Avoidance behaviour response and esterase inhibition in the earthworm, Lumbricus terrestris, after exposure to chlorpyrifos

Abstract

La respuesta de evitación de los gusanos de tierra a los suelos contaminados se ha estandarizado mediante una prueba sencilla y de bajo coste, que facilita el cribado de la toxicidad del suelo. En este estudio, la respuesta de evitación de Lumbricus terrestris se cuantificó en suelos contaminados con clorpirifos, dependiendo de la concentración del pesticida y de la duración de la exposición. También se determinó la inhibición de las actividades acetilcolinesterasa (AChE) y carboxilesterasa (CbE) como medida indirecta de la biodisponibilidad del plaguicida. En ambos protocolos, las lombrices no pudieron evitar los suelos contaminados. Sin embargo, las actividades de la esterasa mostraron que todas las lombrices estuvieron expuestas al clorpirifos. La actividad de la acetilcolinesterasa no cambió en las lombrices de tierra en la prueba de comportamiento normalizada (0,58±0,20U/mg de proteína, media±SD; n=72), mientras que la actividad de la CbE se inhibió significativamente (62-87% de inhibición) en las lombrices de tierra expuestas a 3 y 15 mg/kg. En la prueba modificada, las lombrices de tierra presentaban una actividad AChE muy inhibida (0,088±0,034 U/mg de proteína, n=72), lo que se vio apoyado por la reactivación de la actividad enzimática inhibida en presencia de pralidoxima (2-PAM). Del mismo modo, la actividad de la CbE se inhibió significativamente en los gusanos de tierra con todos los tratamientos. Este estudio sugiere que la prueba de comportamiento de evitación en suelos contaminados con organofósforo podría apoyarse en biomarcadores específicos para facilitar la comprensión de la exposición a plaguicidas y la toxicidad durante esta prueba.

The avoidance response of earthworms to contaminated soils has been standardised using a simple, low-cost test, which facilitates screening for soil toxicity. In this study, the avoidance response of Lumbricus terrestris was quantified in chlorpyrifos-contaminated soil, depending on pesticide concentration and duration of exposure. Inhibition of acetylcholinesterase (AChE) and carboxylesterase (CbE) activities was also determined as an indirect measure of pesticide bioavailability. In both protocols, the worms were unable to avoid contaminated soils. However, esterase activities showed that all worms were exposed to chlorpyrifos. Acetylcholinesterase activity did not change in earthworms in the standardised behavioural test (0.58±0.20U/mg protein, mean±SD; n=72), while CbE activity was significantly inhibited (62-87% inhibition) in earthworms exposed to 3 and 15 mg/kg. In the modified assay, earthworms exhibited highly inhibited AChE activity (0.088±0.034 U/mg protein, n=72), which was supported by the reactivation of the inhibited enzyme activity in the presence of pralidoxime (2-PAM). Similarly, CbE activity was significantly inhibited in earthworms with all treatments. This study suggests that avoidance behaviour testing in organophosphorus-contaminated soils could be supported by specific biomarkers to facilitate understanding of pesticide exposure and toxicity during this test.