Method Article
Embryonic stages are the most susceptible to xenobiotics. Although chemical toxicity depends on salinity, no method exists to test the salinity dependence of toxicity to aquatic organisms. Here, we describe a new and high-throughput method for determining the salinity dependence of toxicity to aquatic embryos.
מליחות היא מאפיין חשוב של הסביבה המימית. לאורגניזמים מימיים הוא מגדיר את בתי הגידול של מים מתוקים, מים מליחים, ומי ים. בדיקות הרעילות של חומרים כימיים והערכות הסיכונים האקולוגיים שלהם לאורגניזמים מימיים מבוצעות לעתים קרובות במים מתוקים, אך הרעיל של כימיקלים לאורגניזמים מימיים תלוי pH, טמפרטורה, ומליחויות. אין שיטה, עם זאת, לבדיקת התלות המליחה רעילה לאורגניזמים מימיים. הנה, השתמשנו medaka (Oryzias latipes) כי הם יכולים להסתגל מים מתוקים, מים מליחים, ומי ים. ריכוזים שונים של המדיום העובר לגידול (ERM) (1x, 5x, 10x, 15x, 20x, ו- 30x) הועסקו כדי לבדוק את רעילות של חלקיקים nanocolloidal כסף (SNCs) כדי Medaka ביצים (ERM 1x ו 30x ERM יש מקבילה לחץ אוסמוטי כדי מים מתוקים ומי ים, בהתאמה). בשש-גם צלחות פלסטיק, 15 ביצי Medaka בשלושה עותקים נחשפו SNCs ב 10 מ"ג / L &# 8722; 1 בריכוזים שונים של ERM ב- pH 7 ו -25 ° C בחושך.
אנו השתמשנו במיקרוסקופ לנתח מיקרומטר למדוד את קצב לב לכל 15 קוטר שניות ועין ביום 6 ואורך גוף מלא של הזחלים על בקיעת יום (סעיף 4). עובר נצפו עד בקיעה או יום 14; אז אנחנו נספר שיעור הבקיעה כל יום במשך 14 ימים (סעיף 4). כדי לראות הצטברות כסף בעוברים, השתמשנו מצמידים אינדוקטיבי ספקטרומטריית מסה פלזמה למדוד את ריכוז כסף של פתרונות בדיקה (סעיף 5) ועוברים dechorionated (סעיף 6) .the רעילות של SNCs עוברי medaka ברור גדל עם הגדלת המליחות. שיטה חדשה זו מאפשרת לנו לבדוק את הרעילות של כימיקלים במליחות שונה.
מאז הקמתה של הארגון לשיתוף פעולה ולפיתוח כלכלי (OECD) הנחיות הבדיקה לכימיקלים בדיקות בשנת 1979, 38 הנחיות הבדיקה פורסמו בסעיף 2 של הנחיות, השפעות על ביוטי מערכות 1. כל אורגניזמים הימיים נבדקו כבר מן בתי גידול של מים מתוקים, צמחי מים מתוקים כלומר; אַצוֹת; חסרי חוליות כגון דפניות ו chironomids; ודגים כגון medaka, דג זברה, ו פורל קשת. בהשוואה לסביבות מים מלוחות, מים מתוקי סביבות מושפעות באופן ישיר יותר על ידי פעילות כלכלית ותעשייתית אדם. לכן, בסביבות מים מתוקים כבר עדיפות לבדיקה משום שהם נמצאים בסיכון גבוה יותר מזיהום.
באזורי החוף, כולל שפכי נהרות, למליחות להשתנות בין תנאי מים מליחים ומי ים, ואזורים אלה מזוהמים לעיתים קרובות על ידי פעילות תעשייתית 2. באזורי החוף ביצות הקשורים בהם מאופיינים high מגוון ביולוגי ופריון אקולוגי. מערכות אקולוגיות החוף ולכן צריך להיות מוגן מפני זיהום כימי. עם זאת, יש הוגבל מחקר ecotoxicological בבתי גידול מים מליחים ומי ים.
Sakaizumi 3 בחן את האינטראקציות רעילים בין מתיל-כספית ומליחות בביצים Medaka היפני ומצא כי להגביר את הלחץ האוסמוטי של פתרון המבחן משופרת הרעילות של מתיל-כספית. . Sumitani ואח 4 בשימוש ביצים Medaka לחקור את הרעילות של התשטיפים הטמנה; הם מצאו כי השקילות האוסמוטי של התשטיפים אל הביצים היו המפתח גרימת מומים במהלך embryogenesis. בנוסף, Kashiwada 5 דיווחה כי חלקיקי פלסטיק (39.4 ננומטר בקוטר) חלחלו בקלות הדרך הסיסית medaka הביצה בתנאים מליחים (15x הבינוני גידול העובר (ERM)).
דגם דגים קטן טיפוסי, Medaka היפני (latipes Oryzias ) נעשה שימוש בביולוגיה בסיסית ecotoxicology 6. Medaka היפני יכול לחיות בתנאים החל מים מתוקים מי ים בגלל תאי כלוריד המפותחים ביותר שלהם 7. לכן הם עשויים להיות שימושיים לבדיקה בתנאים עם מגוון רחב של למליחות.
Medaka היפני השתמש במחקר זה טופל באופן הומאני בהתאם להנחיות המוסדיות של Toyo אונ' ובשים לב להקלה של מצוקה ואי נוחות.
1. כסף Nanocolloids (SNCs)
2. הכנת פתרונות SNC (תערובות של קולואידים סילבר Ag +) עם המליחות שונים
תרבות ביצה קציר 3. Medaka
4. בדיקת רעילות של SNCs או אגנו 3 ב למליחות ERM השונה
בידוד 5. של כסף מסיס מפתרון SNC, וניתוח כסף
6. מדידת כסף פגיעה מתמשכת ב Medaka עוברים
מדידה 7. הריכוזיות כסף על ידי ICP-MS Analysis
השפעת המליחות על רעילות SNC היה מאוד ברור: אינדוקציה של מום או מוות היה מליחות תלויים (איורים 1 ו -2). מדדנו סמנים פנוטיפי (קצב לב, גודל עין, אורך גוף מלא, וקצב בקיעה) ב SNC (10 מ"ג / ל -1) עובר -exposed. הסמנים פנוטיפי הללו גילו רעילות SNC תלויות מליחות.
קצב הלב נע בין 29.6 ל 32.2 פעימות / 15 שניות ברחבי 1x כדי 30x ERM בבקרה. עם זאת, הם ירדו משמעותיים (P <0.01) עם SNC או 3 אגנו חשיפת 30x ERM (איור 3 א). הקטנת קצב הלב עולה הידרדרות במצב הבריאות. לא היו הבדלים משמעותיים באורך גוף מלא של הזחלים תחת שליטה או 3 אגנו לחשיפה למליחות החל 5x כדי 30x ERM בהשוואה ERM 1x בהתאמה solutions. אורך גוף היה עקבי 4.55 כדי 4.69 מ"מ. עם זאת, אורך הגוף ירד באופן משמעותי (P <0.01) כדי 4.33 ואת 3.77 מ"מ, כתוצאה מחשיפה SNC ב 15x ו 20x ERM לעומת הפתרונות ERM 1x בהתאמה; יתר על כן, זה ירד ל 3.75 מ"מ 30x ERM (ניתוח סטטיסטי לא היה זמין ב 30x ERM כי רק אחד בקע) (איור 3c). הקטנת אורך גוף מלא מציינת עיכוב צמיחה. לא היו הבדלים משמעותיים בקוטר העין בבקרה על למליחות החל 1x כדי 30x ERM לעומת ERM 1x; קוטר העין היה עקבי 0,357 כדי 0,366 מ"מ. עם זאת, ירד משמעותית על SNC או 3 אגנו החשיפה 20x או 30x ERM לעומת בפתרונות ERM 1x בהתאמה (איור 3 ב). הקטנת קוטר עין מציינת עיכוב התפתחותי של מערכת העצבים. כל הביצים המלאות בקעו בתוך 14 ימים. עם זאת, בחשיפה SNC ב 20x ו 30x ERM שיעור הבקיעה ירד משמעותית ל -71% ו -2%, בהתאמה, של שיעור ב ERM 1x (P <0.01) (איור 3D). על כן, עם חשיפת אגנו 3 זה ירד משמעותי ב 30x ERM (P <0.01). הקטנת בקיעת שער מצביעה על ההשפעה הרעילה של בנוכחות SNCs או אגנו 3. סמנים פנוטיפי ארבעה אלה ולכן להראות מליחות תלויה רעילות SNC.
מליחויות מגביר היווצרות מורכבת מתכת מסיסה במים, מתחמים אלה עשויים להיות השפעה רעילה 3,8. במחקר שלנו, ICP-MS המנתח של כסף עולה כי ריכוזי הכסף המסיסים פתרונות הבדיקה גדלו כמו והמליחות עלתה; ריכוז הכסף העובר גם גדילה (איורים 3 ה, ו 3).
"/>
איור 1: הגדלת המליחות מגביר רעיל SNC. תמותה ומספר העוברים פתחו באופן חריג גדלו עם הגדלת מליחות תחת חשיפת SNC. (א) מערך תמונה של ביצי Medaka חשופות ל -10 מ"ג / ל -1 פתרון SNC בריכוזי ERM שונים. תמונות אופייניות ביצים Medaka חשופים SNCs וצפו תחת מיקרוסקופ לנתח. ביצי הבקרה medaka פותחו היטב, וכולם בקעו 1x כדי 30x ERM. ב -10 מ"ג / ל -1 חשיפת SNC, למרות כל ביצי medaka בקעו 1x כדי 15x ERM, מומים התפתחותיים (אדום התווה מלבנים, שלא נולד) ועובר שלא נולדו בתוך 14 ימים (ירוקה התווה מלבנים, שלא נולד) נצפו ב 20x ו ERM 30x. (ב) יתגדל תמונות של הימנית התחתונה של (א). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
התחת = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1">
איור 2:. ביומרקרים פנוטיפי אופייני של ביצי Medaka החשוף SNCs ביצי Medaka בשלב התפתחותי 21 נחשף SNCs (10 מ"ג / ל -1) בריכוזים שונים של ERM במשך 6 ימים (א) העובר medaka בקר עם התפתחות תקינה.. (ב) מום התפתחותית (תואר לאור הנזק). עובר זה מוצג בצקת pericardiovascular; לב צינורי; קרישי דם; פיתוח לקוי של כלי הדם (ובכך איסכמיה), חוט שדרה, זנב, עיניים, ומוח; וזנב קצר. (ג) מום התפתחותית (תואר כבד של נזק). העובר הזה הראה חורבן שק חלמון; פיתוח לקוי של כלי הדם (ובכך איסכמיה), חוט שדרה, זנב, עיניים, ומוח; וזנב קצר. הסימנים ב (ב) ו- (ג) נצפו בחשיפה SNC ב 20x ו 30x ERM. <יעד a href = "https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53550/53550fig2large.jpg" = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: השפעות של חשיפת SNCs או כסף חנק על סמנים ביולוגיים טוקסיקולוגית במהלך התפתחות ביצת medaka ביצי Medaka התפתחותית בשלב 21 נחשפו SNCs (10 מ"ג / ל -1) או כסף חנק (10 מ"ג / ל -1 ככסף) בבית. סדרת ERMs נצפתה במשך 6 ימים. [כחול] הבקרה (ERM); [אדום] SNCs ב -10 מ"ג / ל -1 ב ERM; [ירוק] אגנו 3 ב 10 מ"ג / ל -1 ככסף ב ERM. (א) קצב לב לכל 15 שניות. הקטנת קצב הלב עולה הידרדרות במצב הבריאות. (ב) בקוטר עיניים. הקטנת קוטר עין מציינת עיכוב התפתחותי של מערכת העצבים. (ג) אורך גוף מלא. דהקמטים אורך גוף מלא מציין עיכוב צמיחה. (ד) בקיעת שיעור. שיעור בקיעת הקטנה מצביע על ההשפעה הרעילה של בנוכחות SNCs. (ה) ריכוזים של מתחמי כסף מסיסים מן SNCs או כסף חנק בפתרונות בדיקה (מ"ג / ל -1). (ו) ריכוזי כסף בעוברים שנחשפו SNCs או כסף חנק בסדרת ERMs. * הבדל משמעותי (ניתוח שונה, P <0.05) לעומת פתרון ERM 1x בהתאמה. NA: לא זמין משום שרק אחד בקע. ברי שגיאה מצביעים סטיית התקן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Medaka הוא דג מים מתוקים, שהינו סובלני מי ים; זה לא ידוע היטב כי הגידול הטבעי המקורי של הדג הזה היה מים מלוחים מול חופי היפני 6. לפיכך, דגי medaka יש מפותח תאי כלוריד 7. מאפיין ייחודי זה מספק למדענים דרך חדשה לבדוק את רעילות של כימיקלים בסביבה כפונקציה של מליחות (מים מתוקים מי ים) באמצעות מין יחיד רק של דגים.
כדי להשיג ביצי Medaka בשלב 21, ביצים חייבות להיות שנקטפו כל בוקר שנבחרו בשלב 20. בדרך כלל, זוגות Medaka מתחילים הזדווגות בשעת הבוקר המוקדם (ממש לפני הזריחה) ולייצר ביצים ידי זריחה. ביצים שנקטפו בבוקר חייבות להיות בסביבות בשלב 10 או 11. אם יש צורך לשלוט פיתוח ביצה לפני תחילת הניסוי, פיתוח ביצה יכול להיות האטה על ידי טמפרטורה באמצעות של 15 עד 20 מעלות צלזיוס לפני שלב 21 הוא הגיע. מדידת ריכוז הכסף (silv המסיסאה) בפתרונות הבדיקה בעוברי dechorionated היו חשובים חקירתנו התלות המליחה רעיל SNC. בקיעת אנזים היא האנזים ביולוגי המתאים ביותר עבור הסרה הסיסית, בגלל סגוליות הגבוהות שלה אומרות כי אין לו proteinase מזיק. proteinases אחרים אינם מומלצים. עד כה, הבקיעה רק האנזים הזמין הוא שבמשך medaka; זה מגבלה אחת של שיטה זו.
ההשפעה הברורה של מליחות על התוצאה של בדיקות רעילות כימית הוכיחו כי המדמה נכסים ימיים טבעיים כמו מציאותי ככל האפשר, כמו בניסויים שלנו, היה שימושי עבור חוקרת את רעילות של כימיקלים בסביבה. הגילוי כי SNC רעילה עקב ריכוזי כסף גבוהים הוגדל מליחות ישים מאוד אל ecotoxicology של כימיקלים מזהמים בכל התחומים המימיים. במקרה של בדיקות רעילות כימיות כלליות במי ים, שם הוא עדיין לא nominat מודל דגיםאד על ידי ארגונים בינלאומיים מורשים (למשל, ה- OECD ארגון התקינה הבינלאומי). בין דגי המים המתוקים (למשל, Medaka, דג זברה, קרפיון, פורל קשת, ו דגיג פאטהד) שנוצלו לבדיקות רעילות כימי, רק medaka יש את כל היתרונות של הסתגלות מליחה, בקיעה זמינה אנזים, פוריות גבוהה, וכן גודל מספיק קטן לשימוש קל בניסויי מעבדה. יתר על כן, medaka ניתן להתאים למגוון רחב של טמפרטורות (2 עד 38 ° C) 6. בסביבות מימיים, מליחות וטמפרטורה הן ההשפעות הסביבתיות החשובות ביותר על גורלם של כימיקלים; השיטה שלנו ולכן צריכה להיות לשינוי עבור מגוון של מחקר סביבתי מימי.
The authors declare that they have no competing financial interests.
We are grateful to Ms. Kaori Shimizu and Mr. Masaki Takasu of the Graduate School of Life Sciences, Toyo University, for their technical support. This project was supported by research grants from the Special Research Foundation and Bio-Nano Electronics Research Centre of Toyo University (to SK); by the Science Research Promotion Fund of the Promotion and Mutual Aid Corporation for Private Schools of Japan (to SK); by the New Project Fund for Risk Assessments, from the Ministry of Economy, Trade and Industry (to SK); by a Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research (award 23651028 to SK); by a Grant-in-Aid for Scientific Research (B) and (C) (award 23310026 and 26340030 to SK); and by a Grant-in-Aid for Strategic Research Base Project for Private Universities (award S1411016 to SK) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Silver nanocolloids | Utopia Silver Supplements | ||
NaCl | Nacalai Tesque, Inc. | 31319-45 | For making ERM |
KCl | Nacalai Tesque, Inc. | 28513-85 | For making ERM |
CaCl2·2H2O | Nacalai Tesque, Inc. | 06730-15 | For making ERM |
MgSO4·7H2O | Nacalai Tesque, Inc. | 21002-85 | For making ERM |
NaHCO3 | Nacalai Tesque, Inc. | 31212-25 | For making ERM |
AgNO3 | Nacalai Tesque, Inc. | 31018-72 | |
pH meter | HORIBA, Ltd. | F-51S | |
Balance | Mettler-Toledo International Inc. | MS204S | |
medaka (Oryzias latipes) orange-red strain | National Institute for Environmental Studies | ||
medaka flow-through culturing system | Meito Suien Co. | MEITOsystem | |
Artemia salina nauplii eggs | Japan pet design Co. Ltd | 4975677033759 | |
aeration pump | Japan pet design Co. Ltd | non-noise w300 | |
Otohime larval β-1 | Marubeni Nissin Feed Co. Ltd | Otohime larval β-1 | Artificial dry fish diet |
dissecting microscope | Leica microsystems | M165FC | |
micrometer | Fujikogaku, Ltd. | 10450023 | |
incubator | Nksystem | TG-180-5LB | |
shaker | ELMI Ltd. | Aizkraukles 21-136 | |
6-well plastic plates | Greiner CELLSTAR | M8562-100EA | |
aluminum foil | AS ONE Co. | 6-713-02 | |
stopwatch | DRETEC Co. Ltd. | SW-111YE | |
3 kDa membrane filter | EMD Millipore Corporation | 0.5 ml centrifugal-type filter | |
50 ml Teflon beaker | AS ONE Co. | 33431097 | |
Custom claritas standard | SPEXertificate | ZSTC-538 | For internal standard |
Custom claritas standard | SPEXertificate | ZSTC-622 | For external standard |
ultrapure nitric acid | Kanto Chemical Co. | 28163-5B | |
hydrogen peroxide | Kanto Chemical Co. | 18084-1B | for atomic absorption spectrometry |
ICP-MS | Thermo Scientific | Thermo Scientific X Series 2 | |
hot plate | Tiger Co. | CRC-A300 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved