bioindicador vegetal

7/26/2019 Bioindicador Vegetal

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PLANTAS SUPERIORES

E BIOMONITORIZAÇÃO

Na prática, idealmente, deveriam serutilizados mamíferos para se estudar osefeitos das radiações e os resultados pode-riam ser extrapolados para o ser humano.Entretanto, tais estudos são de difícil rea-lização e requerem uma amostra muitogrande, de maneira a se obter resultadosconsistentes, estatisticamente significantes,de um aumento das mutações em relaçãoà freqüência natural de sua ocorrência.

O interesse na utilização de plantassuperiores para a detecção de agentes am-bientais com potencial mutagênico temsido crescente. Experimentos com diversosvegetais são descritos, desde 1913(1), quan-do se utilizou a Vicia faba (cebola) paraexperimentos com radiação.

A Tradescantia é uma planta que apre-senta fácil adaptação em qualquer ambien-te e pode se desenvolver durante todo oano, tanto ao ar livre, nas regiões subtro-picais, quanto em estufas, em qualquer

INTRODUÇÃO

Desde a sua descoberta, em 1896, asradiações ionizantes têm tido utilizaçãocrescente, tanto em medicina quanto emoutras áreas.

Cada vez mais a energia atômica vemsendo utilizada, aumentando a radiaçãoambiente, podendo levar a um crescimen-to do risco de mutações em gerações futu-ras, induzidas pelas radiações. Assim, sis-temas de correlação entre doses baixas deradiação e a freqüência de mutações têmsido desenvolvidos de forma a se poder es-timar esse risco.

parte do mundo. O tamanho, relativamente

pequeno, e o código genético compostopor seis pares de cromossomos relativa-mente grandes tornaram essa planta uminstrumento favorável para estudos citoge-néticos.

TRADESCANTIA

A influência de agentes químicos e fí-sicos (em especial a radiação) sobre a fre-qüência de mutações tem sido amplamen-te estudada mediante análise de alteraçõesobservadas na Tradescantia.

O seu sistema de estame, composto porinúmeros filamentos, é heterozigoto paraa cor da flor, sendo azul o dominante e rosao recessivo. Cada inflorescência formadana extremidade do caule é composta pormais de 50 botões de flores num estágioseqüencial de desenvolvimento, que desa-brocham (um ou dois) diariamente. Cadaflor é composta por seis estames (três ante-pétalas e três ante-sépalas) que sustentamde 50 a 120 filamentos. Cada filamento é



uma cadeia única de cerca de 30 a 35 cé-lulas, que são o produto das divisões celu-lares das células das extremidades, que sãomeristemáticas, até que o filamento estejacompletamente desenvolvido(2,3).

A avaliação das alterações genéticas da

Tradescantia pode ser feita pela detecçãode mutações somáticas induzidas por mu-tágenos presentes no ar, no solo e na águaou detecção de aberrações cromossômicasinduzidas por agentes clastógenos (quepromovem a quebra dos cromossomos)presentes no ar, no solo e na água. Para tal,foram desenvolvidos o ensaio do filamentodo estame, que pode ser utilizado na ava-liação das mutações somáticas, e o teste dotubo de pólen e o ensaio do micronúcleo,desenvolvidos para a detecção de aberra-ções cromossômicas durante a mitose e

meiose, respectivamente.Utilizando clones heterozigotos para a

cor da flor, pode-se avaliar a ocorrência demutação ou perda do gene dominante, fa-cilmente, através da avaliação da cor dosfilamentos do estame. A possibilidade dese avaliar uma amostra significante (ao re-dor de 300 a 700 filamentos ou até 7.500a 18.000 células dos filamentos em umaúnica flor), pela simples avaliação de alte-ração da cor azul para rosa (identificandoo índice de células mutantes), favorece esse

tipo de ensaio para o estudo de efeitos ge-néticos de mutágenos em baixas doses deexposição(4). Esse tipo de avaliação ficouconhecido como ensaio do filamento doestame da Tradescantia e foi desenvolvidopor Sparrow, do Brookhaven NationalLaboratory, nos EUA(4,5). Foi exploradocomo um teste de mutação somática emradiobiologia, mutagênese química e mo-nitoração do ar ambiente(4,6–8).

Além disso, estudos extensos sobre osefeitos diretos e indiretos das radiações noscromossomos mitóticos dos microesoporosda Tradescantia levaram ao estabeleci-mento de inúmeros princípios na induçãode quebras e aberrações cromossômicasinduzidas pelas radiações, além da inter-pretação do cromossomo aberrante e daconfiguração da cromátide(9–11). Os cro-mossomos da extremidade da raiz da Tra-

descantia foram utilizados para o estudode mutágenos químicos e lesões cromos-sômicas induzidas por radiação. E os cro-mossomos das células mitóticas do tubo

polínico da Tradescantia foram utilizadosno estudo de alterações induzidas pela luzultravioleta e radiação ionizante até o finalde 1940(12–16). A partir de então, foi possí-vel o cultivo de grãos de pólen madurosnum meio simples de ágar-lactose que,

quando submetidos a um mutágeno quími-co ou radiação, poderiam apresentar aber-rações na cromátide(12–15,17–19). Foi insti-tuído, assim, o teste do tubo de pólen daTradescantia para a identificação de aber-rações cromossômicas durante a mitose.

Apesar dos cromossomos das células-mãe germinativas em meiose apresentaremmaior sensibilidade à radiação do que oscromossomos em mitose(9,10,20), raramenteeram utilizados para o estudo das aberra-ções induzidas pela radiação. Essas aber-rações eram de difícil análise e contagem

para se obter dados quantitativos consis-tentes. Foi desenvolvido, então, o bioen-saio do micronúcleo da Tradescantia

(“Tradescantia micronucleus bioassay” –Trad-MCN)(21,22), utilizado pela primeiravez por Ma et al. em 1978(23), para a ava-liação dos efeitos do 1,2-dibrometano so-bre os cromossomos das células em meio-se. A base para o desenvolvimento desseensaio foi o fato de que o maior problemana avaliação quantitativa das aberraçõescromossômicas estava na perda dos cro-

mossomos em metáfase I e sua imagemborrada nas preparações das células emmeiose. Entretanto, se o agente é aplicadono início da prófase I e o cromossomoprossegue por um período de recuperação,os fragmentos acêntricos dos cromossomosse transformam em micronúcleos, na fasede tétrade da meiose, facilmente identifi-cados à microscopia de luz (Figura 1).

TRADESCANTIA E RADIAÇÕESIONIZANTES

Ma, em 1979(24), publicou uma curvadose-resposta para raios-X obtida por en-saio do micronúcleo. Observa-se que a res-posta é linear, com aumento do índice demicronúcleos quando se aumenta a dose deradiação. Essa curva, no entanto, é muitopouco precisa quando se leva em contadoses baixas de radiação (< 5 cGy) queestão presentes nos locais de risco. O mes-mo tipo de curva já havia sido obtida porSparrow et al. em 1972(25), inclusive com

doses mínimas de até 0,25 cGy, para nêu-trons e raios-X, utilizando, entretanto, ométodo de avaliação do filamento do es-tame da Tradescantia. Foi observada re-lação linear entre o índice de mutações ea dose de radiação abaixo de 5 cGy. Comdoses entre 10 e 100 cGy, foi observadoum componente quadrático na curva deresposta aos raios-X, compatível com umprovável reparo de lesões nesses níveis

mais elevados de doses. Pode-se concluirque, provavelmente, os efeitos da radiaçãoem doses baixas são devidos essencial-mente aos eventos de choque único.

Uma série de clones heterozigotos paraa cor da flor da Tradescantia (azul/rosa)está disponível para testes de mutagenici-dade: BNL 02, KU 27, BNL 4430, KU 9,KU 7, KU 20 e BNL 2031. São classifica-dos de acordo com sua taxa de ocorrênciade mutações espontâneas(3). Dependendodessa característica e sensibilidade aos di-versos agentes mutagênicos, são mais ade-quados para um ou outro tipo de experi-mento, quer seja em laboratório ou emestudo de campo.

Os clones BNL 4430, BNL 02, KU 9 eKU20 são particularmente sensíveis à ra-diação em graus variados. O clone 4430 daTradescantia é um diplóide (2n = 12) hí-brido obtido no Brookhaven National La-boratory por intermédio do cruzamentoentre a Tradescantia hirsutiflora e a Tra-

descantia subacaulis. A flor do clone



4430 é azul (dominante) e heterozigotapara este locus. Apresenta alta radiossen-sibilidade, acompanhada por alta sensibi-lidade a mutágenos químicos também, oque torna este clone especialmente apro-priado para estudos de detecção de mutá-

genos ambientais(26)

.Dados de radiobiologia demonstraramque os filamentos dos estames do clone4430 são sensíveis a doses mínimas de 0,25cGy de raios-X(7,25). Além disso, a Trades-

cantia foi e tem sido utilizada na monito-ração ambiental ao redor de usinas nuclea-res para a detecção de radionuclídeos quesão liberados pelos reatores(27) e no estudodos efeitos genéticos das radiações ioni-zantes resultantes do acidente de Cherno-byl(28,29) e em testes da mutagenicidade doar ambiente das regiões da Cracóvia e Po-

lônia após aquele acidente(30). Assim, aTradescantia pode ser utilizada em estu-dos controlados sobre os efeitos das radia-ções ionizantes, bem como servir de senti-nela na detecção de vazamentos ou emambientes de risco.

Existem descrições de efeitos sinérgicosda radiação com agentes alquilantes, quenão necessariamente se constituem no so-matório dos efeitos de cada agente isola-damente(3,31–34). Por esse motivo, a avalia-ção dos riscos reais deve ser baseada em

estudos desses sinergismos entre mutáge-nos físicos e químicos.

Em nosso meio, Saldiva e seu grupo jápublicaram estudos sobre os efeitos depoluentes ambientais no clone 4430 daTradescantia(35). Entretanto, as condiçõesclimáticas do Brasil, um país tropical, comcalor, umidade e chuvas, se mostraramadversas para o cultivo ideal do clone, cominibição do crescimento e floração dasplantas. Além disso, quando cultivada emambiente externo, sofria ataques constan-tes de insetos e parasitas, limitando a suautilização no “mundo real”(36).

A Tradescantia pallida var. purpurea,planta da mesma família da Tradescantia

(Commelinaceae), que é encontrada comfacilidade em canteiros e jardins da cidadede São Paulo, passou a atrair o interessedo grupo. É uma espécie tetraplóide, ex-tremamente resistente a parasitas e insetos,que brota e cresce facilmente, florescendoo ano inteiro. Para checar sua validadecomo monitor biológico para a genotoxi-

cidade das radiações ionizantes, em rela-ção ao clone 4430, fizeram outro estudo,utilizando o ensaio do micronúcleo(36,37).Neste, a irradiação das plantas demonstrouque a variante popular é igualmente sen-sível a baixas doses de radiação quanto o

clone 4430.Os dados e achados obtidos em experi-mentos com a Tradescantia são, em geral,consistentes, precisos e confiáveis. Em es-pecial, a resposta a baixos níveis de radia-ção e mutágenos químicos raramente éobtida com outros ensaios biológicos.

Sparrow et al.(38) compararam a radios-sensibilidade de diversos organismos, in-clusive células de mamíferos, com a daTradescantia e constataram que os valo-res de D0 entre 100 e 180 R obtidos com oestudo dos outros organismos se sobre-

põem aos valores de D0 obtidos para a Tra-

descantia em mais de um estudo (149 R,153 R, 170 R)(2,38). Assim, parece razoá-vel considerar que a Tradescantia apre-senta uma radiossensibilidade comparávelà das células de mamíferos.

As inúmeras semelhanças entre a cons-tituição genética das plantas superiores edos mamíferos podem levar a crer em efei-tos semelhantes de um mutágeno sobre oDNA da planta e do mamífero. Existem,todavia, grandes diferenças organizacionais

e fisiológicas entre esses organismos, prin-cipalmente na morfogênese e no metabo-lismo, que podem levar a diferentes reaçõesfrente a uma lesão cromossômica. No serhumano, por exemplo, apenas uma fraçãomínima da lesão sobre o DNA pode ou nãolevar a mutações, ao passo que na Trades-

cantia a grande maioria das lesões resultaem mutação. Um determinado aumento nafreqüência do dano inicial elevará na mes-ma proporção a taxa de incidência de mu-tações, tanto no ser humano quanto naTradescantia(3,39). Assim, um aumento re-lativo da freqüência de mutações somáti-cas na Tradescantia pode indicar um au-mento proporcional do risco de mutaçõespara o ser humano.

CONCLUSÕES

Os estudos realizados com vegetaisapresentam uma série de vantagens que ostorna ideais para serem utilizados em paí-ses em desenvolvimento(40).

• As plantas superiores são eucarióticas— apresentam estrutura cromossômica si-milar à do ser humano. Passam por mito-se, meiose e mutação. É possível o estudode efeitos sobre a linhagem germinativacomparáveis aos animais.

• Podem ser treinados técnicos rapida-mente, para a condução de um ensaio complantas. São relativamente fáceis de culti-var e pouco dispendiosas para se trabalhar.

• Algumas apresentam um período ger-minativo muito curto.

• Os estudos podem ser conduzidos sobdiversas condições ambientais, pH e tem-peratura. As plantas superiores podem serregeneradas de simples células aplóides oudiplóides.

• Os ensaios com plantas superiorespodem ser utilizados para avaliar a geno-

toxicidade de simples substâncias quími-cas até compostos complexos.

• Os sistemas de pólen são análogos aosmicrobiais, em que a graduação dos even-tos pode ser feita na grandeza de milhõesde células. Podem ser avaliadas aberraçõescitológicas, mutações genéticas na plantainteira, nas folhas, pólen, embriões, etc.

• Os ensaios com plantas superiorespodem ser utilizados para a monitoração in

situ de poluentes mutagênicos.• A sua utilização é de longa data e são

altamente confiáveis. Sua utilidade na pes-quisa da mutagênese já está comprovada.

• Já são disponíveis resultados de geno-toxicidade para uma série de agentes quí-micos, de forma que podem ser feitas com-parações entre diferentes ensaios.

• Estudos demonstraram correlaçãopositiva com ensaios citogenéticos emmamíferos.

• As plantas superiores podem ser com-binadas a ensaios com micróbios para adetecção de metabólitos mutagênicos in-termediários como os promutágenos.

• Os ensaios de genotoxicidade têmdemonstrado alta sensibilidade (raros fal-so-negativos) na previsão do potencial car-cinogênico de diversos agentes.

• Centenas de loci genéticos podem sermonitorados.

Esse sistema de plantas pode ser empre-gado tanto em laboratório como em pes-quisas de campo, na biomonitoração deinúmeros agentes mutagênicos. É um sis-tema rápido, pouco dispendioso, versátil



e que requer um período de treinamentocurto, podendo servir como teste para umagrande variedade de estudos.

Com relação às radiações ionizantes, aTradescantia pallidum, de fácil obtençãoe cultivo em nosso meio, poderá ser utili-

zada como padrão para estudos futuros demutagenicidade e aberrações cromossômi-cas, por meio da comparação com os efei-tos produzidos por outros tipos de radia-ção, avaliação do efeito da associação daradiação com drogas ou outros agentesquímicos, além da biomonitoração de am-bientes de alto risco.

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