Teratogeneza to proces, który zakłóca normalny rozwój zarodka lub płodu, powodując trwałe nieprawidłowości strukturalne i funkcjonalne, opóźnienie wzrostu lub poronienie w ciężkich przypadkach1. Może to być spowodowane przez niektóre czynniki naturalne (teratogeny), które na wiele sposobów zakłócają rozwój zarodka2. Podczas rozwoju płodu doniesiono, że powszechne teratogeny, takie jak promieniowanie, czynniki zakaźne, metale toksyczne i organiczne chemikalia, powodują defekty w fałdach epikantycznych (fałd skórny w górnej powiece) i klinodaktylii (zakrzywiony palec u ręki lub nogi) poprzez błędy morfogenetyczne1.
Zrozumienie molekularnego mechanizmu teratogenezy jest pierwszym krokiem w kierunku rozwoju leczenia i profilaktyki. Kilka modeli kręgowców, takich jak afrykańska żaba szponiasta (Xenopus laevis) i danio pręgowany (Danio rerio), wykorzystano do określenia szlaków molekularnych, na które wpływają teratogeny. W poprzednich badaniach wykorzystano danio pręgowanego jako model dla epidemiologii, toksykologii i teratogenezy3-7. Scholz i wsp. uznał danio pręgowanego za "złoty standard" w ocenie toksyczności środowiskowej. Wynika to po części z przezroczystości zarodka danio pręgowanego, która pozwala naukowcom na wizualizację wady rozwojowej w momencie jej wystąpienia8. Około 70% ludzkich genów ma ortologie u danio pręgowanego, co czyni danio pręgowanego pożądanym modelem kręgowców do badania wad u ludzi9.
Niektóre badania epidemiologiczne sugerują, że azotany i azotyny, powszechnie obecne w żywności i wodzie, są związane z wadami wrodzonymi lub samoistnymi poronieniami10,11, podczas gdy inne badania nie potwierdzają tego związku12. Azotany (NO3-) i azotyny (NO2-) są naturalnie obecne w glebie i wodzie. Są źródłem azotu dla roślin i wchodzą w skład cyklu azotowego13. Pokarmy takie jak fasolka szparagowa, marchew, dynia, szpinak i buraki z gospodarstw stosujących nawozy o wysokiej zawartości azotanów znacznie zwiększyły poziom azotanów i azotynów7. Mleko od krów karmionych pokarmami o wysokiej zawartości azotanów i ryb w wodzie o wysokiej zawartości azotanów (głównie ze spływu glebowego30) może prowadzić do spożywania przez ludzi dużych ilości azotanów i azotynów14. Azotany i azotyny są również powszechnie stosowane w konserwowaniu żywności, co znacznie zwiększa ilość spożywaną przez ludzi12.
Optymalna zawartość azotanów i azotynów odgrywa fundamentalne role w procesach fizjologicznych, takich jak homeostaza i funkcja naczyń krwionośnych, neurotransmisja i immunologiczne mechanizmy obronne gospodarza13-15. Jednak narażenie na wysokie poziomy azotanów i azotynów może prowadzić do działań niepożądanych, zwłaszcza u niemowląt i dzieci16. Spożyte azotany są dalej przekształcane w azotyny w jamie ustnej przez mikroflorę oraz w przewodzie pokarmowym przez mikroflorę jelitową17.
Azotany narażają niemowlęta na wysokie ryzyko wystąpienia zespołu niebieskiego dziecka poprzez utlenianie hemoglobiny do methemoglobiny, co pogarsza zdolność hemoglobiny do przenoszenia tlenu18. Powoduje to niebieski kolor skóry, który w cięższych przypadkach rozciąga się na tkanki obwodowe. Zahamowane dotlenienie tkanek skutkuje innymi objawami, z których najpoważniejsze prowadzi do śpiączki i śmierci19,20. Podobne objawy obserwuje się u niemowląt i dorosłych przy wyższych stężeniach azotanu21. Podwyższony poziom methemoglobiny u dorosłych spowodowany zatruciem azotynami powoduje sinicę, ból głowy, zaburzenia oddychania31 i śmierć, jeśli nie są leczone z powodu powikłań związanych z niedotlenieniem tkanek życiowych32,33.
Azotany spożywane w wyższych stężeniach mogą również powodować różne komplikacje zdrowotne. Cukrzyca dziecięca, nawracająca biegunka i nawracające infekcje dróg oddechowych u dzieci są związane z wysokim spożyciem azotanów11,17,22. Przewlekłe narażenie na wysoki poziom azotanów wiąże się z oddawaniem moczu i krwotokiem śledziony. Ostre narażenie na wysokie dawki azotanów może prowadzić do szerokiego spektrum schorzeń, takich jak ból brzucha, osłabienie mięśni, krew w stolcu i moczu, omdlenia i śmierć11. Prenatalne narażenie na wysokie stężenia azotanów wiąże się z cewą nerwową i wadą układu mięśniowo-szkieletowego11.
Niedawny raport wykazał, że traktowanie zarodków danio pręgowanego azotynami prowadziło do obrzęku woreczka żółtkowego, wad rozwojowych twarzoczaszki i osiowości oraz nienadmuchiwania pęcherza pławnego5. W tym badaniu demonstrujemy metodę leczenia zarodków danio pręgowanego azotanami i azotynami w celu określenia ich potencjału teratogennego. Zarodki poddano działaniu azotynów w różnych stężeniach i przez różny czas. Etanol był używany jako kontrola pozytywna, ponieważ jest uznanym teratogenem23. Nasza metoda wykazała, że zarówno wysokie stężenia, jak i długie czasy ekspozycji na azotyny były szkodliwe dla przeżycia i skutkowały różnymi fenotypami, od łagodnych (obrzęk) do ciężkich (poważne wady rozwojowe). W związku z tym danio pręgowany jest użytecznym modelem do bezpośredniego badania potencjalnego teratogennego wpływu azotanów i azotynów na zarodki w celu uzupełnienia badań epidemiologicznych.