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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.
염분은 수생 환경의 중요한 특성이다. 수생 생물의 경우는 담수, 기수 및 해수의 서식지를 정의합니다. 화학 물질 및 수생 생물에 그들의 생태 학적 위험 평가의 독성 시험은 자주 담수에서 수행되지만, 수생 생물에 화학 물질의 독성의 pH, 온도, 염도에 따라 달라집니다. 있는 방법은 수생 생물에 독성의 염분 의존성을 테스트하기 위해, 그러나,이 없습니다. 그들은 담수, 기수 및 해수에 적응 할 수 있기 때문에 여기서 우리는 송사리 (오리 지 아스 쿠르 latipes)을 사용했다. 배아 양육 매체 (ERM) (1 배, 5 배, 10 배, 15 배, 20 배 및 30 배)의 계란 (1 배의 ERM과 30 배 ERM을 송사리하는 실버 nanocolloidal 입자 (SNCs)의 독성을 테스트하기 위해 사용 된이 삼투 압력 상당의 다른 농도 각각 담수와 해수에). 여섯 아니라 플라스틱 판에, 세중 15 송사리 계란 10 밀리그램 / L &에 SNCs에 노출# 8722; 1 어둠 속에서 pH가 7, 25 ° C에서 ERM의 서로 다른 농도이다.
우리는 하루 6 일 (섹션 4) 부화의 유충의 몸 전체 길이에 15 초와 눈 직경에 따라 심장 박동을 측정하기 위해 해부 현미경 마이크로 미터를 사용했다. 배아 또는 부화는 14 일째까지 관찰되었다; 우리는 그 다음 십사일 (4 절)에 대해 매일 부화 속도를 계산. 배아에 실버 축적을 확인하려면, 우리는 유도 실버 테스트 솔루션의 농도 (섹션 5) dechorionated 배아 (6 절) 분명히 염분 증가와 함께 증가 메다카 배아에 SNCs의 국지적 인 독성을 측정하는 플라즈마 질량 분석을 결합 사용합니다. 이 새로운 방법은 우리가 다른 염분도에서 화학 물질의 독성을 테스트 할 수 있습니다.
1979 년 시험 화학 물질에 대한 경제 협력 개발기구 (OECD) 테스트 가이드 라인을위한기구의 설립 이후, 38 테스트 가이드 라인은 가이드 라인, 바이오 틱 시스템 1에 미치는 영향의 제 2 항에 발표되었다. 담수 서식지, 즉 담수 공장에서왔다 테스트 수생 생물의 모든; 조류; 이러한 물벼룩 류와 chironomids 같은 무척추 동물; 이러한 송사리, 제브라 피쉬, 무지개 송어 등 물고기. 바닷물 환경에 비해 담수 환경은 더 직접적으로 인간의 경제 및 산업 활동에 의해 영향을받습니다. 그들은 오염 위험이 높은 있기 때문에 따라서, 담수 환경은 테스트를 위해 우선 순위가되었습니다.
하구를 포함한 해안 지역에서, 염분도는 소금기있는 물과 해수 조건 사이에서 변화하고,이 지역은 종종 산업 활동 (2)에 의해 오염된다. 해안 지역 및 관련 습지는 시간을 특징으로한다고등학교의 생태 학적 생물 다양성과 생산성. 해안 생태계 따라서 화학 오염으로부터 보호해야합니다. 그러나, 기수 및 해수 서식지의 생태 독성 학적 연구가 제한되어있다.
Sakaizumi 3 일본 메다카 계란 메틸 수은 염분의 독성 작용을 연구 및 시험 용액의 삼투압을 높이면 메틸 수은의 독성 향상된 것으로 나타났다. . Sumitani 등 4 매립지 침출수의 독성을 조사하기 위해 송사리 계란을 사용; 그들은 계란에 침출수의 삼투압 동등성이 배 발생 과정의 이상을 유도하는 열쇠 것을 발견했다. 또한, Kashiwada 5 플라스틱 나노 입자 (직경 39.4 nm의) 쉽게 기수 조건에서 송사리 계란 융모막 (15 배 배아 양육 매체 (ERM))를 통해 투과 보도했다.
전형적인 작은 물고기 모델, 일본 송사리 (오리 지 아스 쿠르 latipes ) 및 기초 생물학 독물학 (6)에 사용되어왔다. 일본어 송사리는 해수 담수에서 그들의 고도로 발달 된 염화 세포 (7)에 이르기까지 환경에서 살 수 있습니다. 그들은 염분도의 광범위한 조건에서 테스트에 유용하기 때문에 가능성이 높습니다.
본 연구에 사용 된 일본 송사리는 고통과 불편의 완화에 대한 상황을 고려하여, 인도적 토요 대학의 제도적 지침에 따라 처리 하였다.
1. 실버 Nanocolloids (SNCs)
SNC 솔루션 다른 염분도와 (실버 콜로이드와의 Ag +의 혼합물) 2. 준비
3. 메다카 문화와 계란 수확
4. 독성 SNCs의 시험 또는 AGNO 3 다른 ERM의 염분도에서
SNC 솔루션의 가용성 실버, 실버 분석 5. 분리
메다카 배아에서 실버 생물 농축 6. 측정
ICP-MS 분석에 의해 실버 농도 7. 측정
SNC 독성에 염분의 효과는 매우 분명했다 : 기형 또는 사망의 유도가 염분 따라 (그림 1, 2)이었다. 우리는 (10 ㎎ / ℓ -1) -exposed 배아 SNC에서 표현형 바이오 마커 (심장 박동, 눈의 크기, 몸 전체 길이, 부화 속도)를 측정 하였다. 이러한 표현형 바이오 마커는 염분에 의존 SNC 독성을 밝혔다.
심장 비율은 29.6 32.2 박자 / 컨트롤의 30 배 ERM에 배속에 걸쳐 15 초에서였다. 그러나, 그들은 SNC 또는 30 배 ERM (그림 3a)에 AGNO 3 노출 크게 (<0.01 P)를 감소. 심장 박동을 줄이면 건강을 악화 나타냅니다. 통제하에있는 애벌레 또는 각 1 배 ERM들에 비해 5 배에서 30 배 ERM에 이르기까지 염분도에서 AGNO 3 노출의 몸 전체 길이에 유의 한 차이가 없었다olutions. 몸 길이는 4.69 mm로 일관 4.55이었다. 그러나, 본체 길이는 크게 감소 (P <0.01), 4.33 및 3.77 mm로 15 배와 1 배 ERM 각 솔루션에 비하여 20 배에서 ERM SNC 노출의 결과로서; 또한, (도 3c) (통계 분석은 하나가 부화하기 때문에 30 배 ERM에서 사용할 수 없습니다) 30 배 ERM에서 3.75 mm로 감소. 몸 전체의 길이를 줄이면 성장 억제를 나타냅니다. 1 배에서 1 배의 ERM에 비해 30 배 ERM에 이르기까지 염분도의 컨트롤에 눈 직경 유의 한 차이가 없었다; 눈의 직경은 0.366 mm까지 일관 0.357이었다. 그러나, 각각의 1 배의 ERM 솔루션 (그림 3B)에 비해 20 배 또는 30 배 ERM에 SNC 또는 AGNO 3 노출시 유의하게 감소 하였다. 눈의 직경을 감소 시키면 신경계의 발육 저해를 나타낸다. 모든 제어 계란은 14 일 이내에 부화. 그러나, 20 배와 30 배에 SNC 노출시 ERM 부화 비율이 1 배의 ERM (P <0.01) (그림 3D)의 비율의 각각 71 %와 2 %로 크게 감소 하였다. 또한, AGNO 3 노출시는 30 배 ERM (P <0.01)로 유의하게 감소 하였다. 속도를 부화 줄이면 SNCs 또는 AGNO 3의 존재의 독성 효과를 나타냅니다. 이 네 개의 표현형 바이오 마커 따라서 염분 따라 SNC 독성을 보여줍니다.
염도 수용성 금속 착체의 형성을 증가시키고, 이들 착물은 독성 -3,8-가 있습니다. 우리의 연구에서, ICP-MS는 실버의 분석은 염분 증가로 테스트 솔루션의 가용성은 농도가 증가 된 것으로 나타났습니다; 배아의 실버 농도도 증가 (도 3E, 3F).
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그림 1 : 염분 증가는 SNC 독성을 증가시킨다. 비정상적으로 개발 된 배아의 사망과 수는 SNC 노출에서 염분 증가와 함께 증가했다. 10 ㎎ / ℓ -1 다른 ERM 농도에서 SNC 솔루션에 노출 송사리 계란의 (a)는 이미지 배열입니다. 이미지 메다카 달걀 SNCs에 노출 해부 현미경의 전형적인. 제어 송사리 계란은 잘 발달되었고, 그들 모두는 30 배 ERM에 1 배에서 부화. 10 ㎎ / ℓ -1 SNC 노출, 1 배에서 부화 메다카 계란의 모든하지만 14 일 이내에 깐 15 배 ERM, 발달 기형 (빨간색 깐, 사각형 설명) 및 배아에에서 (녹색 사각형을 설명, 깐)이 20 배에서 관찰되었고, 30 배의 ERM. (b)는 (A). 오른쪽 아래의 이미지 확대 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.
그림 2 :. 전형적인 표현형 SNCs에 노출 송사리 계란의 바이오 마커 메다카 계란 발달 단계 21에서 6 일 동안 ERM의 다른 농도 (10 ㎎ / ℓ -1) SNCs에 노출 된 일반 개발 (가) 제어 메다카 배아.. (b)의 발달 기형 (손상의 빛도). 이 배아는 pericardiovascular 부종을 표시; 관상 심장; 혈전; 부적당 한 혈관의 발달 (및 허혈), 척수, 꼬리, 눈, 뇌; 짧은 꼬리. (c)에 발달 기형 (손상의 심한 정도). 이 배아는 노른자 자루의 파괴를 보여 주었다; 부적당 한 혈관의 발달 (및 허혈), 척수, 꼬리, 눈, 뇌; 짧은 꼬리. (b)와 (c)의 부호 20 배 및 30 배 ERM SNC에 노출시에 관찰되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 송사리 계란 개발시 독성 바이오 마커에 SNCs 또는 질산은 노출의 효과 A의 SNCs (10 ㎎ / ℓ -1) 또는 질산은 (10 ㎎ / ℓ -1은 등)에 노출 개발 단계 (21) 송사리 계란. ERMS의 시리즈 6 일 동안 관찰되었다. [블루] 관리 (ERM); [레드] ERM 10 ㎎ / ℓ -1에서 SNCs; ERM에서은과 같은 10 ㎎ / ℓ -1에서 [녹색] AGNO 3. 15 초 당 (a)는 심장 박동. 심박수를 줄이면 건강 악화 나타낸다. (b) 아이 직경. 눈의 직경을 줄이면 신경계의 발달 억제를 나타냅니다. (다) 전체 몸 길이. 드몸 전체 길이를 주름은 성장 억제를 나타냅니다. (d)에 속도를 부화. 감소 부화 속도가 SNCs의 존재의 독성 효과를 나타냅니다. (마) 테스트 솔루션 (㎎ / ℓ -1)에서 SNCs 또는 질산은에서 용해 실버 단지의 농도. (F) SNCs 또는 질산은에 노출 된 배아의 실버 농도 ERMS의 시리즈입니다. * 각각의 1 배 ERM 용액에 비해 유의 한 차이 (분산 분석, P <0.05). NA : 하나의 부화하기 때문에 사용할 수 없습니다. 오차 막대는 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
송사리는 해수에 매우 관대있는 민물 고기이다 잘 물고기의 원래의 자연 서식지는 일본 해안 6 떨어져 바닷물 것을 알 수 없습니다. 따라서, 송사리는 염화 세포 (7) 잘 개발했습니다. 이 독특한 특성은 물고기의 단일 종을 사용하여 (담수 해수) 염분의 함수로서 환경에서 화학 물질의 독성을 시험하는 새로운 방법을 제공 과학자.
단계 21에서 송사리 계란을 얻으려면, 계란 보통 단계 (20)에서 매일 아침 수확을 선택해야합니다, 송사리 쌍 (일출 전) 이른 아침에 짝짓기와 일출 계란을 생산 시작합니다. 실험을 시작하기 전에 달걀 발전을 제어 할 필요가있을 경우, 아침에 수확 달걀 스테이지 (10) 또는 (11)에 대한이어야 계란 개발 단계 (21)에 도달하기 전에 20 ° C 15의 사용 온도가 저하 될 수있다. 실버 농도를 측정 (수용성은 목) 어 테스트 솔루션 및 dechorionated 배아는 SNC 독성의 염분 의존성의 조사에 중요했다. 높은 특이성이 유해한 테가 없음을 의미하기 때문에 효소 부화, 융모막을 제거하기위한 가장 적합한 생물학적 효소이다. 다른 단백질 분해 효소는 권장되지 않습니다. 지금까지 사용할 수있는 유일한 부화 효소는 송사리에 대한 것입니다; 이이 방법의 제한 사항입니다.
화학 물질 독성 시험의 결과에 염분의 분명한 효과는 실험에서와 같이 현실적으로 가능한 천연 수생 특성을 시뮬레이션 환경에서 화학 물질의 독성을 조사하는 데 유용 것을 보여 주었다. 높은 실버 농도에 의한 SNC 독성 염분 증가 된 발견은 모든 수생 지역에서 오염 물질 화학 물질의 생태 독성에 매우 적용 할 수있다. 해수 일반적인 화학적 독성 시험의 경우, 아직 어떠한 어류 모델 nominat 없다승인 된 국제기구 (예를 들어, OECD에 의해 에드 국제 표준화기구). 화학 물질 독성 시험에 사용 된 민물 고기 (예를 들어, 송사리, 제브라 피쉬, 잉어, 무지개 송어, 그리고 얼간이 미노) 중에서 만 송사리는 효소 가용성, 높은 생산력 및 부화, 염분 적응의 장점을 모두 가지고 실험실 실험에서 쉽게 사용하기에 충분히 작은 크기입니다. 또한, 메다카는 넓은 온도 범위에 적용 할 수있다 (2 38 °에 C) 6. 수생 환경에서, 염도 및 온도는 화학 물질의 운명에 가장 중요한 환경 적 영향은; 우리의 방법은 따라서 수생 환경 연구의 범위를 수정해야합니다.
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 |
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