الزرد نموذجا لتقييم إمكانات المسخية من النطرون
Summary
التعرض لteratogens قد يسبب تشوهات خلقية. الزرد مفيدة لتحديد إمكانية ماسخة للمواد الكيميائية. ونحن لشرح فائدة الزرد عن طريق تعريض الأجنة إلى مستويات مختلفة من النتريت وأيضا في أوقات مختلفة من التعرض. وتبين لنا أن النتريت يمكن أن تكون سامة وتسبب تشوهات تنموية حادة.
Abstract
مستويات عالية من النيترات في البيئة يمكن أن يؤدي إلى عيوب خلقية أو حالات الإجهاض في البشر. ويفترض، ويرجع ذلك إلى تحويل النترات إلى نتريت بواسطة القناة الهضمية والبكتيريا اللعابية هذا. ومع ذلك، في دراسات الثدييات الأخرى، ومستويات عالية النتريت لا تسبب تشوهات خلقية، على الرغم من أنها يمكن أن تؤدي إلى نتائج الإنجابية الفقيرة. وهكذا، فإن إمكانية ماسخة من النتريت ليست واضحة. وسيكون من المفيد أن يكون هناك نظام نموذج الفقاريات لتقييم بسهولة تأثيرات ماسخة من النتريت أو أي مادة كيميائية أخرى ذات اهتمام. هنا، ونحن لشرح فائدة الزرد (دانيو rerio) لفحص المركبات السمية والعيوب الجنينية. يتم تخصيب الأجنة الزرد خارجيا ويكون التطور السريع، مما يجعلها نموذجا جيدا للدراسات ماسخة. وتبين لنا أن زيادة وقت التعرض للنترات يؤثر سلبا البقاء على قيد الحياة. زيادة تركيز النتريت أيضا يؤثر سلبا على البقاء على قيد الحياة، في حين نترات لا. لثا الأجنةر البقاء على قيد الحياة التعرض النتريت، يمكن أن تحدث تشوهات مختلفة، بما في ذلك التامور وصفار ذمة الكيس، والسباحة noninflation المثانة، وتشوه القحفي. وتشير النتائج التي توصلنا إليها الزرد هو نظام ملائم لدراسة إمكانية ماسخة من النتريت. يمكن بسهولة أن تتكيف هذا النهج لاختبار المواد الكيميائية الأخرى لآثارها على التنمية الفقارية المبكرة.
Introduction
إمساخ هي العملية التي يعطل التطور الطبيعي للجنين أو الجنين عن طريق التسبب في تشوهات دائمة الهيكلية والوظيفية، وتأخر النمو، أو الإجهاض في الحالات الشديدة 1. ويمكن أن تسببها بعض العوامل الطبيعية (teratogens)، التي تتداخل مع التطور الجنيني بطرق متعددة 2. أثناء التطور الجنيني الإنسان، وقد تم الإبلاغ عن teratogens الشائعة مثل الإشعاع، والعوامل المعدية، المعادن السامة، والمواد الكيميائية العضوية أن يسبب تشوهات في طيات فوق المآقي (حظيرة الجلد في الجفن العلوي) وانحراف الأصابع (إصبع المنحني أو أخمص القدمين) من خلال أخطاء التخلق 1.
فهم الآلية الجزيئية من إمساخ هي الخطوة الأولى نحو تطوير العلاج والوقاية. العديد من النماذج الفقاريات مثل أفريقيا عوضت الضفدع (القيطم المورق) والزرد (دانيو rerio) استخدمت لتحديد المسارات الجزيئية تتأثر teratogens. وقد استخدمت الدراسات السابقة الزرد كنموذج لعلم الأوبئة، وعلم السموم وإمساخ 3-7. شولتس وآخرون. تعتبر الزرد بأنه "المعيار الذهبي" لتقييم سمية البيئي. ويرجع ذلك، في جزء منه، إلى الشفافية في الجنين الزرد، الذي يسمح للباحثين لتصور الخلل التنموي كما يحدث 8. ما يقرب من 70٪ من الجينات البشرية لديها orthologues في الزرد، مما يجعل الزرد نموذج الفقاريات مرغوب فيه لدراسة العيوب الإنسان 9.
وقد اقترحت بعض الدراسات الوبائية أن النترات والنتريت والحاضر عادة في الأطعمة الزراعية والمياه، وترتبط مع العيوب الخلقية أو الإجهاض التلقائي 10،11، في حين أن دراسات أخرى لا تدعم هذه الجمعية 12. نترات (NO 3 -) والنتريت (NO 2 -) موجودة بشكل طبيعي في التربة والمياه. وهي مصدر النيتروجين للنباتات وهي جزء من نitrogen دورة 13. الأطعمة مثل الفاصوليا الخضراء والجزر والقرع والسبانخ والبنجر من المزارع التي تستخدم الأسمدة عالية في نترات، زادوا بشكل ملحوظ من مستويات النترات والنتريت 7. الحليب من الأبقار التي تتغذى على الأطعمة عالية من النيترات والسمك في الماء نترات عالية (أساسا من جريان التربة 30) يمكن أن يؤدي إلى البشر تستهلك كميات كبيرة من النترات والنتريت 14. كما تستخدم النترات والنتريت عادة في حفظ الأغذية، مما يزيد بشكل كبير من كمية تناولها من قبل البشر 12.
المستويات المثلى من النترات والنتريت تلعب أدوارا أساسية في العمليات الفسيولوجية مثل التوازن الأوعية الدموية وظيفة، العصبي وآليات دفاع المضيف المناعية 13-15. ومع ذلك، والتعرض لمستويات عالية من النترات والنتريت يمكن أن يؤدي إلى آثار ضارة، خاصة عند الرضع والأطفال 16. نترات بلعها هو أبعد تحويلها إلى نتريت في تجويف الفم من البكتيريا وفي الالبريد الجهاز الهضمي عن طريق الأمعاء الدقيقة 17.
نترات يضع الأطفال عرضة لمخاطر عالية لمتلازمة الطفل الأزرق عن طريق الأكسدة الهيموغلوبين ل methemoglobin، إضعاف الهيموغلوبين من الأكسجين التي تحمل قدرة 18. وهذا يؤدي إلى اللون الأزرق من الجلد الذي يمتد إلى الأنسجة الطرفية في أكثر الحالات الشديدة. الأوكسجين تحول دون نتائج الأنسجة في أعراض أخرى، مما يؤدي أشد إلى الغيبوبة والوفاة 19،20. ولوحظت أعراض مماثلة في الأطفال والبالغين على تركيزات أعلى من نترات 21. مستويات مرتفعة من ميتهيموغلوبين في البالغين بسبب النتائج تسمم النتريت في زرقة، والصداع، واضطرابات التنفس 31، والموت إذا لم يعالج بسبب المضاعفات المتصلة نقص الأكسجة الأنسجة الحيوية 32،33.
نترات تناولها على مستويات أعلى يمكن أن يؤدي إلى مضاعفات صحية مختلفة. مرض السكري في مرحلة الطفولة، والإسهال المتكرر، والتهابات الجهاز التنفسي المتكررةفي الأطفال وقد تم ربط مع ارتفاع النترات تناول 11،17،22. ويرتبط التعرض المزمن لمستوى عال من النترات مع التبول ونزيف الطحال. الحادة التعرض جرعة عالية من النترات يمكن أن يؤدي إلى مجموعة واسعة من الحالات الطبية مثل آلام في البطن، وضعف العضلات، والدم في البراز والبول، والاغماء، والموت 11. وقد ارتبط التعرض قبل الولادة لنترات عند مستويات مرتفعة مع الأنبوب العصبي وخلل العضلات والعظام 11.
وأظهر تقرير صدر مؤخرا إلى أن علاج الأجنة الزرد مع النتريت أدى إلى صفار ذمة SAC، تشوهات الوجه و المحورية، والسباحة المثانة noninflation 5. في هذه الدراسة، ونحن لشرح طريقة لعلاج الأجنة الزرد مع النترات والنتريت لتحديد قدراتهم ماسخة. وتعرض الأجنة إلى نتريت بتركيزات مختلفة وأطوال مختلفة من الزمن. تم استخدام الإيثانول كعنصر تحكم إيجابية، لأنه هو مشوه إنشاء 23. Oأظهر طريقة اور أن كلا من تركيزات عالية ومرات التعرض الطويل لالنتريت كانت وبالا على البقاء على قيد الحياة وأسفرت عن العديد من الظواهر، تتراوح ما بين خفيفة (وذمة) إلى (العيوب التنموية الإجمالية) شديدة. ولذلك، فإن الزرد هو نموذج مفيد لاستكشاف مباشرة آثار ماسخة المحتملة من النترات والنتريت على الأجنة لاستكمال الدراسات الوبائية.
Protocol
Representative Results
Discussion
الطريقة الموصوفة هنا يوضح فائدة الزرد في تقييم إمكانية ماسخة من النتريت والنترات. مقارنة الفقاريات الأخرى، الزرد لديها مزايا التي تشمل الخصوبة العالية، والإخصاب الخارجي، والشفافية البصرية، والتطور السريع. المسوخ المتاحة التي تفتقر تصبغ (مثل الزرد كاسبر 36) تس…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
