《Mutation Research - Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis》：In vivo genotoxicity and water quality assessment reveal urban influences on the Capibaribe River, Northeastern Brazil
编辑推荐：
本研究通过果蝇Comet assays和理化分析评估了巴西佩纳布cuts州卡皮巴里贝河的水质，发现DNA损伤指数随城市化程度递增，特别是在Recife的P3和P4点，多项指标超标，凸显污染控制与环境监测的紧迫性。
蒂亚戈·恩里克·阿尔维斯·萨拉伊瓦·西普里亚诺（Tyago Henrique Alves Saraiva Cipriano）|雅克琳·多斯·桑托斯·席尔瓦·皮涅罗·罗德里格斯（Jaqueline dos Santos Silva Pinheiro Rodrigues）|莉维亚·卡罗琳·亚历山德雷·德·阿劳茹（Livia Caroline Alexandre de Araújo）|伊阿戈·何塞·桑托斯·达·席尔瓦（Iago José Santos da Silva）|阿莱松·阿帕雷西多·达·席尔瓦（Aleson Aparecido da Silva）|埃里玛·玛丽亚·德·阿莫林（Erima Maria de Amorim）|玛丽亚·吉斯兰·佩雷拉（Maria Gislaine Pereira）|莉赞德拉·费拉兹·达·席尔瓦（Lizandra Ferraz da Silva）|爱德华多·恩里克·达·席尔瓦·梅洛（Eduardo Henrique da Silva Melo）|阿曼达·阿尔维斯·德·阿劳茹（Amanda Alves de Araújo）|阿纳德杰·塞莱里诺·多斯·桑托斯·席尔瓦（Anadeje Celerino dos Santos Silva）|埃尔维斯·若阿西尔·德·弗朗萨（Elvis Joacir De Fran?a）|玛丽亚·贝塔尼亚·梅洛·德·奥利维拉（Maria Betania Melo de Oliveira）|克劳迪娅·罗德（Claudia Rohde）
巴西伯南布哥州累西腓市伯南布哥大学应用细胞与分子生物学研究生项目
摘要
本研究评估了巴西东北部伯南布哥州主要水资源——卡皮巴里贝河（Capibaribe River）的水质。通过使用果蝇（Drosophila melanogaster）的彗星试验（Comet assay）进行了体内毒遗传学分析，并在河流沿线的四个采样点进行了理化评估。基因毒性分析显示，随着河流沿线的城市化程度增加，DNA损伤逐渐加剧。最低的损伤指数（Damage Index, DI）出现在保达尔霍市（Paudalho）的P1采样点（DI = 35.67），该地区属于环境保护区。最高的DI值出现在累西腓市城市化程度最高的两个区域，即P3和P4采样点（DI = 68.67）。在这些地点，总溶解固体（Total Dissolved Solids, TDS）、氯化物、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐的浓度超过了巴西国家环境委员会（CONAMA）设定的标准。此外，还检测到了硫（S）、铝（Al）、钾（K）、钠（Na）和镁（Mg）等已知会导致基因损伤的元素含量升高。这些发现强调了在模式生物中评估基因毒性效应的重要性，尤其是在卡皮巴里贝河城市化程度较高的区域。这也凸显了迫切需要采取污染控制措施、进行持续监测并实施严格的环境政策，以保护人类和环境的健康。
引言
在水基础设施不足的国家，水体退化是最紧迫的环境挑战之一，水污染威胁着生态完整性和公共健康[1]。河流等水生环境在维持生物地球化学动态、保障生物多样性方面发挥着关键作用。然而，持续的污染破坏了这些自然过程，加剧了负面生态影响[2]。除了对生命维持的基本作用外，水还是人类日常活动的关键资源，从家庭用水到工业生产都离不开水[3]。由于污染物的存在，水质日益恶化，尤其是在人口密集的城市地区，饮用不安全的水直接导致疾病传播。据估计，大约80%的传染病源于摄入受污染的水，这凸显了有效监测和控制水质的迫切性[4],[5]。
水中的污染物可对水生生物造成基因损伤，影响多个生态层次[6]。许多环境污染物可以直接或间接改变DNA，并因其与生殖障碍和致癌等病理过程的关联而具有显著的毒理学危害[6]。其中，痕量元素尤其值得关注，因为它们具有生物累积潜力，不仅对单个生物构成风险，还威胁到后代[6]。
受污染河流的最明显特征是水体呈现深黑色或绿色，并伴有难闻的气味[7]。这些现象通常是由于人类废弃物直接排放到水生生态系统中造成的，这增加了潜在致病微生物的浓度，使其能够迅速扩散[8]。这些废弃物还会通过提高有机物含量导致氧气供应失衡，从而对水生植物和动物产生不利影响[9]。
另一个重要的水污染来源是天然和人为来源的化学化合物，这些化合物通过流域环境退化过程渗入水体。这些污染物不仅改变水生微生物群落，还影响水质的适用性。例如，痕量元素因其潜在的基因毒性和致癌性而备受关注[10]。除了高毒性外，这些元素在环境中持续存在，通过食物链在其他生物体内累积，从而增加其危害性[11]。硫（S）、铝（Al）、钾（K）、钠（Na）和镁（Mg）等痕量元素天然存在于水生环境中，但在高浓度下可能产生基因毒性或生态毒性效应[12]。例如，铝已被证实会导致水生生物和哺乳动物模型中的DNA链断裂、染色体异常和氧化应激[12]。
鉴于污染物进入河床的复杂性和不可控性，持续的监测和有效的污染缓解措施至关重要。这些努力还需要借助敏感的毒性检测方法来支持。在这种情况下，使用果蝇（Drosophila melanogaster）的彗星试验已被证明是一种多功能、成本效益高、快速且可靠的技术，可用于评估外部因素引起的DNA损伤，广泛应用于各种化合物的基因毒性研究[13],[14],[15]。果蝇（Drosophila melanogaster）基因与其它真核生物基因组具有高度保守性，这支持了将果蝇研究结果推广到人类和环境监测中的应用[16],[17],[18]。除了基因保守性外，果蝇还具有实验优势，如生命周期短（从卵到成虫约10天）、繁殖率高、实验室维护简便，且无需动物伦理委员会批准（与脊椎动物不同），从而能够进行快速且低成本的研究[19],[20]。其对有毒物质的高敏感性也使其成为毒性和基因毒性检测的有效生物指示物[21]。基于这些原因，果蝇被广泛用于评估环境污染物（包括水样）引起的基因毒性效应的研究[18]。
本研究旨在通过综合理化和基因毒性分析，评估巴西伯南布哥州东北部卡皮巴里贝河的水质受城市化影响的情况。这种方法有助于探讨人为压力、污染物浓度与果蝇体内观察到的生物效应之间的潜在关系，全面了解与城市发展相关的环境影响。
研究区域和采样
研究区域和采样
在巴西伯南布哥州的卡皮巴里贝河沿线的四个点采集了水样（图1）。第一个采样点（P1）位于保达尔霍市（Paudalho）的阿库德·多斯·卡马龙伊斯（A?ude dos Camar?es）附近（坐标7°54'52.6"S, 35°04'46.0"W），此处的水流在进入卡皮巴里贝河前约1300米处。该地点位于阿尔德亚-贝贝里贝环境保护区（Aldeia-Beberibe Environmental Preservation Area, APA）内，代表人为影响最小的区域。
果蝇（Drosophila melanogaster）中的基因毒性效应
表1展示了在果蝇幼虫中进行的基因毒性分析结果，这些幼虫暴露于从卡皮巴里贝河（P1至P4）采集的水样中，同时还包括阴性对照组和阳性对照组。DI和DF%代表每次实验三次重复实验的平均值，Sd表示标准差。统计分析采用ANOVA方法，并通过Bonferroni事后检验进行验证，DI结果汇总在图2中，DF%结果也一并展示。
果蝇（Drosophila melanogaster）中的基因毒性效应
选择环磷酰胺（Cyclophosphamide）作为阳性对照，因为它是一种公认的促突变剂，需要代谢激活才能产生DNA反应性代谢物，这在评估可能含有促突变性污染物的环境水体时尤为重要。最近的研究[32],[33]（包括使用果蝇作为实验生物的研究[18],[25],[34]）支持了在体内彗星试验中使用环磷酰胺作为阳性对照的做法。在本研究中，
结论
卡皮巴里贝河的所有采样点（P1、P2、P3和P4）均显示出阳性基因毒性结果，表明暴露个体存在DNA损伤。然而，P1点的基因毒性损伤明显低于其他点，表明该地区的水质相对较好。随着采样点接近累西腓大都会区（P2、P3和P4），损伤指数（DI）和损伤频率（DF%）逐渐增加，表明
资助
伯南布哥州科学技术基金会（Funda??o de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco, FACEPE）APQ-1263.201/21项目、高等教育人员培训协调委员会（Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES）（资助代码001），以及巴西国家科学技术发展委员会（Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq）（项目编号420398/2023–6和315060/2021–2）提供了资助。CRediT作者贡献声明
莉赞德拉·费拉兹·达·席尔瓦（Lizandra Ferraz da Silva）：方法学。阿曼达·阿尔维斯·德·阿劳茹（Amanda Alves de Araújo）：方法学。爱德华多·恩里克·达·席尔瓦·梅洛（Eduardo Henrique da Silva Melo）：方法学。阿莱松·阿帕雷西多·达·席尔瓦（Aleson Aparecido da Silva）：撰写——初稿撰写、验证、方法学、数据分析、概念化。伊阿戈·何塞·桑托斯·达·席尔瓦（Iago José Santos da Silva）：方法学。玛丽亚·吉斯兰·佩雷拉（Maria Gislaine Pereira）：方法学。埃里玛·玛丽亚·德·阿莫林（Erima Maria de Amorim）：方法学。埃尔维斯·若阿西尔·德·弗朗萨（Elvis Joacir De Fran?a）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件应用、方法学、数据分析、概念化。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。
致谢
我们感谢伯南布哥州科学技术基金会（Funda??o de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco, FACEPE）提供的奖学金（T. H. A. S. Cipriano）和财务支持（APQ-1263.201/21项目）；高等教育人员培训协调委员会（Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES）（资助代码001）；以及巴西国家科学技术发展委员会（Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq）（项目编号420398/2023–6和315060/2021–2）；东北部区域核科学中心（Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste, CRCN-NE）；以及联邦大学（Universidade Federal de）的生物化学系的支持。
