Academic journal article Journal of Environmental Engineering and Science

Use of Goldfish to Monitor Wastewater and Reuse Water for Xenobiotics

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Use of Goldfish to Monitor Wastewater and Reuse Water for Xenobiotics

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Abstract: Goldfish were exposed to either treated municipal effluent (FE wastewater) or reuse water produced through membrane ultrafiltration (MF reuse water) or membrane ultrafiltration followed by activated carbon filtration (MCF wastewater) for up to 90 days. The xenobiotics present in the wastewater were identified using gas chromatography--mass spectroscopy and the efficacy of their removal by membrane ultrafiltration and activated carbon filtration were determined. At various time points post-exposure to wastewater or reuse water the following biological parameters were assessed: vitellogenin (Vtg) induction, immune gene expression, and mitogen-induced proliferation of blood leukocytes. Membrane ultrafiltration alone did not remove xenobiotics from FE wastewater, while activated carbon filtration efficiently reduced the levels of most xenobiotics. Vitellogenin was induced in fish exposed to both FE wastewater and MF reuse water, but not in fish exposed to MCF reuse water. Messenger ribonucleic acid (mRNA) expression of select immune genes (tumor necrosis factor alpha, colony stimulating factor receptor-1) were up-regulated in FE and MF exposed fish on days 7 and 21 post exposure, while Toll-like receptor 22 mRNA level was similar in fish exposed to wastewater or control water. Prolonged exposure of fish to FE and MF wastewaters caused a significant reduction in the mitogen-induced proliferation of blood leukocytes. Our results suggest that goldfish may be used as biosentinels for xenobiotics present in wastewater and reuse water.

Key words: fish, xenobiotics, wastewater, immune function, gene expression, bio-monitoring, vitellogenin, proliferation, pollution, endocrine disruptors.

Resume : Des poissons rouges (cyprins dores) ont ete exposes a un effluent municipal traite (eaux usees FE) ou a de l'eau reutilisee produite par ultrafiltration par membrane (eaux reutilisees MF) ou par ultrafiltration a membrane suivie d'une filtration au charbon active (eaux usees MCF) pendant une duree atteignant 90 jours. Les xenobiotiques presents dans les eaux usees ont ete identifies par chromatographie en phase gazeuse--spectrometrie de masse et l'efficacite de leur elimination par ultrafiltration par membrane et filtration au charbon active a ete determinee. Les parametres suivants ont ete evalues a divers moments apres l'exposition aux eaux usees ou a l'eau reutilisee : induction de vitellogenine (Vtg), expression genetique immunitaire et proliferation des leucocytes du sang induite par les mitogenes. L'ultrafiltration par membrane seule n'eliminait pas les xenobiotiques des eaux usees FE, alors que la filtration sur charbon active reduisait efficacement les niveaux de la plupart des xenobiotiques. La Vtg a ete induite dans les poissons exposes aux eaux usees FR et a l'eau reutilisee MF, mais dans aucun poisson expose a l'eau reutilisee MCF. L'expression de l'ARNm de genes immunitaires selectionnes (facteur de necrose tumorale alpha, recepteur-1 facteur de croissance de globules blancs) a ete mise a jour pour les poissons exposes aux FE et aux MF aux jours 7 et 21 apres l'exposition, alors que le niveau des recepteurs de type Toll 22 ARNm etait similaire dans les poissons exposes aux eaux usees ou a l'eau temoin. Une exposition prolongee des poissons aux eaux usees FE et MF a engendre une reduction importante de la proliferation des leucocytes du sang induite par les mitogenes. Nos resultats suggerent que les poissons rouges peuvent etre utilises en tant que bioindicateurs pour detecter les xenobiotiques presents dans les eaux usees et les eaux reutilisees.

Mots-cles : poisson, xenobiotiques, eaux usees, fonction immunitaire, expression genetique, suivi biologique, vitellogenine, proliferation, pollution, perturbateurs endocriniens.

[Traduit par la Redaction]

Introduction

An increase in global temperature, irrigation of food crops in progressively arid regions, rapid population growth within urban centers, and the use of freshwater for industrial purposes all contribute to the global reduction of potable water resources. …

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