Indagini ecotossicologiche attraverso biopsie cutanee in cetacei “free-ranging” (eng)

Gruppo di orche (Orcinus orca) in Baja California (Messico).

Delle 4500 specie di Mammiferi ad oggi presenti sul nostro pianeta, i Mammiferi marini rappresentano solo una piccola percentuale, ed il loro numero purtroppo è destinato ancora a diminuire. I motivi della rarefazione di molte specie sono numerosi, spesso sinergici, e vanno dalla caccia, alla pesca, alla diminuzione della preda, alla diminuzione degli habitat, al disturbo legato al rumore, al traffico marittimo, al climate change, fino ad arrivare alla contaminazione ambientale.
Scopo di questa linea di ricerca è quello di valutare lo stato tossicologico delle diverse specie di cetacei del mondo studiando gli esemplari  in presunto buono stato di salute, cioè liberi nel loro ambiente naturale, detti anche “free-ranging”. Questi studi permetto anche, in via indiretta, di stimare lo stato di salute dell’ambiente marino in quanto i cetacei possono essere considerate degli ottimi bioindicatori di aree di ampio raggio (sentinelle del mare). Numerosi studi documentano lo stress di queste specie marine a causa della contaminazione ambientale, soprattutto legato ai composti lipoaffini e persistenti, quali gli organoclorurati (OC) e gli idrocarburi policicici aromatici (IPA). Infatti i cetacei sono provvisti di un consistente strato di tessuto adiposo (blubber) che oltre a funzionare per il coibenza termica e come zona di riserva energetica, rappresenta il tessuto target per l’accumulo di questi tossici. In particolare sono esposti a questo rischio tossicologico le specie top predator, quali i cetacei Odontoceti come la stenella (Stenella coeruleoalba) o il tursiope (Tursiops truncatus). L’esigenza di salvaguardare le specie di cetacei “a rischio” (3 delle 8 specie regolari nel Mar Mediterraneo sono inserite nella Red List dell’IUCN come endangered (balenottera comune – Balaenoptera physalus e delfino comune – Delphinus delphis) e vulnarable (capodoglio – Physeter macrocephalus)) ha portato alla messa a punto di una tecnica di campionamento non distruttiva e non invasiva rappresentata dalla biopsia cutanea, effettuata con metodologie diverse in funzione della specie: attraverso una punta da biopsia modificata, montata su un palo, per piccoli cetacei come la stenella striata, che ha fra i suoi comportamenti tipici il "bow riding", cioè il nuoto sulle onde di prua delle barche, o predisposta su frecce sparate in lontananza tramite balestra,  è possibile prelevare dagli individui “free-ranging” un campione di pochi cm composto da pelle e adipe sottocutaneo. La punta è costituita da un cilindro in acciaio inox del calibro interno di 0,5-0,8 cm in funzione della specie, con estremità esterna affilata (disegnata da Ceta-Dart, F. Larsen, Copenhagen, Denmark). All’interno del cilindro rimane, grazie a 2 micro-punte interne ed a un uncino centrale, un campione che comprende epidermide, derma ed ipoderma.  Prima dell’utilizzo, la punta viene sterilizzata tramite sterilizzatori ad alta temperatura e nel momento in cui viene montata sull’asta viene immersa in alcol etilico 98% e flambata per evitare qualunque tipo di infezione all’animale. Gli operatori sono autorizzati al campionamento tramite biopsia degli esemplari free-ranging con permesso CITES Cod. Ident. Nazionale IT 025IS ed Internazionale IT 007.
L’Unità di Ricerca negli anni ha affinato la quantità e la qualità di test e analisi che è possibile effettuare sui campioni di biopsia, sviluppando dei biomarker non distruttivi che permettono di valutare l’esposizione, e gli effetti, a contaminanti di vecchia e nuova generazione. In particolare, nella pelle è possibile effettuare biomarker per la valutazione delle isoforme del citocromo P450 (CYP1A1 e CYP2B) tramite Western Blot, analisi genetiche per la determinazione del sesso e biomarker di espressione genica tramite PCR-RT, allestire culture cellulari di fibroblasti per valutare gli effetti dei contaminanti tramite immunofluorescenza indiretta. Inoltre possono essere valutati i livelli di elementi in tracce (pelle) o di vari contaminanti lipoaffini dallo strato di adipe sottocutaneo (quali composti organoclorurati, idrocarburi policiclici aromatici, ritardanti di fiamma, diossine, ftalati). Tutte queste indagini permettono di stimare lo stress tossicologico degli esemplari delle diverse popolazioni di cetacei in ogni area d’interesse.

Collaborazioni
  • Ministero dell’Ambiente e della tutela del territorio e del mare (http://www.minambiente.it/home_it/index.html?m=/menu/menu_ministero/home.html&lang=it)
  • Osservatorio Toscano dei Cetacei (http://www.regione.toscana.it/-/osservatorio-toscano-dei-cetacei)
  • Accademia dei Fisiocritici di Siena (http://www.accademiafisiocritici.it/index.php/it/)
  • Tethys Research Institute (http://www.tethys.org/tethys/)
  • Dr. Giuseppe Notarbartolo di Sciara, Dr. Simone Panigada, Dr. Margherita Zanardelli, Dr. Sabina Airoldi, Tethys Research Institute, Milano, Italy.
  • Dr. Giancarlo Lauriano, ISPRA, Roma.
  • Dr. Caterina Fortuna, ISPRA, Roma.
  • Prof. Jorge Urbán Ramírez , Programa de Investigación de Mamíferos Marinos (PRIMMA), Universidad Autónoma de Baja California Sur (UABCS), La Paz, México.
  • Prof. Lorenzo Rojas-Bracho, Programa de Mamíferos Marinos, Instituto Nacional de Ecología/CICESE, Ensenada-Tijuana, Ensenada, México.
  • Dr. Daniele Cagnazzi , Marine Ecology Research Centre, School of Environment, Science and Engineering, Southern Cross University, Lismore, NSW, Australia.
  • Dr. Renaud De Stephanis, CIRCE (Conservación, Información y Estudio sobre Cetáceos), Algeciras, Cadiz, Spagna (http://www.circe.info/)
  • Dr. Céline Godard-Codding, The Institute of Environmental and Human Health, Texas Tech University and TTU Health Sciences Center, Lubbock, Texas.
Progetti in corso
  • Progetto Pelagos del Ministero dell’Ambiente, Direzione Generale per la Protezione della Natura dal titolo: Indagini ecotossicologiche per il monitoraggio e la tutela dei cetacei del Santuario dei mammiferi marini. (Responsabile scientifico Prof. M.C. Fossi). Luglio 2005-Luglio 2007.
  • Progetto ACCOBAMS del Ministero dell’Ambiente dal titolo: Indagini ecotossicologiche  su due specie “target” di cetacei del Mar Mediterraneo: Stenella coeruleoalba e Balaenoptera physalus. Analisi di biomarkers e livelli di contaminanti ambientali. (Responsabile scientifico Prof. M.C. Fossi). Febbraio 2006-Febbraio 2007.
  • Progetto dell’ISPRA dal titolo: Studio degli effetti da Morbillivirus nei Cetacei del Mediterraneo: indagini sulle relazioni fra contaminazione da composti xenobiotici ed effetti tossicologici ed immunopatologici. (Responsabile scientifico Dr. Giancarlo Lauriano). 2007-2009.
  • Progetto di Collaborazione Scientifica e Tecnologica tra Italia e Messico per lo scambio di ricercatori n° 17 AGAMB1 dal titolo: Indagini ecotossicologiche e studi di popolazione su due popolazioni di balenottera comune (Balaenoptera physalus): il santuario Pelagos e il Golfo di Califiornia. (Responsabile scientifico Prof. M.C. Fossi). 2007-2010.
  • Progetto ISPRA dal titolo: Ecotossicologia del Tursiops truncatus del Mar Adriatico. (Responsabile scientifico rof. M.C. Fossi). 2009-2011.
  • Progetto dell’AMMC (Centro Australiano dei Mammiferi Marini) dal titolo: Contaminanti antropogenici nei delfini della costa del Queensland; livelli ed effetti tossicologici. (Responsabili scientifici Prof M.C. Fossi e Dr. Letizia Marsili). 2010 – 2012
  • Progetto della Regione Toscana dal titolo: Un mare di delfini (PRA 2007-2010) comprendente Corsi di Formazione sull’ambiente marino e monitoraggio dei cetacei della Toscana, con particolare riferimento al tursiope. Decr. dir. 6006/2010. (Responsabile scientifico Dr. Letizia Marsili). Dicembre 2010 – Dicembre 2011
  • Progetto della Regione Toscana dal titolo: Go-Green Mare 2012 (PRAA 2007-2010) comprendente Corsi di Formazione sull’ambiente marino e monitoraggio dei cetacei della Toscana, con particolare riferimento al tursiope. Decr. dir. n.4786/2012. (Responsabile scientifico Dr. Letizia Marsili). 2012 – 2013
pubblicazioni recenti o di rilievo

1) FOSSI M.C., MARSILI L., LEONZIO C., NOTARBARTOLO DI SCIARA G., ZANARDELLI M., FOCARDI S. 1992 - The use of non-destructive biomarker in Mediterranean cetaceans: preliminary data on MFO activity in skin biopsy. Marine Pollution Bulletin, 24(9): 459-461.
2) MARSILI L. & FOCARDI S. 1996 - Organochlorine levels in subcutaneous blubber biopsies of fin whales (Balaenoptera physalus) and striped dolphins (Stenella coeruleoalba) from the Mediterranean Sea. Environmental Pollution, 91(1): 1-9.
3) FOSSI M.C. & MARSILI L. 1997 - The use of nondestructive biomarkers in the study of marine mammals.  Biomarkers, 2: 205-216.
4) MARSILI L., FOSSI M.C., NOTARBARTOLO DI SCIARA G., ZANARDELLI M., NANI B., PANIGADA S., FOCARDI S. 1998 - Relationship between organochlorine contaminants and mixed function oxidase activity in skin biopsy specimens of Mediterranean fin whales (Balaenoptera physalus). Chemosphere, 37(8): 1501-1510.
5) MARSILI L., CARUSO A., FOSSI M.C., ZANARDELLI M., POLITI E., FOCARDI S. 2001 - Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in subcutaneous biopsies of Mediterranean cetaceans. Chemosphere, 44(2): 147-154.
6) FOSSI M.C., MARSILI L., LAURIANO G., FORTUNA C., CANESE S., ANCORA S., LEONZIO C., ROMEO T., MERINO R., ABAD E., JIMÉNEZ B. 2004 -  Assessment of toxicological status of a SW mediterranean segment population of striped dolphin (Stenella coeruleoalba) using skin biopsy. Marine Environmental Research, 58/2-5: 269-274.
7) SPINSANTI G., PANTI C., LAZZERI  E., MARSILI  L., CASINI S., FRATI  F., FOSSI M.C. 2006 - Selection of reference genes for quantitative RT-PCR studies in striped dolphin (Stenella coeruleoalba) skin biopsies. BMC Molecular Biology, 7:32.
8) B. JIMENEZ, BLAZQUEZ E., BUCALOSSI D., MALTESE S., MARSILI L., FOSSI M.C. 2008 - First attempt to evaluate PBDEs in skin biopsies of striped dolphins from the Mediterranean Sea. Marine Environmental Research, 66: 201-201.
9) FOSSI M. C., URBAN J., CASINI S., MALTESE S., SPINSANTI G., PANTI C., PORCELLONI S., PANIGADA S., LAURIANO G., NIŃO-TORRES C., ROJAS-BRACHO L., JIMENEZ B., MUŃOZ-ARNANZ J., MARSILI L. 2010 - A Multi-Trial diagnostic tool in fin whale (Balaenoptera physalus) skin biopsies of the Pelagos Sanctuary (Mediterranean Sea) and the Gulf of California (Mexico). Marine Environmental Research, 69(1): S17-S20.
10) GODARD-CODDING C.A.J., CLARK R., FOSSI M.C., MARSILI L., MALTESE S., WEST A.G., VALENZUELA L., ROWNTREE V., POLYAK I., CANNON J.C., PINKERTON K., RUBIO-CISNEROS N., MESNICK S.L., COX S.B., KERR I., PAYNE R., STEGEMAN J.J. 2011 – Pacific Ocean – Wide profile of CYP1A1 expression, stable Carbon and Nitrogen Isotope Ratios, and Organic Contaminant Burden in sperm whale skin biopsies. Environmental Health Perspectives, 119(3): 337-343.
11) PANTI, C., SPINSANTI G., MARSILI L., CASINI S., FOSSI M.C. 2011- Ecotoxicological diagnosis of striped dolphin (Stenella coeruleoalba) from the Mediterranean basin by skin biopsy and gene expression approach. Ecotoxicology, 20(8): 1791-1800.
12) FOSSI M.C., MARSILI L. 2011 – “Multi-Trial Ecotoxicological Diagnostic Tool” in Cetacean Skin Biopsies, Skin Biopsy - Perspectives, Uday Khopkar (Ed.), ISBN: 978-953-307-290-6, InTech,  Available from:   http://www.intechopen.com/articles/show/title/multi-trial-ecotoxicologic...

  • Marsili Letizia (tecnico laureato cat. D)
ricercatori coinvolti
  • Cristina Panti (Assegnista)
  • Ilaria Caliani (Assegnista)
  • Daniele Coppola (Dottorando)
  • Matteo Baini (Dottorando)
  • Matteo Giannetti (Dottorando)