卵殻を使わない孵化による小可塑性の微生物の発生毒性による鳥胚発生への影響
Summary
本論文では、マイクロプラスチックなどの粒子汚染物質の毒物学的研究に卵殻を用いずに孵化する方法を紹介する。
Abstract
マイクロプラスチックは、動物組織や臓器の取り込みと転座のために動物に大きな健康上の脅威をもたらす新興の世界的な汚染物質タイプです。小プラスチックが鳥の胚の発達に及ぼす生態毒性学的影響は知られていない。鳥の卵は完全な発達と栄養システムであり、胚の発達全体が卵殻で起こります。したがって、マイクロプラスチックなどの汚染物質のストレス下での鳥の胚発生の直接的な記録は、従来の孵化における不透明な卵殻によって非常に制限される。本研究では、マイクロプラスチックがウズラ胚の発達に及ぼす影響を、卵殻を使わずに孵化することによって視覚的に監視した。主なステップは、受精卵の洗浄および消毒、暴露前のインキュベーション、暴露後の短期インキュベーション、およびサンプル抽出を含む。結果は、対照群と比較して、マイクロプラスチック暴露群の湿重量および体長が統計的差を示し、露出群全体の肝臓割合が有意に増加したことを示す。また、温度、湿度、卵の回転角度など、インキュベーションに影響を与える外部要因を評価しました。この実験方法は、マイクロプラスチックの生態毒性学に関する貴重な情報と、胚の発達に及ぼす汚染物質の悪影響を研究する新しい方法を提供する。
Introduction
2015年のプラスチック廃棄物の生産量は約6300山で、その10分の1はリサイクルされ、残りは焼失または地下に埋もれた。2050年までに約12,000山のプラスチック廃棄物が地下に埋もれ、2050年までに地下に埋もれ、と推定されている。国際社会がプラスチック廃棄物に注目して、トンプソンは2004年2月にマイクロプラスチックの概念を最初に提案した。マイクロプラスチック(MP)とは、粒子径が5mm未満の小さな粒子プラスチックを指します。現在、研究者たちは、様々な大陸、大西洋諸島、内陸湖、北極、深海の生息地3、4、5、6、7の海岸線におけるMPのユビキタスな存在を検出しました。したがって、より多くの研究者がMPの環境上の危険を研究し始めています。
生物は環境中でMPを摂取することができます。世界中の233の海洋生物(100%のカメ種、36%のアザラシ種、59%のクジラ種、59%の海鳥種、92種類の海魚、6種類の無脊椎動物を含む)の消化管でMPが見つかりました8。さらに、MPは生物の消化器系をブロックし、蓄積し、彼らのボビー9に移動する可能性があります。MPは食物連鎖を介して移動することができ、その摂取量は生息地、成長段階、摂食習慣、食料源10の変化と異なることを発見した。一部の研究者は、海鳥11の滴にMPの存在を報告しました, これは海鳥がMPのキャリアとして機能することを意味します.さらに、MPの摂取は、いくつかの生物の健康に影響を与える可能性があります。例えば、MPは消化管に絡み合い、したがって鯨類12の死亡率を増加させることができる。
MPだけでも、他の汚染物質との生物に対する共同毒性効果と同様に、生物に毒性効果があります。プラスチックデブリの環境関連濃度の摂取は、成魚13の内分泌系機能を乱す可能性がある。マイクロプラスチックのサイズは、生物による取り込みと蓄積に影響を与える重要な要因の1つです 14,15.小型プラスチック、特にナノサイズのプラスチックは、毒性の高い細胞や生物との相互作用を起こしやすい16,17,18,19.ナノ粒子サイズマイクロプラスチックが生物に及ぼす有害な影響は現在の研究レベルを超えていますが、数マイクロメートル未満のマイクロプラスチック、特に環境中のサブミクロン/ナノプラスチックの検出と定量は依然として大きな課題です。さらに、ナノプラスチックは胚にもいくつかの影響を及ぼす。ポリスチレンは、タンパク質および遺伝子プロファイル20を調節することによってウニ胚の発達を損なう可能性がある。
MPが生物に及ぼす潜在的な影響を調べるには、この研究を実施しました。鳥の胚とヒト胚の類似性のために、それらは通常、血管新生および抗血管新生、組織工学、生体材料インプラント、および脳腫瘍22、23、24を含む発生生物学研究21で使用される。鳥の胚は、低コスト、短い培養サイクルと簡単な操作25、26の利点を有する。そこで、今回の実験動物として、短い成長サイクルを有するウズラ胚を選んだ。同時に、卵殻を含まない孵化技術を用いて、胚発生段階でMPに曝露されたウズラ胚の形態学的変化を直接観察することができる。使用した実験材料は、ポリプロピレン(PP)およびポリスチレン(PS)であった。PPおよびPS27は、世界中の堆積物および水域で得られるポリマータイプの割合が最も高いため、捕獲された海洋生物から抽出される最も一般的なポリマータイプはエチレンおよびプロピレン28である。この実験プロトコルは、MPに曝露されたウズラ胚に対するMPの毒物学的影響を視覚的に評価するための全プロセスを記述する。この方法を簡単に拡張して、他の排卵動物の胚発生に対する他の汚染物質の毒性を調べることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
本論文は、基礎的な開発指標を検出することによってウズラ胚の発生を評価するための効果的な実験スキームを提供する。しかし、この実験にはまだいくつかの制限があります。
まず、殻のない孵化のために、孵化の後の段階におけるウズラ胚の死亡率が高くなる。実験過程での正常タンパク質比の破壊など、人為的に制御不能な因子があります。実験の正確性を確保?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、新疆ウイグル自治区の主要な研究開発プロジェクト(2017B03014、2017B03014-1、2017B03014-2、2017B03014-3)によって支援されました。
Materials
| Multi sample tissue grinder | Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd. | Tissuelyser-24 | Grind large-sized plastics into small-sized ones at low temperature |
| Electronic balance | OHAUS corporation | PR Series Precision | Used for weighing |
| Fertilized quail eggs | Guangzhou Cangmu Agricultural Development Co., Ltd. | Quail eggs for hatching without shell | |
| Fluorescent polypropylene particles | Foshan Juliang Optical Material Co., Ltd. | Types of plastics selected for the experiment | |
| Incubator | Shandong, Bangda Incubation Equipment Co., Ltd. | 264 pc | Provide a place for embryo growth and development |
| Nanometer-scale polystyrene microspheres | Xi’an Ruixi Biological Technology Co., Ltd. | 100 nm, 200 nm, 500 nm | Types of plastics selected for the experiment |
| Steel ruler | Deli Group | 20 cm | Used to measure length |
| Vertical heating pressure steam sterilizer | Shanghai Shenan Medical Instrument Factory | LDZM-80KCS-II | Sterilize the experimental articles |
Referências
- Geyer, R., Jambeck, J. R., Law, K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances. 3 (7), 5 (2017).
- Thompson, R. C., et al. Lost at sea: Where is all the plastic. Science. 304 (5672), 838-838 (2004).
- Barletta, M., Lima, A. R. A., Costa, M. F. Distribution, sources and consequences of nutrients, persistent organic pollutants, metals and microplastics in South American estuaries. Science of the Total Environment. 651, 1199-1218 (2019).
- Eriksson, C., Burton, H., Fitch, S., Schulz, M., vanden Hoff, J. Daily accumulation rates of marine debris on sub-Antarctic island beaches. Marine Pollution Bulletin. 66 (1-2), 199-208 (2013).
- Zhang, C. F., et al. Microplastics in offshore sediment in the Yellow Sea and East China Sea, China. Environmental Pollution. 244, 827-833 (2019).
- Obbard, R. W., et al. Global warming releases microplastic legacy frozen in Arctic Sea ice. Earths Future. 2 (6), 315-320 (2014).
- Van Cauwenberghe, L., Vanreusel, A., Mees, J., Janssen, C. R. Microplastic pollution in deep-sea sediments. Environmental Pollution. 182, 495-499 (2013).
- Wilcox, C., Van Sebille, E., Hardesty, B. D. Threat of plastic pollution to seabirds is global, pervasive, and increasing. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (38), 11899-11904 (2015).
- Wright, S. L., Thompson, R. C., Galloway, T. S. The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review. Environmental Pollution. 178, 483-492 (2013).
- Ferreira, G. V. B., Barletta, M., Lima, A. R. A. Use of estuarine resources by top predator fishes. How do ecological patterns affect rates of contamination by microplastics. Science of the Total Environment. 655, 292-304 (2019).
- Provencher, J. F., Vermaire, J. C., Avery-Gomm, S., Braune, B. M., Mallory, M. L. Garbage in guano? Microplastic debris found in faecal precursors of seabirds known to ingest plastics. Science of the Total Environment. 644, 1477-1484 (2018).
- Baulch, S., Perry, C. Evaluating the impacts of marine debris on cetaceans. Marine Pollution Bulletin. 80 (1-2), 210-221 (2014).
- Rochman, C. M., Kurobe, T., Flores, I., Teh, S. J. Early warning signs of endocrine disruption in adult fish from the ingestion of polyethylene with and without sorbed chemical pollutants from the marine environment. Science of the Total Environment. 493, 656-661 (2014).
- Mattsson, K., et al. Brain damage and behavioural disorders in fish induced by plastic nanoparticles delivered through the food chain. Scientific Reports. 7, 7 (2017).
- Brown, D. M., Wilson, M. R., MacNee, W., Stone, V., Donaldson, K. Size-dependent proinflammatory effects of ultrafine polystyrene particles: A role for surface area and oxidative stress in the enhanced activity of ultrafines. Toxicology and Applied Pharmacology. 175 (3), 191-199 (2001).
- Salvati, A., et al. Experimental and theoretical comparison of intracellular import of polymeric nanoparticles and small molecules: toward models of uptake kinetics. Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine. 7 (6), 818-826 (2011).
- Frohlich, E., et al. Action of polystyrene nanoparticles of different sizes on lysosomal function and integrity. Particle and Fibre Toxicology. 9, 13 (2012).
- Bexiga, M. G., Kelly, C., Dawson, K. A., Simpson, J. C. RNAi-mediated inhibition of apoptosis fails to prevent cationic nanoparticle-induced cell death in cultured cells. Nanomedicine. 9 (11), 1651-1664 (2014).
- Lehner, R., Weder, C., Petri-Fink, A., Rothen-Rutishauser, B. Emergence of Nanoplastic in the Environment and Possible Impact on Human Health. Environmental Science, Technology. 53 (4), 1748-1765 (2019).
- Pinsino, A., et al. Amino-modified polystyrene nanoparticles affect signalling pathways of the sea urchin (Paracentrotus lividus) embryos. Nanotoxicology. 11 (2), 201-209 (2017).
- El-Ghali, N., Rabadi, M., Ezin, A. M., De Bellard, M. E. New Methods for Chicken Embryo Manipulations. Microscopy Research and Technique. 73 (1), 58-66 (2010).
- Rashidi, H., Sottile, V. The chick embryo: hatching a model for contemporary biomedical research. Bioessays. 31 (4), 459-465 (2009).
- Faez, T., Skachkov, I., Versluis, M., Kooiman, K., de Jong, N. In vivo characterization of ultrasound contrast agents: microbubble spectroscopy in a chicken embryo. Ultrasound in Medicine and Biology. 38 (9), 1608-1617 (2012).
- Yamamoto, F. Y., Neto, F. F., Freitas, P. F., Ribeiro, C. A. O., Ortolani-Machado, C. F. Cadmium effects on early development of chick embryos. Environmental Toxicology and Pharmacology. 34 (2), 548-555 (2012).
- Li, X. D., et al. Caffeine interferes embryonic development through over-stimulating serotonergic system in chicken embryo. Food and Chemical Toxicology. 50 (6), 1848-1853 (2012).
- Lokman, N. A., Elder, A. S. F., Ricciardelli, C., Oehler, M. K. Chick Chorioallantoic Membrane (CAM) Assay as an In Vivo Model to Study the Effect of Newly Identified Molecules on Ovarian Cancer Invasion and Metastasis. International Journal of Molecular Sciences. 13 (8), 9959-9970 (2012).
- 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 (11), 2776-2796 (2018).
- Alejo-Plata, M. D., Herrera-Galindo, E., Cruz-Gonzalez, D. G. Description of buoyant fibers adhering to Argonauta nouryi (Cephalopoda: Argonautidae) collected from the stomach contents of three top predators in the Mexican South Pacific. Marine Pollution Bulletin. 142, 504-509 (2019).
