Eksponering for teratogens kan forårsake fødselsskader. Sebrafisk er nyttige for bestemmelse av teratogene potensialet av kjemikalier. Vi demonstrerer nytten av sebrafisk ved å utsette befruktede egg til ulike nivåer av nitritt og også på forskjellige tider av eksponering. Vi viser at nitritt kan være giftige og forårsake alvorlige utviklingsdefekter.
Høye nitratnivåene i miljøet kan føre til medfødte defekter eller spontanaborter hos mennesker. Antagelig er dette på grunn av konvertering av nitrat til nitritt ved gut og spytt bakterier. Men i andre pattedyrstudier, høy nitritt nivåer ikke forårsake fødselsskader, selv om de kan føre til dårlig reproduktive utfall. Således er det teratogene nitrite ikke klart. Det ville være nyttig å ha et virveldyr modellsystem for enkelt å vurdere teratogene virkninger av nitritt eller ethvert annet kjemisk av interesse. Her viser vi nytten av sebrafisk (Danio rerio) å screene forbindelser for giftighet og embryonale defekter. Sebrafisk embryoer befruktet eksternt og har rask utvikling, noe som gjør dem en god modell for teratogene studier. Vi viser at ved å øke eksponeringstiden til nitritt negativt påvirker overlevelse. Økning av konsentrasjonen av nitritt også negativt påvirker overlevelse, mens nitrat ikke. For embryoer that overleve nitritt eksponering, kan ulike defekter oppstår, herunder perikard og plommesekken ødem, svømme blære noninflation, og kraniofaciale misdannelser. Våre resultater tyder på at sebrafisk er et praktisk system for å studere teratogene nitrite. Denne fremgangsmåten kan lett tilpasses for å teste andre kjemikalier for deres effekt på tidlige utviklings virveldyr.
Misdannelser er en prosess som forstyrrer den normale utviklingen av et embryo eller foster ved å forårsake permanente strukturelle og funksjonelle avvik, veksthemming eller abort i alvorlige tilfeller 1. Det kan være forårsaket av visse naturlige stoffer (teratogens), som interfererer med embryoutvikling på flere måter 2. Under menneskelig fosterutvikling, har felles teratogens eksempel stråling, smittestoffer, giftige metaller og organiske kjemikalier blitt rapportert å forårsake defekter i epicanthic folder (hudfolden i øvre øyelokket) og clinodactyly (buet finger eller tå) gjennom morfogenetiske feil 1.
Forstå den molekylære mekanismen for misdannelser er første skritt mot å utvikle behandling og forebygging. Flere virveldyr modeller som den afrikanske klorte frog (Xenopus laevis) og sebrafisk (Danio rerio) har blitt brukt til å bestemme molekylære stier berørt av teratogens. Tidligere studier har brukt sebrafisk som modell for epidemiologi, toksikologi og misdannelser 3-7. Scholz et al. betraktet sebrafisk som en "gullstandard" for miljøtoksisitet vurdering. Dette skyldes delvis til gjennomsiktigheten av sebrafisk embryo, som tillater forskere å visualisere utviklingsdefekt som det skjer åtte. Omtrent 70% av menneskets gener har orthologues i sebrafisk, noe som gjør sebrafisk en ønskelig virveldyr modell for å studere menneskelige feil 9.
Noen epidemiologiske studier har antydet at nitrat og nitritt, ofte til stede i gården mat og vann, er assosiert med misdannelser eller spontanaborter 10,11, mens andre studier ikke støtter denne foreningen 12. Nitrat (NO 3 -) og nitritt (NO 2 -) er naturlig tilstede i jord og vann. De er en kilde til nitrogen for planter, og er en del av de nitrogen syklus 13. Matvarer som grønne bønner, gulrøtter, squash, spinat og rødbeter fra gårder som bruker gjødsel med høyt nitrat har betydelig utvidet nivåer av nitrat og nitritt 7. Melk fra kyr matet med høye nitrat mat og fisk i høy nitrat vann (hovedsakelig fra jordavrenning 30) kan føre til mennesker forbruker store mengder nitrat og nitritt 14. Nitrat og nitritt er også ofte brukt i konservering av mat, noe som dramatisk øker mengden inntas av mennesker 12.
Optimale nivåer av nitrat og nitritt spille grunnleggende roller i fysiologiske prosesser som vaskulær homeostase og funksjon, neurotransmission og immunologiske vert forsvarsmekanismer 13-15. Imidlertid kan utsettes for høye nivåer av nitrat og nitritt føre til uheldige virkninger, spesielt hos spedbarn og barn 16. Inge nitrat er videre omdannes til nitritt i munnhulen ved mikrofloraen og i the mage-tarmkanalen av tarmfloraen 17.
Nitrat setter spedbarn på en høy risiko for blå baby syndrom ved oksidasjon av hemoglobin til methemoglobin, svekke hemoglobin fra sin oksygenbærende evne 18. Dette resulterer i den blå fargen på huden som strekker seg til perifert vev i mer alvorlige tilfeller. Hemmet oksygenering av vev resulterer i andre symptomer, mest alvorlig fører til koma og død 19,20. Lignende symptomer er observert hos spedbarn og voksne ved høyere konsentrasjoner av nitrat 21. Forhøyede nivåer av methemoglobin hos voksne på grunn av nitritt forgiftning resultater i cyanose, hodepine, pusteforstyrrelser 31, og død hvis den ikke behandles på grunn av komplikasjoner knyttet til vitale vevshypoksi 32,33.
Nitrat inge på høyere nivåer kan også resultere i ulike helse komplikasjoner. Barndom diabetes, tilbakevendende diaré, og tilbakevendende luftveisinfeksjonerhos barn har blitt koblet med høy nitrat inntak 11,17,22. Kronisk eksponering for en høy grad av nitrat er forbundet med vannlating og milt blødning. Akutt høy dose eksponering for nitrater kan føre til et bredt spekter av medisinske tilstander som magesmerter, muskelsvakhet, blod i avføring og urin, besvimelse og død 11. Prenatal eksponering til nitrat ved høye nivåer blitt forbundet med nevrale rør og muskelskjelett defekt 11.
En fersk rapport viser at behandling av sebrafisk embryoer med nitritt førte til plommesekken ødem, kraniofaciale og aksiale misdannelser, og svømme blære noninflation 5. I denne studien viser vi en fremgangsmåte for behandling av sebrafisk embryoer med nitrat og nitritt for å bestemme deres potensiale teratogene. Embryoer ble utsatt for nitritt ved forskjellige konsentrasjoner og forskjellige lengder av tid. Etanol ble benyttet som en positiv kontroll, siden det er et etablert teratogen 23. Our metoden viste at både høye konsentrasjoner og lange eksponeringstider til nitritt var skadelig for overlevelse og resultert i ulike fenotyper, alt fra mild (ødem) til alvorlige (brutto utviklingsmessige defekter). Derfor sebrafisk er en nyttig modell for direkte å utforske de potensielle teratogene effekter av nitrat og nitritt på befruktede egg for å utfylle epidemiologiske studier.
Metoden er beskrevet her demonstrerer nytten av sebrafisk i vurderingen av teratogene potensialet av nitritt og nitrat. Sammenlignet med andre virveldyr, sebrafisk har fordeler som inkluderer høy fruktbarhet, ytre befruktning, optisk gjennomsiktighet, og rask utvikling. Tilgjengelige mutanter som mangler pigmentering (for eksempel Casper sebrafisk 36) også bidra til å forbedre synligheten av indre organer. Det er også lett å generere transgen sebrafisk med reporter gener for å forenkle analysen i levend…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |