Akkumulering og distribution af fluorescerende mikroplast i zebrafiskens tidlige livsstadier
Summary
Zebrafiskfostre/larver udvikler sig eksternt og er optisk gennemsigtige. Bioakkumulering af mikroplast i fisk i de tidlige livsstadier vurderes let med fluorescerende mærkede mikroperler.
Abstract
Som en ny type miljøforurenende stoffer er mikroplast i vid udstrækning blevet fundet i vandmiljøet og udgør en høj trussel mod vandorganismer. Bioakkumulering af mikroplast spiller en central rolle i deres toksiske virkninger; Som partikel er deres bioakkumulationer imidlertid forskellige fra mange andre forurenende stoffer. Beskrevet her er en mulig metode til visuelt at bestemme akkumulering og distribution af mikroplast i zebrafisk embryoner eller larver ved hjælp af fluorescerende mikroplast. Embryoner udsættes for forskellige koncentrationer (0,1, 1 og 10 mg/l) fluorescerende mikroplast med en diameter på 500 nm i 120 timer. Det fremgår af resultaterne, at mikroplast kan bioakkumulere i zebrafiskembryoner/larver på en koncentrationsafhængig måde. Før udklækning findes stærk fluorescens omkring den embryonale chorion; mens der i zebrafisk larver, æggeblomme sæk, pericardium, og mave-tarmkanalen er de vigtigste akkumulerede steder af mikroplast. Resultaterne viser optagelse og internalisering af mikroplast i zebrafisk i tidlige livsstadier, hvilket vil danne grundlag for en bedre forståelse af mikroplastens indvirkning på vanddyr.
Introduction
Siden første syntetiseret i 1900-tallet, plast er meget udbredt på forskellige områder, hvilket resulterer i hurtig vækst i den globale produktion1. I 2018 blev der produceret ca. 360 millioner tons plast på verdensplan2. Plasten i det naturlige miljø nedbrydes til fine partikler på grund af kemiske, fysiske eller biologiske processer3. Generelt defineres fine plastpartikler <5 mm i størrelse som mikroplast4. Mikroplast er også udviklet til specifikke anvendelser, såsom mikroperler fra kosmetiske produkter5. Som næsten permanente forurenende stoffer akkumuleres mikroplast i miljøet og har tiltrukket sig stigende opmærksomhed fra forskere, politikere og offentligheden1,6. Tidligere undersøgelser dokumenterede, at mikroplast kan forårsage skadelige virkninger hos fisk, såsom gastrointestinale skader7, neurotoksicitet8, hormonforstyrrelser9, oxidativ stress10 og DNA-skade11. Mikroplastens toksicitet er imidlertid endnu ikke blevet fuldt afsløret12,13.
Zebrafiskembryoner tilbyder mange eksperimentelle fordele, herunder lille størrelse, ekstern befrugtning, optisk gennemsigtighed og store koblinger, og betragtes som en ideel modelorganisme til in vivo, der studerer virkningerne af forurenende stoffer på fisk i tidlige livsstadier. Desuden er der kun behov for begrænsede mængder teststoffer til vurdering af biologiske reaktioner. Her udsættes zebrafiskembryoner for forskellige koncentrationer af mikroplast (0,1, 1, 10 mg/l) i 5 dage, og bioakkumulation og distribution af mikroplast i zebrafiskembryoner/larver evalueres. Dette resultat vil fremme vores forståelse af toksiciteten af mikroplast til fisk, og den metode, der er beskrevet her, kan potentielt generaliseres for at bestemme akkumulering og distribution af andre typer fluorescerende materialer i de tidlige livsstadier af zebrafisk.
Protocol
Representative Results
Discussion
I henhold til retningslinjen om beskyttelse af dyr, der anvendes til videnskabelige formål, såsom EU-direktiv 2010/63/EU, er tilladelse til dyreetik ikke obligatorisk for et forsøg med tidlige livsstadier for zebrafisk, før det stadium, hvor de kan fodres uafhængigt (5 dage efter befrugtningen)17. Bedste velfærdspraksis er imidlertid vigtig for at optimere brugen af zebrafisk, og f.eks. Ethyl 3-aminobenzoat metansulfat (MS-222, eller tricain), den rutinemæssigt anvendte agent i de fleste la…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev finansieret af National Natural Science Foundation of China (21777145, 22076170), og Programmet for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT_17R97).
Materials
| Fluorescent microscope | Nikon, Japan | Eclipse Ti-S | |
| Green fluorescently labeled polystyrene beads | Phosphorex, USA | 2103A | |
| Tricaine | Sigma-Aldrich, USA | A5040 |
References
- SAPEA (Science Advice for Policy by European Academies). . A Scientific Perspective on Microplastics in Nature and Society. , (2019).
- Plastics Europe. . Plastics-the facts 2019. , (2019).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin. 62, 1596-1605 (2011).
- Arthur, C., Baker, J., Bamford, H. Proceedings of the International Research Workshop on the Occurrence, Effects and Fate of Microplastic Marine Debris. National Oceanic and Atmospheric Administration Technical Memorandum. , (2009).
- Ivleva, N. P., Wiesheu, A. C., Niessner, R. Microplastic in aquatic ecosystems. Angewandte Chemie International Edition. 56, 1720-1739 (2017).
- Lu, T., et al. Pollutant toxicology with respect to microalgae and cyanobacteria. Journal of Environmental Sciences. 99, 175-186 (2021).
- Huang, J. N., et al. Exposure to microplastics impairs digestive performance, stimulates immune response and induces microbiota dysbiosis in the gut of juvenile guppy (Poecilia reticulata). Science of the Total Environment. 733, 138929 (2020).
- Prüst, M., Meijer, J., Westerink, R. H. S. The plastic brain: neurotoxicity of micro- and nanoplastics. Particle and Fibre Toxicology. 17, 24 (2020).
- Jakubowska, M., et al. Effects of chronic exposure to microplastics of different polymer types on early life stages of sea trout Salmo trutta. Science of the Total Environment. 740, 139922 (2020).
- Qiang, L., Cheng, J. Exposure to polystyrene microplastics impairs gonads of zebrafish (Danio rerio). Chemosphere. 263, 128161 (2021).
- Hamed, M., Soliman, H. A. M., Osman, A. G. M., Sayed, A. E. H. Antioxidants and molecular damage in Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) after exposure to microplastics. Environmental Science and Pollution Research. 27, 14581-14588 (2020).
- Burns, E. E., Boxall, A. B. A. Microplastics in the aquatic environment: Evidence for or against adverse impacts and major knowledge gaps. Environmental Toxicology and Chemistry. 37, 2776-2796 (2018).
- Ma, H., Pu, S., Liu, S., Bai, Y., Mandal, S., Xing, B. Microplastics in aquatic environments: Toxicity to trigger ecological consequences. Environmental Pollution. 261, 114089 (2020).
- Westerfield, M. . The Zebrafish Book: A Guide for the Laboratory Use of Zebrafish (Danio reio). 4th ed. , (2000).
- Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. F. Stages of embryonic development of the zebrafish. Developmental Dynamics. 203, 253-310 (1995).
- Pikuda, O., Xu, E. G., Berk, D., Tufenkji, N. Toxicity assessments of micro- and nanoplastics can be confounded by preservatives in commercial formulations. Environmental Science & Technology Letters. 6, 21-25 (2019).
- Lidster, K., Readman, G. D., Prescott, M. J., Owen, S. F. International survey on the use and welfare of zebrafish Danio rerio in research. Journal of Fish Biology. 90, 1891-1905 (2017).
- Pitt, J. A., et al. Uptake, tissue distribution, and toxicity of polystyrene nanoparticles in developing zebrafish (Danio rerio). Aquatic Toxicology. 194, 185-194 (2018).
- Lin, S. J., Zhao, Y., Nel, A. E., Lin, S. Zebrafish: An in vivo model for nano EHS studies. Small. 9, 1608-1618 (2013).
