Ackumulering och distribution av fluorescerande mikroplaster i zebrafiskens tidiga livsstadier
Summary
Zebrafiskembryon/larver utvecklas externt och är optiskt transparenta. Bioackumulering av mikroplaster hos fisk i tidiga livsstadier bedöms lätt med fluorescerande märkta mikrober.
Abstract
Som en ny typ av miljöföroreningar har mikroplaster hittats i stor utsträckning i vattenmiljön och utgör ett stort hot mot vattenlevande organismer. Bioackumulering av mikroplaster spelar en nyckelroll i deras toxiska effekter. Som partikel skiljer sig dock deras bioackumuleringar från många andra föroreningar. Beskrivs här är en genomförbar metod för att visuellt bestämma ackumulering och distribution av mikroplaster i zebrafiskembryon eller larver med fluorescerande mikroplaster. Embryon utsätts för olika koncentrationer (0, 1, 1 och 10 mg/L) fluorescerande mikroplaster med en diameter av 500 nm i 120 timmar. Det framgår av resultaten att mikroplaster kan bioackumuleras i zebrafiskembryon/larver på ett koncentrationsberoende sätt. Före kläckning finns stark fluorescens runt den embryonala koreringen; medan i zebrafisk larver, äggula säck, perikardium och mag-tarmkanalen är de viktigaste ackumulerade platserna för mikroplaster. Resultaten visar upptag och internalisering av mikroplaster hos zebrafisk i tidiga skeden, vilket kommer att ge grund för att bättre förstå mikroplasternas inverkan på vattenlevande djur.
Introduction
Sedan första syntetiserade på 1900-talet används plast ofta inom olika områden, vilket resulterar i snabb tillväxt av global produktion1. Under 2018 producerades cirka 360 miljoner ton plast över hela världen2. Plasten i den naturliga miljön kommer att brytas ner till fina partiklar på grund av kemiska, fysiska eller biologiska processer3. I allmänhet definieras fina <5 mm i storlek som mikroplaster4. Mikroplaster är också konstruerade för specifika applikationer, såsom mikrober från kosmetiska produkter5. Som nästan permanenta föroreningar ackumuleras mikroplaster i miljön och har fått allt större uppmärksamhet från forskare, beslutsfattare och allmänheten1,6. Tidigare studier dokumenterade att mikroplaster kan orsaka negativa effekter hos fisk, såsom gastrointestinal skada7,neurotoxicitet8,endokrin störning9,oxidativ stress10 och DNA-skador11. Toxiciteten hos mikroplaster har dock inte avslöjats helt hittills12,13.
Zebrafiskembryon erbjuder många experimentella fördelar, inklusive liten storlek, extern befruktning, optisk transparens och stora kopplingar, och anses vara en idealisk modellorganism för in vivo som studerar föroreningars effekter på fisk i tidiga livsstadier. Dessutom behövs endast begränsade mängder testämnen för utvärdering av biologiska reaktioner. Här utsätts zebrafiskembryon för olika koncentrationer av mikroplaster (0,1, 1, 10 mg/L) i 5 dagar, och bioackumulering och distribution av mikroplaster i zebrafiskembryon/larver utvärderas. Detta resultat kommer att främja vår förståelse om toxiciteten hos mikroplaster till fisk, och den metod som beskrivs här kan potentiellt generaliseras för att bestämma ackumulering och distribution av andra typer av fluorescerande material i de tidiga livsstadierna av zebrafisk.
Protocol
Representative Results
Discussion
Enligt riktlinjen om skydd av djur som används för vetenskapliga ändamål, såsom EU-direktiv 2010/63/EU, är djuretiktillstånd inte obligatoriskt för ett försök med tidiga livsstadier av zebrafisk förrän stadiet för att kunna utfodring självständigt (5 dagar efter befruktningen)17. Bästa välfärdspraxis är dock viktig för att optimera användningen av zebrafisk, och till exempel bör de humana metoderna för anestesi och dödshjälp vara oroande. Etyl 3-aminobenzoatmetansulphate (…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete finansierades av National Natural Science Foundation of China (21777145, 22076170) och Programmet för Changjiang Scholars and Innovative Research Team vid University (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).
