BPA toxicity during development of zebrafish embryo

ABSTRACT

Abstract Bisphenol A (BPA) is a monomer used in the production of polycarbonate, a polymer commonly found in plastics, epoxy resins and thermal papers. The presence of BPA in food, water, air and dust has been of great concern in recent years not only due to environmental and ecological issues but also because of its supposed risk to public health related to its mutagenic and carcinogenic potential. In this study we evaluated the toxicity of bisphenol A in zebrafish embryos (Danio rerio) and determined the 50% lethal concentration (LC50) of this chemical. BPA was used at concentrations ranging from 1 M to 100 M in E3 medium/0.5% dimethylsulfoxide (DMSO) from previously prepared stock solutions in 100% DMSO. Controls included embryos exposed only to E3 medium or supplemented with 0.5% DMSO. Camptothecin (CPT), a known inhibitor of cell proliferation was used as positive control at a concentration of 0.001 M in E3 medium/0.5% DMSO. Adults zebrafish were placed for breeding a day before the experimental set up, then, viable embryos were collected and selected for use. Experiments were carried out in triplicates, according to specifications from Organization for Economic Cooperation and Development (OECD). One embryo/well (25 embryos per concentration) was distributed in 96 well microplates in presence or absence of the chemicals. The plates were kept in BOD incubators with a controlled temperature of 28.5 ºC and with photoperiod of 14 h light10 h dark. After 24h, 48h, 72h and 96h exposure, the exposed embryos were evaluated according to the following parameters mortality, coagulation, rate of heartbeat, hatching and presence of morphological abnormalities. Photography was obtained by photomicroscopy. Apoptosis was evaluated by DNA ladder assay. DNA was extracted by phenolchloroform method and analyzed by 2% agarose gel electrophoresis. DNA fragments were visualized after ethidium bromide staining in ultraviolet transilluminator. The LC50 determined for BPA was 70 M after 24 hours, 72 M after 48 hours, 47 M after 72 hours and 31 M after 96 hours exposure. BPA induced morphological and physiological alterations such as yolk sac and pericardial edema, hatching delay or inhibition, spine deformation, decreasing in heartbeat rate and mortality. In conclusion, this study demonstrated that BPA induced marked malformations in zebrafish embryos at concentrations above 25 M corroborating the current concerns related to the widespread presence of BPA in the air, food and water used by humans as well as in the bodily fluids and tissues.

RESUMO

Resumo Bisfenol A (BPA) é um monômero utilizado na produção de policarbonato, um polímero comumente encontrado em plásticos, resinas epóxi e papéis térmicos. A presença de BPA em alimentos, água, ar e poeira tem sido motivo de grande preocupação nos últimos anos, não só devido a questões ambientais e ecológicas, mas também ao suposto risco para a saúde pública relacionado ao seu potencial mutagênico e carcinogênico. Neste estudo avaliamos a toxicidade do bisfenol A em embriões de peixe-zebra (Danio rerio) e determinamos a concentração letal 50% (LC50) deste composto químico. O BPA foi usado na faixa de concentração entre 1 M e 100M em meio E3/0,5% de dimetilsulfóxido (DMSO), preparado a partir de soluções estoques em 100% DMSO. Os controles negativos incluíram embriões expostos apenas ao meio E3 ou suplementado com 0,5% DMSO. Camptotecina (CPT), um conhecido inibidor da proliferação celular, foi usado como controle positivo a uma concentração de 0,001 M em meio E3/0,5% DMSO. Peixes-zebra adultos foram colocados para reprodução um dia antes da montagem experimental, em seguida, embriões viáveis foram coletados e selecionados para uso. Os experimentos foram realizados em triplicata, de acordo com as especificações da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE). Um embrião/ poço (25 embriões por concentração) foi distribuído em microplacas de 96 poços na presença ou ausência dos compostos químicos. As placas foram mantidas em incubadoras BOD com temperatura controlada de 28,5 ºC e com fotoperíodo de 14h claro10h escuro. Após 24h, 48h, 72h e 96h, os embriões expostos foram avaliados de acordo com os seguintes parâmetros mortalidade, presença de coagulação, taxa do batimento cardíaco, eclosão e presença de anormalidades morfológicas. Fotografias foram obtidas por fotomicroscopia. A apoptose foi avaliada pelo ensaio de DNA ladder. O DNA foi extraído pelo método fenolclorofórmio e analisado por eletroforese em gel de agarose a 2%. Fragmentos de DNA foram visualizadas após coloração com brometo de etídio em um transiluminador ultravioleta. A LC50 determinada para o BPA foi 70 M após 24 horas, 72 M após 48 horas, 47 M após 72 horas e 31 M após exposição por 96 horas. O BPA induziu alterações morfológicas e fisiológicas como edema de saco vitelino e edema pericárdico, atraso no tempo ou inibição da eclosão, deformação da coluna vertebral, diminuição da taxa de batimentos cardíacos e mortalidade. Em conclusão, este estudo demonstrou que o BPA induziu grande número de malformações em embriões de peixe-zebra em concentrações acima de 25 M, corroborando as preocupações atuais relacionadas a presença generalizada do BPA no ar, alimento e água usados pelos seres humanos bem como nos fluidos e tecidos corporais.