RISPOSTE FISIOLOGICHE E BIOCHIMICHE ALLA COESPOSIZIONE A CAFFEINA E MICROPLASTICHE NEL MOLLUSCO BIVALVE MYTILUS GALLOPROVINCIALIS

Caffeine (Caff) is one of the most widely used substances in the human diet and a well-recognized drug. Its input into surface waters is remarkable, but biological effects on aquatic organisms are unclear, particularly in combination with pollutants of suspected modulatory activity, like microplastics (MP). The aim of this study was to reveal the impact on the marine mussel Mytilus galloprovincialis (Lamark, 1819) of Caff (20.0 μg L−1) in the environmentally relevant combination (Mix) with MP 1 mg L−1 (size 35–50 μm) after the exposure for 14 days. Untreated and exposed to Caff and MP separately groups were also examined. Cell viability and cell volume regulation in hemocytes and digestive cells, as well as the indexes of oxidative stress, glutathione (GSH/GSSG) and metallothioneins levels, and caspase-3 activity in digestive gland were assessed. MP and Mix reduced Mn-superoxide dismutase, catalase, and glutathione S-transferase activities and level of lipid peroxidation, but increased the digestive gland cell viability, GSH/GSSG ratio (by 1.4–1.5-fold), metallothioneins level and their Zn content, while Caff did not affect oxidative stress indexes and metallothionein-related Zn chelation. Protein carbonyls were not targeted in all exposures. The distinguishing feature of the Caff group was the decline (2-fold) in caspase-3 activity and low cell viability. The multi-stress effect of Mix was shown by the worsening of the volume regulation of digestive cells and confirmed by discriminant analysis of biochem-ical indexes. The special capabilities of M. galloprovincialis as a sentinel organism make it an excellent bioindicator reflecting the multi-stress effects in sub-chronic exposures to potentially harmful substances. The identification of the modulation of individual effects in combined exposure increases the need to base monitoring programs on studies of multi-stress effects in sub-chronic exposures.

La caffeina (Caff) è una delle sostanze più utilizzate nella dieta umana ed è un farmaco ampiamente riconosciuto. Il suo apporto nelle acque superficiali è rilevante, ma gli effetti biologici sugli organismi acquatici non sono chiari, specialmente in combinazione con inquinanti sospettati di avere attività modulante, come le microplastiche (MP). Lo scopo di questo studio era di valutare l’impatto della caffeina (20,0 μg/ L−1) sulla cozza marina Mytilus galloprovincialis (Lamark, 1819) somministrata sia singolarmente che in una miscela a concentrazioni realistiche (MIX) di MP (1 mg/L-1, dimensioni 35–50 μm) dopo 14 giorni di esposizione. Sono stati esaminati anche gruppi non trattati e gruppi esposti separatamente a Caff. e MP. Sono stati valutati i seguenti parametri: la vitalità cellulare e la regolazione del volume cellulare negli emociti e nelle cellule digestive, indici di stress ossidativo, livelli di glutatione (GSH/GSSG) e metallotioneine, e attività della caspasi-3 nella ghiandola digestiva. MP e MIX hanno ridotto: l’attività di Mn-superossido dismutasi, catalasi, glutatione S-transferasi e i livelli di perossidazione lipidica, ma hanno aumentato: la vitalità delle cellule della ghiandola digestiva, il rapporto GSH/GSSG (di 1,4–1,5 volte), i livelli di metallotioneine e il contenuto di Zn. Mentre la Caff non ha influenzato gli indici di stress ossidativo né la chelazione dello zinco mediata dalle metallotioneine. I carbonili proteici non sono stati influenzati da nessuna esposizione. La caratteristica distintiva del gruppo Caff è stata il calo (di circa 2 volte) dell’attività della Caspasi-3 e la bassa vitalità cellulare. L’effetto multi-stress del MIX è stato evidenziato dal peggioramento della regolazione del volume cellulare nelle cellule digestive ed è stato confermato dall’ analisi discriminante degli indici biochimici. Le particolari capacità della M. galloprovincialis come organismo sentinella la rendono un eccellente bioindicatore, in grado di riflettere gli effetti di esposizioni sub-croniche e multi-stress a sostanze potenzialmente nocive. L'identificazione della modulazione degli effetti individuali in esposizioni combinate evidenzia la necessità di basare i programmi di monitoraggio su studi sugli effetti multi-stress in esposizioni sub-croniche.