Harmful algal blooms and the toxins produced during these events are a human and environmental health concern worldwide. Saxitoxin and its derivatives are potent natural aquatic neurotoxins produced by certain freshwater cyanobacteria and marine algae species during these bloom events. Saxitoxins effects on human health are well studied, however its effects on aquatic biota are still largely unexplored. This work aims at evaluating the effects of a pulse acute exposure (24 h) of the model cladoceran Daphnia magna to 30 μg saxitoxin L

The scale of microplastic pollution in river sediments is gradually being elucidated through an increasing number of large-scale studies. Nevertheless, microplastic distribution within a riverbed – a crucial aspect for quantification – remains poorly understood. Here we evaluate in the meandering River Lys, Belgium, how microplastic concentration varies between different sedimentary environments within the riverbed. We find that microplastic abundance is about an order of magnitude higher towards the riverbanks compared to the thalweg, corresponding with river hydrodynamics. Moreover, organic-matter and mud content are robust predictors of microplastic concentrations, apart from the outer bends, where erosion into organic-rich, muddy floodplain sediments inhibits microplastic deposition. These results increase our understanding of microplastic distribution at the small riverbed scale. They are a crucial element to guide for future sampling efforts across diverse river systems, paving the way for normalization and better quantification of microplastics trapped by river sediments and in other aquatic environments. Microplastic deposition in meandering rivers is higher near the river banks, apart from the outer bends, and is well correlated with organic matter and mud content, according to direct measurements from a sampling campaign in the River Lys, Belgium.

Nanoplastics (NPs) are omnipresent in the environment and contribute to human exposure. However, little is known regarding the long-term effects of NPs on human health. In this study, human intestinal Caco-2 cells were exposed to polystyrene nanoplastics (nanoPS) in an environmentally relevant concentration range (102–109 particles/mL) under two realistic exposure scenarios. In the first scenario, cells were repeatedly exposed to nanoPS every 2 days for 12 days to study the long-term effects. In the second scenario, only nanoPS was added once and Caco-2 cells were cultured for 12 days to study the duration of the initial effects of NPs. Under repeated dosing, initial subtle effects on mitochondria induced by low concentrations would accrue over consistent exposure to nanoPS and finally lead to significant impairment of mitochondrial respiration, mitochondrial mass, and cell differentiation process at the end of prolonged exposure, accompanied by significantly increased glycolysis over the whole exposure period. Single dosing of nanoPS elicited transient effects on mitochondrial and glycolytic functions, as well as increased reactive oxygen species (ROS) production in the early phase of exposure, but the self-recovery capacity of cells mitigated these effects at intermediate culture times. Notably, secondary effects on glycolysis and ROS production were observed during the late culture period, while the cell differentiation process and mitochondrial mass were not affected at the end. These long-term effects are of crucial importance for comprehensively evaluating the health hazards arising from lifetime exposure to NPs, complementing the extensively observed acute effects associated with prevalent short-term exposure to high concentrations. Our study underlines the need to study the toxicity of NPs in realistic long-term exposure scenarios such as repeated dosing.

Time-series are fundamental for enhancing our comprehension of plankton community dynamics and forecasting future changes that could significantly affect entire marine food chains and ecosystems. In this study, we investigated spatial and temporal variations in occurrence, abundance and body size of marine branchiopods in the Belgian Part of the North Sea (BPNS), using both traditional microscopy, as well as digital imaging (ZooSCAN). We studied the population dynamics of branchiopods collected between 2014 and 2021 in the BPNS and compared these results with a previously collected (2009–2010) dataset for the same area. The time series showed no significant changes in abundance (Podon spp., Evadne nordmanni) over the years, but we did observe a pronounced seasonal pattern, with both species completely absent in the winter months. Abundance and biomass were positively correlated with water temperature but negatively correlated with nutrient concentrations and turbidity. Additionally, Podon spp. abundance was negatively correlated with anthropogenic chemicals (i.e., polycyclic aromatic hydrocarbons). We employed generalized additive models to quantify the relative contribution of temperature, salinity, turbidity, chlorophyll a concentration and pollutant levels to the dynamics of the studied taxa. Turbidity and chlorophyll a concentrations were revealed to be the predictor with the highest importance in all models predicting the abundances/body size of the selected species. Anthropogenic chemicals were not informative in explaining branchiopod abundance or body size. The findings of this study establish a baseline for future studies, which is essential for our understanding of the zooplankton dynamics in the North Sea, particularly in the context of climate change and changing water quality.

Sea spray aerosol (SSA) is a complex mixture of natural substances that can be inhaled by coastal residents. Previous studies have suggested that SSA may have positive effects on human health, but the molecular mechanisms and the factors influencing these effects are poorly understood. In this study, we exposed human bronchial epithelial cells (BEAS-2B) to natural SSA samples, collected monthly using quartz microfiber filters mounted on tripods within 15 m of the waterline, with air drawn through pumps, throughout a one-year period at the Ostend coast, Belgium, and measured cellular gene expression changes using RNA sequencing. To simulate environmentally relevant exposure conditions, SSA extracts were applied at scaled doses equivalent to human alveolar exposure levels (multiplicative factors M = 10, 20, 40, and 80). We found that SSA exposure influenced the expression of genes involved in critical signaling pathways: mTOR, PI3K, Akt, and NF-κB were downregulated, while AMPK was upregulated. Downregulation of mTOR, PI3K, Akt, and NF-κB potentially indicates a protective response against tumor-promoting and inflammatory signals, whereas upregulation of AMPK may confer a beneficial effect on metabolic regulation. The number and direction of differentially expressed genes (DEGs) varied depending on the SSA sampling time and correlated with the phytoplankton density and chemical diversity of the SSA samples. Our results suggest that SSA contains bioactive compounds that may originate from marine algae and modulate cellular processes related to human health. We provide novel insights into the molecular effects of SSA exposure and highlight its potential as a source of natural therapeutics. To our knowledge, this is the first study to expose human lung cells to natural SSA at environmentally relevant levels, presenting a pioneering exploration of seasonal variations in exposure effects.

Abstract In contrast to microplastics, studying the interactions of nanoplastics (NPs) with primary producers such as marine microalgae remains challenging. This is attributed to the lack of adequate visualization methods that can distinguish NPs from autofluorescent biological material such as marine algae. The aim of this study was to develop a method for labeling and visualizing non-fluorescent micro and nanoplastics (MNPs) of various polymer types, shapes and sizes, in interaction with marine primary producers, which are autofluorescent. A labelling-technique for plastics was refined, using a swell incorporation method with the commercial dye ‘IDye’. Comprehensive quality control measures, including toxicity, leaching and dye longevity tests, were applied to ensure the robustness of the method. While STimulated Emission Depletion (STED) microscopy successfully enabled the visualization of the diverse labeled NPs smaller than 200 nm, it could not distinguish NPs from autofluorescent organic material (OM) such as marine microalgae, due to overlapping excitation and emission spectra with the photosynthetically active molecule chlorophyll-a. This study is the first to advance the field by coupling STED with Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM). The FLIM technique, based on the differing lifetimes of fluorescent signals, allowed us to overcome the challenge of overlapping spectra. Our work not only refines and expands existing plastic labeling protocols to accommodate a wide range of polymer types, but also introduces a more precise method for studying interactions between MNPs and autofluorescent organisms. This combined STED-FLIM approach provides a reproducible and reliable framework for examining MNP impacts in complex, ecologically relevant environments, particularly highlighting its potential for investigating MNP-microalgae interactions.

Sea spray aerosols (SSAs) have profound effects on climate and ecosystems. Furthermore, the presence of microbiota and biogenic molecules, produced by among others marine phytoplankton, in SSAs could lead to potential human health effects. Yet the exposure and effects of SSAs on human health remain poorly studied. Here, we exposed human epithelial lung cells to different concentrations of extracts of a natural sea spray aerosol (SSA), a laboratory-generated SSA, the marine algal toxin homoyessotoxin and a chemical mTOR inhibitor. The mTOR inhibitor was included as it has been hypothesized that natural SSAs may influence the mTOR cell signaling pathway. We observed significant effects on the mTOR pathway and PCSK9 in all exposures. Based on these expression patterns, a clear dose response relationship was observed. Our results indicate a potential for positive health effects when lung cells are exposed to environmentally relevant concentrations of natural SSAs, whereas potential negative effects were observed at high levels of the laboratory SSA and the marine algal toxin. Overall, these results provide a substantial molecular evidence base for potential positive health effects of SSAs at environmentally relevant concentrations through the mTOR pathway. The results provided here suggest that SSAs contain biomolecules with significant pharmaceutical potential in targeting PCSK9. NOTE: JA and EVA shared equally in this work.