एक मॉडल के रूप Zebrafish नाइट्राइट की क्षमता का आकलन करने के लिए टेराटोजेनिक
Summary
teratogens के संपर्क में जन्म दोष का कारण बन सकता है। Zebrafish रसायनों के टेराटोजेनिक क्षमता का निर्धारण करने के लिए उपयोगी होते हैं। हम जोखिम के अलग अलग समय पर नाइट्राइट के विभिन्न स्तरों के लिए भ्रूण को प्रकाश में लाने के लिए और भी द्वारा zebrafish की उपयोगिता प्रदर्शित करता है। हम बताते हैं कि नाइट्राइट विषाक्त हो सकता है और गंभीर विकास दोष पैदा कर सकता है।
Abstract
वातावरण में उच्च नाइट्रेट का स्तर जन्मजात दोष या मानव में गर्भपात हो सकता है। मुमकिन है, इस आंत और लार बैक्टीरिया द्वारा नाइट्राइट को नाइट्रेट के रूपांतरण के कारण है। हालांकि, अन्य स्तनधारी अध्ययन में, उच्च नाइट्राइट का स्तर जन्म दोष, हालांकि वे गरीब प्रजनन परिणामों को जन्म दे सकता का कारण नहीं है। इस प्रकार, नाइट्राइट की टेराटोजेनिक संभावित स्पष्ट नहीं है। यह एक कशेरुकी मॉडल प्रणाली को आसानी से नाइट्राइट या हित के किसी भी अन्य रसायन के टेराटोजेनिक प्रभाव का आकलन करने के लिए उपयोगी होगा। यहाँ, हम विषाक्तता और भ्रूण दोष के लिए यौगिकों स्क्रीन करने के लिए zebrafish (Danio rerio) की उपयोगिता का प्रदर्शन। Zebrafish भ्रूण बाहर से निषेचित और तेजी से विकास किया है, उन्हें टेराटोजेनिक के अध्ययन के लिए एक अच्छा मॉडल बना रहे हैं। हम बताते हैं कि जोखिम के समय नकारात्मक नाइट्राइट के लिए बढ़ती अस्तित्व को प्रभावित करता है। नाइट्राइट की एकाग्रता बढ़ाने पर भी प्रतिकूल, अस्तित्व को प्रभावित करता है, जबकि नाइट्रेट नहीं करता है। भ्रूण था के लिएटी नाइट्राइट जोखिम जीवित है, विभिन्न दोषों पेरिकार्डियल सहित पाए जाते हैं और थैली शोफ की जर्दी, मूत्राशय noninflation, और craniofacial कुरूपता तैर कर सकते हैं। हमारे परिणाम से संकेत मिलता है कि zebrafish नाइट्राइट की टेराटोजेनिक संभावित अध्ययन के लिए एक सुविधाजनक प्रणाली है। इस दृष्टिकोण को आसानी से जल्दी कशेरुकी विकास पर उनके प्रभाव के लिए अन्य रसायनों का परीक्षण करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
Introduction
Teratogenesis एक प्रक्रिया है कि गंभीर मामलों 1 में स्थायी संरचनात्मक और कार्यात्मक असामान्यताओं, विकास मंदता, या गर्भपात के कारण से एक भ्रूण या भ्रूण के सामान्य विकास बाधित है। यह कुछ प्राकृतिक एजेंट (teratogens) है, जो कई मायनों 2 में भ्रूण के विकास के साथ हस्तक्षेप की वजह से हो सकता है। मानव भ्रूण के विकास के दौरान, इस तरह के विकिरण, संक्रामक एजेंटों, विषाक्त धातुओं, और कार्बनिक रसायन के रूप में आम teratogens मॉर्फ़ोजेनेटिक त्रुटियों के माध्यम से epicanthic परतों में दोष (ऊपरी आंख ढक्कन में त्वचा गुना) और वक्रांगुलिता (घुमावदार उंगली या पैर की अंगुली) पैदा करने के लिए सूचित किया गया है 1।
teratogenesis की आणविक तंत्र को समझना उपचार और रोकथाम के विकास की दिशा में पहला कदम है। इस तरह के रूप में कई अफ्रीकी कशेरुकी मॉडल मेंढक (Xenopus laevis) और zebrafish (Danio rerio) नोंकदार terat से प्रभावित आणविक मार्ग निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया हैogens। पिछले अध्ययनों से महामारी विज्ञान, विष विज्ञान और teratogenesis 3-7 के लिए एक मॉडल के रूप में zebrafish का इस्तेमाल किया है। Scholz एट अल। एक "सोने के मानक 'पर्यावरण आकलन के लिए विषाक्तता के रूप में माना zebrafish। इस zebrafish भ्रूण है, जो के रूप में यह 8 से होता शोधकर्ताओं विकासात्मक दोष कल्पना करने के लिए अनुमति देता है की पारदर्शिता के लिए, की वजह से है, भाग में। मानव जीन का लगभग 70% मानव दोष 9 के अध्ययन के लिए एक वांछनीय zebrafish हड्डीवाला मॉडल बनाने zebrafish में orthologues है।
कुछ महामारी विज्ञान के अध्ययन है कि नाइट्रेट और नाइट्राइट, सामान्यतः खेत खाद्य पदार्थ और पानी में मौजूद सुझाव दिया है, जन्म दोष या सहज गर्भपात 10,11 के साथ जुड़े रहे हैं, जबकि अन्य अध्ययनों से इस संघ 12 का समर्थन नहीं करते। नाइट्रेट (सं 3 -) और नाइट्राइट (सं 2 -) मिट्टी और पानी में स्वाभाविक रूप से मौजूद रहे। वे पौधों के लिए नाइट्रोजन का स्रोत रहे हैं और एन का एक हिस्सा हैंitrogen चक्र 13। ऐसे हरी बीन्स, गाजर, स्क्वैश, पालक, और बीट खेतों कि नाइट्रेट में उच्च उर्वरकों के उपयोग से के रूप में फूड्स काफी नाइट्रेट और नाइट्राइट 7 के स्तर को संवर्धित किया है। उच्च नाइट्रेट खाद्य पदार्थ और उच्च नाइट्रेट पानी (मुख्य रूप से मिट्टी अपवाह 30 से) में मछली के साथ खिलाया गायों से दूध लेने वाली नाइट्रेट और नाइट्राइट 14 की बड़ी मात्रा में मनुष्य के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। नाइट्रेट और नाइट्राइट भी आमतौर पर खाद्य संरक्षण, जो नाटकीय रूप से राशि मनुष्यों 12 द्वारा किया जाता बढ़ जाती है में किया जाता है।
नाइट्रेट और नाइट्राइट का इष्टतम स्तर संवहनी homeostasis और समारोह, न्यूरोट्रांसमिशन और प्रतिरक्षा मेजबान रक्षा तंत्र 13-15 की तरह शारीरिक प्रक्रियाओं में मौलिक भूमिका निभाते हैं। हालांकि, नाइट्रेट और नाइट्राइट का उच्च स्तर के लिए जोखिम विशेष रूप से शिशुओं और बच्चों के 16 में प्रतिकूल प्रभाव पैदा हो सकती है। जाता नाइट्रेट आगे microflora द्वारा और वें में मौखिक गुहा में नाइट्राइट में बदल जाती हैआंतों microflora 17 से ई जठरांत्र पथ।
नाइट्रेट methemoglobin को हीमोग्लोबिन के ऑक्सीकरण द्वारा ब्लू बेबी सिंड्रोम के लिए एक उच्च जोखिम में शिशुओं डालता है, इसकी क्षमता 18 ऑक्सीजन ले जाने से हीमोग्लोबिन आई। यह है कि और अधिक गंभीर मामलों में परिधि के ऊतकों तक फैली हुई त्वचा के नीले रंग में परिणाम है। अन्य लक्षणों में ऊतकों परिणामों के हिचकते ऑक्सीजन, सबसे गंभीर रूप से कोमा और मौत 19,20 के लिए अग्रणी। इसी तरह के लक्षण नाइट्रेट 21 की उच्च सांद्रता में बच्चों और वयस्कों में मनाया जाता है। नीलिमा, सिर दर्द में नाइट्राइट विषाक्तता के परिणामों के कारण वयस्कों में methemoglobin का ऊंचा स्तर, श्वास संबंधी विकार 31, और मौत महत्वपूर्ण ऊतक हाइपोक्सिया 32,33 से संबंधित जटिलताओं के कारण इलाज नहीं है।
उच्च स्तर पर किया जाता नाइट्रेट भी विभिन्न स्वास्थ्य जटिलताओं में परिणाम कर सकते हैं। बचपन मधुमेह, आवर्तक दस्त, और आवर्तक श्वसन तंत्र में संक्रमणबच्चों में उच्च नाइट्रेट का सेवन 11,17,22 के साथ जोड़ा गया है। नाइट्रेट के एक उच्च स्तर के लिए पुरानी जोखिम पेशाब और तिल्ली ख़ून का बहाव के साथ जुड़ा हुआ है। नाइट्रेट के लिए तीव्र उच्च खुराक जोखिम पेट में दर्द, मांसपेशियों में कमजोरी, मल और मूत्र, बेहोशी में रक्त, और मृत्यु 11 की तरह चिकित्सा स्थितियों की एक व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। उच्च स्तर पर नाइट्रेट को प्रसव पूर्व जोखिम न्यूरल ट्यूब दोष और musculoskeletal 11 के साथ संबद्ध किया गया है।
हाल ही में एक रिपोर्ट से पता चला है कि नाइट्राइट साथ zebrafish भ्रूण इलाज थैली सूजन, craniofacial और अक्षीय विकृतियों की जर्दी के लिए नेतृत्व किया, और मूत्राशय noninflation 5 तैरना। इस अध्ययन में, हम नाइट्रेट और नाइट्राइट साथ zebrafish भ्रूण के इलाज के लिए उनके टेराटोजेनिक क्षमता का निर्धारण करने के लिए एक विधि का प्रदर्शन। भ्रूण अलग सांद्रता और समय के विभिन्न लंबाई में नाइट्राइट से अवगत कराया गया। क्योंकि यह एक स्थापित teratogen 23 इथेनॉल है, एक सकारात्मक नियंत्रण के रूप में इस्तेमाल किया गया था। हेउर विधि से पता चला है कि दोनों उच्च सांद्रता और नाइट्राइट करने के लिए लंबे समय जोखिम समय के अस्तित्व के लिए हानिकारक थे और विभिन्न phenotypes में हुई, गंभीर (सकल विकास दोष) को हल्के (edema) से लेकर। इसलिए, zebrafish सीधे महामारी विज्ञान के अध्ययन पूरक करने के लिए भ्रूण पर नाइट्रेट और नाइट्राइट की संभावित टेराटोजेनिक प्रभाव की खोज के लिए एक उपयोगी मॉडल है।
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि यहाँ वर्णित नाइट्राइट और नाइट्रेट की टेराटोजेनिक संभावित आकलन करने में zebrafish की उपयोगिता को दर्शाता है। अन्य रीढ़ की तुलना में, zebrafish लाभ है कि उच्च उपजाऊपन, बाह्य निषेचन, ऑप्टिकल पारदर्शिता, और तेजी …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
VK was funded by grants from the IUP Department of Biology and School of Graduate Studies and Research (Graduate Student Professional Development). CQD and TWS were supported by the IUP School of Graduate Studies and Research (Faculty Publication Costs/Incidental Research Expenses). We also thank members of the Diep laboratory for maintaining the zebrafish facility.
Materials
| DREL/2010 instrument | Hach | 26700-03 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| KIMAX glass Petri Dish | VWR | 89001-244 | |
| MS-222 | Sigma-Aldrich | E10521 | |
| NitraVer 5 Nitrate Reagent | Hach | 14034-46 | |
| NitriVer 3 Nitrite Reagent | Hach | 14065-99 | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 3-374-10 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| S6E stereomicroscope | Leica | 10446294 | |
| Sodium nitrate | Fisher Scientific | S343 | |
| Sodium nitrite | Fisher Scientific | S347 | |
| Transfer pipets | Laboratory Products Sales | L320072 | |
| Glass vials | Fisher Scientific | 03-338B |
References
- Gilbert-Barness, E. Teratogenic causes of malformations. Ann Clin Lab Sci. 40 (2), 99-114 (2010).
- Brent, R. L. The cause and prevention of human birth defects: What have we learned in the past 50 years. Con Anom. 41 (1), 3-21 (2001).
- Lin, S., Zhao, Y., Nel, A. E. Zebrafish: an in vivo model for nano EHS studies. Small. 9 (9-10), 1608-1618 (2013).
- Pamanji, R., et al. Toxicity effects of profenofos on embryonic and larval development of zebrafish (Danio rerio). Environ Toxicol Pharmacol. 39 (2), 887-897 (2015).
- Simmons, A. E., Karimi, I., Talwar, M., Simmons, T. W. Effects of nitrite on development of embryos and early larval stages of the zebrafish (Danio rerio). Zebrafish. 9 (4), 200-206 (2012).
- Mantecca, P., et al. Toxicity Evaluation of a New Zn-Doped CuO Nanocomposite With Highly Effective Antibacterial Properties. Toxicol Sci. , (2015).
- Jensen, F. B. Nitric oxide formation from nitrite in zebrafish. J Exp Biol. 210, 3387-3394 (2007).
- Scholz, S., et al. The zebrafish embryo model in environmental risk assessment–applications beyond acute toxicity testing). Environ Sci Pollut Res Int. 15 (5), 394-404 (2008).
- Howe, K., et al. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 496 (7446), 498-503 (2013).
- CDC. Spontaneous abortions possibly related to ingestion of nitrate-contaminated well water–LaGrange County, Indiana, 1991-1994. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 45 (26), 569-572 (1996).
- Brender, J. D., et al. Prenatal nitrate intake from drinking water and selected birth defects in offspring of participants in the national birth defects prevention study. Environ Health Perspect. 121 (9), 1083-1089 (2013).
- Huber, J. C., et al. Maternal dietary intake of nitrates, nitrites and nitrosamines and selected birth defects in offspring: a case-control study. Nutr J. 12, 34 (2013).
- Phillips, W. E. Naturally occurring nitrate and nitrite in foods in relation to infant methaemoglobinaemia. Food Cosmet Toxicol. 9 (2), 219-228 (1971).
- Moncada, S., Palmer, R. M., Higgs, E. A. Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol Rev. 43 (2), 109-142 (1991).
- Gladwin, M. T., Crawford, J. H., Patel, R. P. The biochemistry of nitric oxide, nitrite, and hemoglobin: role in blood flow regulation. Free Radic Biol Med. 36 (6), 707-717 (2004).
- Gupta, S. K., et al. Recurrent acute respiratory tract infections in areas with high nitrate concentrations in drinking water. Environ Health Perspect. 108 (4), 363-366 (2000).
- Kross, B. C., Ayebo, A. D., Fuortes, L. J. Methemoglobinemia: nitrate toxicity in rural America. Am Fam Physician. 46 (1), 183-188 (1992).
- Greer, F. R., Shannon, M. Infant methemoglobinemia: the role of dietary nitrate in food and water. Pediatrics. 116 (3), 784-786 (2005).
- Sanchez-Echaniz, J., Benito-Fernandez, J., Mintegui-Raso, S. Methemoglobinemia and consumption of vegetables in infants. Pediatrics. 107 (5), 1024-1028 (2001).
- Virtanen, S. M., et al. Nitrate and nitrite intake and the risk for type 1 diabetes in Finnish children. Childhood Diabetes in Finland Study Group. Diabet Med. 11 (7), 656-662 (1994).
- Reimers, M. J., Flockton, A. R., Tanguay, R. L. Ethanol- and acetaldehyde-mediated developmental toxicity in zebrafish. Neurotoxicol Teratol. 26 (6), 769-781 (2004).
- Westerfield, M. . The zebrafish book: A guide for the laboratory use of zebrafish (Danio rerio). , (2007).
- Loucks, E., Carvan, M. J. Strain-dependent effects of developmental ethanol exposure in zebrafish. Neurotoxicol Teratol. 26 (6), 745-755 (2004).
- Bilotta, J., Barnett, J. A., Hancock, L., Saszik, S. Ethanol exposure alters zebrafish development: a novel model of fetal alcohol syndrome. Neurotoxicol Teratol. 26 (2), 737-743 (2004).
- Li, J., Jia, W., Zhao, Q. Excessive nitrite affects zebrafish valvulogenesis through yielding too much NO signaling. PLoS One. 9 (3), e92728 (2014).
- . . Methods for chemical analysis of water and wastes. , (1983).
- Loucks, E., Ahlgren, S. Assessing teratogenic changes in a zebrafish model of fetal alcohol exposure. J Vis Exp. (61), (2012).
- Addiscott, T. M. Fertilizers and nitrate leaching. Agricultural Chemicals and the Environment, Issues in Environmental Science and Technology. , 1-26 (1996).
- Su, Y. F., Lu, L. H., Hsu, T. H., Chang, S. L., Lin, R. T. Successful treatment of methemoglobinemia in an elderly couple with severe cyanosis: two case reports. Journal of Medical Case Reports. 6 (290), (2012).
- Harvey, M., Cave, G., Chanwai, G. Fatal methaemoglobinaemia induced by self-poisoning with sodium nitrite. Emergency Medicine Australasia. 22, 463-465 (2010).
- Nishiguchi, M., Nushida, H., Okudaira, N., Nishio, H. An autopsy case of fatal methemoglobinemia due to ingestion of sodium. Forensic Research. 6, (2015).
- Avdesh, A., Chen, M., Martin-Iverson, M. T., Mondal, A., Ong, D., Rainey-Smith, S., et al. Regular Care and Maintenance of a Zebrafish (Danio rerio) Laboratory: An Introduction. J. Vis. Exp. (69), (2012).
- Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. F. Stages of embryonic development of the zebrafish. Dev Dyn. 203 (3), 253-310 (1995).
- White, R. M., et al. Transparent adult zebrafish as a tool for in vivo transplantation analysis. Cell Stem Cell. 2 (2), 183-189 (2008).
- Tsang, M. Zebrafish: A tool for chemical screens. Birth Defects Res C Embryo Today. 90 (3), 185-192 (2010).
