PRELIMINARY ASSESSMENT OF TNT-EXPOSURE IN FISH 

IN THE TREMITI ISLAND MARINE PROTECTED AREA

Della Torre C.

1

*, Alcaro L.

1

, Bonacci S.

2

, Corsi I.

2

, Farchi C.

1

, Giordano P.

1

, Penna M.

1

, Amato E.

1

, Focardi S

2

1 

Istituto Centrale per la Ricerca scientifica e tecnologica Applicata al Mare (ICRAM), Roma, Italy - * camilla.dellatorre@tiscali.it

2 

Dipartimento di Scienze Ambientali “G. Sarfatti”, Università degli Studi di Siena, Siena, Italy

Abstract

This study was performed to preliminarily assess the ecological risk due to the presence of 2,4,6-trinitrotoluene and its degradation

products in the marine environment. A multimarkers approach (EROD, AChE) was applied in specimens of Conger conger(Linnaeus,

1758) collected in the waters of Pianosa Island (TNT site) and in a reference site, S. Domino Island, in the same archipelago, the Tremiti

Islands Marine Protected Area (Adriatic Sea, Italy). Levels of TNT in fish tissues were also measured.

Keywords: biomarkers, TNT, Tremiti Islands, biomonitoring

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

343

Introduction

Disposal at sea of ordnance containing the explosive 2,4,6-

trinitrotoluene (TNT) represents a serious hazard to marine

ecosystems (1). The objectives of the present study were to obtain

preliminary data regarding the health of demersal fish species resident

in a TNT-impacted site and to test the possibility of using the sentinel

fish species Conger conger(Linnaeus, 1758) as a suitable bioindicator

to monitor the biological effect of TNT-exposure in aquatic

organisms.

Within the current research, Pianosa Island (Tremiti Islands Marine

Protected Area, Adriatic Sea, Italy) was chosen as the study area

because the seabed around the island has served as a dumping ground

for bombs since the Second World War.

Both a chemical approach, to detect traces of these products in fish

tissues, and a biomonitoring approach, aimed at detecting enzymatic

alterations by means of specific biomarkers, were applied.

Two well-established enzymatic responses currently used in

pollution monitoring and assessment were chosen: the 7-

ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) and Acetylcholinesterase

(AChE).

Materials and methods

Specimens of C. congerwere collected in June 2001 and 2002 both

in Pianosa Island and in a reference site in the same archipelago near

S. Domino Island (Tremiti Islands Marine Protected Area, Adriatic

Sea, Italy). The Fish tissues were examined for presence of TNT,

4ADNT and 2ADNT traces by means of a chromatographic assay (2),

as well as liver microsomal EROD activity (3), and

Acetylcholinesterase (AChE)activity in brain tissues (4). Total

protein contents were measured (5). Statistical analyses were carried

out using STATISTICA

®

Stat Soft5.0 software.Significant

differences between enzymatic values were assessed using the non

parametric Mann-Whitney test and results were considered as

statistically significant at p

<

0,05.

Results

No detectable levels of TNT or its degradation products were

observed in C. congertissues by means of the chromatographic assay.

AChE activities assayed in the brain were significantly lower in

specimens collected from the TNT-impacted site in both 2001 and

2002 compared to those measured in specimens collected in the

reference site. Significantly higher EROD activities were observed in

samples from the impacted area compared to those collected from the

reference site (Fig. 1).

The results of this preliminary study reveal a situation of instability

of the fish enzymatic systems. The lower AChE activities in

specimens from the TNT-impacted site suggest the presence of

neurotoxic compounds, like TNT (6), able to affect nerve impulse

transmission.

Moreover, the higher EROD activities observed in specimens from

the impacted site suggest potential biotransformation pathways for

TNT involving P-450 enzymes, as already suggested in previous

studies (7-9).

The metabolic alterations registered within the specimens collected

from Pianosa Island should be considered as a sign of exposure to

toxic compounds. However, the lack of data concerning the presence

of TNT or its degradation products within the tissues of the same

specimens, stresses the need of further information to verify the

responsibility of these products in altering enzymatic activities.

The current research presents preliminary data concerning

biomarkers of exposure and effect in C. conger, potentially very

useful for future ecotoxicological studies in the marine environment.

Fig. 1. EROD activities (pmol min-1 mg prot-1) in liver and ChE activity

versusASCh (nmol min-1 mg prot-1) in brain of C. congercollected in the

Tremiti Islands Marine Protected Area (Adriatic Sea, Italy). Values are

expressed as mean ±standard deviation (6<n<10).

Conclusions

The absence of detectable traces of TNT and its degradation

products in fish tissues confirms their low biodisponibility and

bioconcentration potential. The results of the multimarkers approach

however, taking into account the absence of local xenobiotics sources

in the uninhabited and protected island, reveal the existence of a

stressing condition that could be linked to the presence of these

molecules in the impacted site.

References

(1)-Lotufo G.R., Farrar D.J., Inouye L.S., Bridges T.S., Ringelberg D.B.,

2001. Toxicity of sediment-associated nitroaromatic and cyclonitramine

compounds to benthic invertebrates. Env. Toxl. Chem., 20 (8): 1762-1771.

(2)-Lang P.Z., Wang Y., Chen D.B., Wang N., Zhao X.M., Ding Y.Z.,

1997. Bioconcentration, elimination and metabolism of 2,4-dinitrotoluene

in carps (Cyprinus carpioL.).Chemosphere, 35: 1799.

(3)-Burke M.D. and Mayer R.T., 1974. Ethoxyresorufin: direct

?uorimetric assay of a microsomal-O-dealkylation which is preferentially

inducible by 3-methylcholantrene. Drug Met Disp, 2: 583-588.

(4)-Ellman G.L., Courtney K.D., Andreas V.J.R., Featherstone R.M.,

1961. A new and rapid colorimetric determination of Acetylcholinesterase

activity. Biochem. Pharm., 7: 82-88.

(5)-Bradford M.M., 1976. A rapid and sensitive method for the

quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of

protein-dye-binding. Anal. Biochem., 72, 248-254.

(6)-Smock L.A., Stonuburner D.L., Clark J.R., 1976. The toxic effects of

trinitrotoluene (TNT) and its primary degradation products on two species

of algae and the fathead minnow. Water Research, 10: 537-543. 

(7)-Zitting A., Szumanska G., Nickels J., Savolainen H., 1982. Acute

toxic effects of trinitrotoluene on rat brain, liver and kidney: role of radical

production. Arch. Toxicol., 51: 53-64.

(8)-Leung K.H., Yao M., Stearns R., Chiu S.-H.L., 1995. Mechanism of

bioactivation and covalent binding of 2,4,6-trinitrotoluene. Chem. Biol.

Inter., 97: 37-51.

(9)-Johnson M.S., Vodela J.K., Reddy G., Holladay S.D., 2000. Fate and

the biochemical effects of 2,4,6-trinitrotoluene exposure to tiger

salamanders (Ambistoma tigrinum). Ecotox. Env. Saf., 46: 186-191.