação herbicida à base de glifosato

Abstract

O glifosato, N-(fosfonometil)glicina, é um ácido orgânico fraco, solúvel em água e com ação herbicida sistêmica e não seletiva. O seu mecanismo de ação é a inibição da 5-enol-piruvil-shiquimato-3-fosfato sintase (EPSPs), importante enzima da via do chiquimato. Assim, impede a síntese dos aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina e triptofano que são essenciais para a sobrevivência da planta. A EPSPs é encontrada apenas em plantas e alguns microrganismos, por isso, durante longo período, o glifosato foi considerado seguro para os animais. Contudo, três fatores foram responsáveis por lentamente mudar essa perspectiva. Primeiro, a aplicação massiva deste produto o que resultou na frequente detecção de seus resíduos na natureza e em alimentos. Segundo, o glifosato de uso final - para aplicação em plantações, por exemplo - é empregado como ingrediente ativo de formulações herbicidas que também apresentam coformulantes, os quais podem ser tão ou mais tóxicos que o glifosato e cujas identidades e concentrações não são conhecidas devido à confidencialidade da indústria. Terceiro, um número crescente de pesquisas relacionam a exposição ao glifosato e às suas formulações com anormalidades neurológicas, estresse oxidativo e uma variedade de danos no desenvolvimento de diferentes organismos. Neste estudo, investigamos efeitos no desenvolvimento pós-embrionário e em aspectos biológicos da vida adulta de Drosophila melanogaster, incluindo sobrevivência e comportamento, após exposição larval a 0,5 gL-1 , 1 gL-1 e 2 gL-1 de glifosato puro ou como Gli-UP 480 SL, uma formulação herbicida. Para isso, expusemos embriões de Drosophila aos herbicidas e, ao longo do ciclo de vida, anotamos a mortalidade e o tempo de transição entre as etapas do desenvolvimento. Após a eclosão, os adultos foram transferidos para: i) meios de alimentação sem herbicidas, onde foram mantidos até a morte, mas com repicagens periódicas para novos meios, a fim de avaliar a sobrevivência, ou ii) para meios de alimentação contendo glifosato nas mesmas concentrações que os meios de desenvolvimento, onde foram mantidas por 5 dias até a avaliação da atividade locomotora por meio do ensaio de escalada (climbing). Após a análise estatística, foi revelado que a concentração mais alta de glifosato técnico afetou ligeiramente o desenvolvimento, mas sem alterações significativas na mortalidade e no tempo de desenvolvimento. Por outro lado, a formulação herbicida alterou o desenvolvimento nas concentrações de 1 gL-1 e 2 gL-1 , com significativo aumento na mortalidade e no tempo de desenvolvimento. A exposição larval a 2 gL-1 da formulação herbicida, mas não ao glifosato técnico, induziu efeitos deletérios tardios em adultos com a diminuição da longevidade de machos e fêmeas. Por fim, as fêmeas tratadas com 2 gL-1 da formulação herbicida no desenvolvimento e durante 5 dias após a eclosão, apresentaram significativa dificuldade de escalada indicando diminuição na atividade locomotora. Os resultados encontrados, em concordância com o que há documentado na literatura, mostram baixa toxicidade do glifosato quando empregado em separado, mas quando associado a outros ingredientes em formulações herbicidas, resulta em intensos efeitos deletérios. Isso pode ser fruto tanto de interações tóxicas sinérgicas entre os diferentes ingredientes da formulação, quanto de elevada toxicidade exercida por um coformulante específico.

Glyphosate, N-(phosphonomethyl)glycine, is a weak organic acid, soluble in water, and with systemic and non-selective herbicidal action. Its mechanism of action is the inhibition of 5-enol-pyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase (EPSPs), an important enzyme in the shikimate pathway. Thus, it prevents the synthesis of the aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan, which are essential for plant survival. EPSPs is found only in plants and some microorganisms, which is why, for a long time, glyphosate was considered safe for animals. However, three factors were responsible for gradually changing this perspective. First, the massive application of this product resulted in the frequent detection of its residues in nature and food. Second, glyphosate for final use – for application in plantations, for example – is employed as the active ingredient in herbicide formulations that also contain co-formulants, which can be as toxic or more toxic than glyphosate, and whose identities and concentrations are not known due to industry confidentiality. Third, an increasing number of studies link exposure to glyphosate and its formulations with neurological abnormalities, oxidative stress, and a variety of developmental damages in different organisms. In this study, we investigated the effects on post-embryonic development and biological aspects of adult life in Drosophila melanogaster, including survival and behavior, after larval exposure to 0.5 gL-1 , 1 gL-1 , and 2 gL-1 of pure glyphosate or as Gli-UP 480 SL, a herbicide formulation. For this, we exposed Drosophila embryos to the herbicides and, throughout the life cycle, recorded mortality and the transition time between developmental stages. After eclosion, the adults were transferred to: i) herbicide-free culture medium, where they were kept until death, but periodically flip to new medium to evaluate survival, or ii) culture medium containing glyphosate at the same concentrations as the developmental medium, where they were kept for 5 days until the locomotor activity was evaluated by the climbing assay. After statistical analysis, it was revealed that the highest concentration of technical glyphosate slightly affected development, but without significant changes in mortality or developmental time. On the other hand, the herbicide formulation altered development at concentrations of 1 gL-1 and 2 gL-1 , with a significant increase in mortality and developmental time. Larval exposure to 2 gL-1 of the herbicide formulation, but not to technical glyphosate, induced late deleterious effects in adults with a decrease in the longevity of both males and females. Finally, females treated with 2 gL-1 of the herbicide formulation during development and for 5 days after eclosion exhibited significant climbing difficulty, indicating a decrease in locomotor activity. The results found, in agreement with what is documented in the literature, show low toxicity of glyphosate when used alone, but when associated with other ingredients in herbicide formulations, it results in intense deleterious effects. This may be due to either synergistic toxic interactions between the different ingredients in the formulation or to high toxicity exerted by a specific co-formulant.