Накопление и распространение флуоресцентного микропластика на ранних стадиях жизни зебры
Summary
Эмбрионы/личинки зебры развиваются внешне и оптически прозрачны. Биоаккумуляция микропластика у рыб на ранних стадиях жизни легко оценивается с помощью флуоресцентно помеченных микробусов.
Abstract
В качестве нового типа загрязнителей окружающей среды микропластик широко распространен в водной среде и представляет собой высокую угрозу для водных организмов. Биоаккумуляция микропластика играет ключевую роль в их токсических эффектах; однако, как частицы, их биоаккумуляции отличаются от многих других загрязнителей. Описанный здесь является возможным методом визуального определения накопления и распределения микропластика в эмбрионах зебры или личинках с использованием флуоресцентного микропластика. Эмбрионы подвергаются воздействию различных концентраций (0,1, 1 и 10 мг/л) флуоресцентного микропластика диаметром 500 нм на 120 ч. В результатах показано, что микропластик может биоаккумулятироваться в эмбрионах/личинках зебры в зависимости от концентрации. Перед вылуплением вокруг эмбрионального хориона обнаружена сильная флуоресценция; в то время как в личинках зебры, желточный мешок, перикард, и желудочно-кишечного тракта являются основными накопленными участками микропластика. Результаты демонстрируют поглощение и интернализации микропластика у зебры на ранних стадиях жизни, что обеспечит основу для лучшего понимания воздействия микропластика на водных животных.
Introduction
С момента первого синтеза в 1900-х годах, пластмассы широко используются в различных областях, что приводит к быстрому росту мирового производства1. В 2018 году в мире было произведено около 360 миллионов тоннпластмасс. Пластмассы в естественной среде будут деградировать до мелких частиц из-за химических, физических или биологическихпроцессов 3. Как правило, мелкие пластиковые частицы <5 мм в размерах определяются как микропластик4. Микропластик также разработан для конкретных применений, таких как микробусы из косметической продукции5. Как почти постоянные загрязняющие вещества, микропластик накапливается в окружающей среде, и привлекли все большее внимание со стороны ученых, политикови общественности 1,6. Предыдущие исследования документально, что микропластик может вызвать неблагоприятные последствия у рыб, таких как повреждениежелудочно-кишечного тракта 7,нейротоксичность 8, эндокринныенарушения 9,окислительный стресс 10 иповреждение ДНК 11. Тем не менее, токсичность микропластика до сих пор не полностью выявлена12,13.
Эмбрионы зебры предлагают множество экспериментальных преимуществ, включая небольшие размеры, внешнее оплодотворение, оптическую прозрачность и большие сцепления, и считается идеальной моделью организма для изучения воздействия загрязняющих веществ на рыбу на ранних стадиях жизни. Кроме того, для оценки биологических реакций требуется лишь ограниченное количество испытательных веществ. Здесь эмбрионы зебры подвергаются воздействию различных концентраций микропластика (0,1, 1, 10 мг/л) в течение 5 дней, а также оцениваются биоаккумуляция и распределение микропластика в эмбрионах/личинках зебры. Этот результат будет способствовать нашему пониманию токсичности микропластика для рыб, и метод, описанный здесь потенциально может быть обобщен для определения накопления и распределения других видов флуоресцентных материалов на ранних стадиях жизни зебры.
Protocol
Representative Results
Discussion
В соответствии с руководящим принципом по защите животных, используемых в научных целях, таких как Директива ЕС 2010/63/EU, разрешение на этику животных не является обязательным для эксперимента с ранними стадиями жизни зебры до стадии быть способным к самостоятельному кормлению (5 дней по?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (21777145, 22076170) и Программой для ученых Чанцзяна и Группой инновационных исследований в Университете (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).
