ECOTOXICOLOGICAL EFFECTS OF CIGARETTE BUTTS IN MARINE ORGANISMS

Cigarette butts (CBs) are considered a hazard for marine organisms for chemical compounds eluted in water and the slow degradability of their filter made of cellulose acetate (CA) microfibers (MFs). This PhD project assessed the impact of CBs in the marine ecosystem, through an ecotoxicological approach based on several parameters. Chemical analyses showed that CBs released trace metals, aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons, nicotine and cotinine in artificial seawater after 24 hours determining significant inhibition of bacterial bioluminescence, oyster embryo development and growth in three microalgal species used in bioassays. Modulation of gene expression was observed in the ex vivo model Precision-Cut Tissue Slices of Mytilus galloprovincialis’ digestive glands. The in vivo exposure with only mussels determined the accumulation of chemicals and significant alterations of the immune system, antioxidant and neurotoxic responses, peroxisomal proliferation and genotoxic damage. Using a quantitative WoE model, the risks of CBs to the marine environment were summarized. M. galloprovincialis, polychaetes Perinereis aibuhitensis and juveniles of seabass Dicentrarchus labrax, exposed alone and in mesocosm approach, accumulated CBs eluted substances, which caused biological effects related to genotoxicity, neurotoxic effects and antioxidant responses. A simulation of one year of photodegradation of CA MFs in fresh and marine water revealed that MFs degradation was depending on water types: the internal structure of MFs changed only in fresh water, while marine water seemed to keep stable the MFs structure with not visible effects on their degradation in one year of solar exposure, increasing their bioavailability and danger for marine organisms. The integration of all these analyses can be suggested as a good tool to investigate and clarify the impact of cigarette butts on the marine ecosystem.

I mozziconi (CBs) sono considerati un pericolo per gli organismi marini poiché rilasciano composti chimici in acqua e il filtro di microfibre (MFs) di acetato di cellulosa (AC) si degrada lentamente. Questo progetto di dottorato ha valutato l’impatto dei CBs nell’ecosistema marino, attraverso un approccio ecotossicologico basato su diversi parametri. Le analisi chimiche hanno mostrato che i mozziconi rilasciato metalli, idrocarburi alifatici e policiclici aromatici, nicotina e cotinina in acqua marina dopo 24 ore, inibendo la bioluminescenza batterica, lo sviluppo embrionale di ostriche e la crescita di tre specie di microalghe usate nei saggi ecotossicologici. È stata osservata una modulazione dell’espressione genica nel modello ex vivo di sezioni di ghiandola digestiva di mitilo Mytilus galloprovincialis. L’esposizione di CBs in vivo rivela accumulo di contaminanti nei tessuti dei mitili e significative alterazioni del sistema immunitario e antiossidante, neurotossicità, proliferazione perossisomiale e genotossicità. Il modello quantitative WoE ha evidenziato un rischio associato ai CBs per gli organismi marini. M. galloprovincialis, policheti Perinereis aibuhitensis e giovanili di branzino Dicentrarchus labrax, esposti da soli e in un approccio di mesocosmo, hanno accumulato sostanze rilasciate dai CBs in acqua, che hanno causato effetti biologici legati a genotossicità, neurotossicità e risposte antiossidanti. La simulazione di un anno di fotodegradazione delle MFs di AC in acqua dolce e marina ha mostrato che la loro degradazione è stata dipendente dal tipo di acqua: la struttura interna delle MFs è cambiata solo in acqua dolce, mentre l’acqua marina sembrerebbe mantenere stabili le MFs, con assenza di effetti sulla loro degradazione, aumentando la loro biodisponibilità e pericolosità per gli organismi marini. L’integrazione di tutte queste analisi si è rivelata fondamentale per valutare l’impatto di questo rifiuto sull’ecosistema marino.