Met behulp van Caenorhabditis elegans voor het bestuderen van trans-en multi-generationele effecten van toxicantia

De toepassing en het afvalbeheer van chemische stoffen is sterk afhankelijk van de informatie over de effecten ervan bij bepaalde concentraties. Met name is tijd een ander essentieel element tussen effecten en concentraties. Dat wil zeggen, chemicaliën, vooral die in lage concentraties in de eigenlijke omgevingen, hebben tijd nodig om meetbare effecten te provoceren¹. Daarom regelen onderzoekers verschillende lengtes van de blootstellingsduur in dierproeven en bedekken ze zelfs de hele levenscyclus. Muizen werden bijvoorbeeld blootgesteld aan nicotine voor 30, 90 of 180 dagen om de toxische effecten ervan ²te bestuderen. Toch zijn dergelijke blootstellingsduur nog niet voldoende om de langetermijneffecten van verontreinigende stoffen te verhelderingen (bv. persistente organische verontreinigende stoffen [POPs]) die over generaties van organismen in het milieu kunnen blijven bestaan. Daarom krijgen studies over effecten over generaties steeds meer aandacht.

Er zijn twee belangrijke aspecten in studies voor generationele effecten. De eerste is de trans-generationele (TG) effectstudie die krachtig kan testen of chemische blootstelling aan ouders kan resulteren in eventuele gevolgen voor de nakomelingen³. De tweede is een studie van multi-generationele effecten die systematischer is met overwegingen in zowel blootstelling als residuele effecten. Aan de ene kant worden de effecten met meerdere generationele blootstelling (MGE) gebruikt om adaptieve reacties in de dieren te illustreren aan de langdurige uitdagende omgevingen. Aan de andere kant worden de effecten van multi generationele residuele (MGR) gebruikt om de resterende gevolgen op lange termijn na blootstelling aan te tonen, aangezien de blootstelling van de moeder gepaard gaat met de blootstelling van het embryo aan de eerste nakomelingen en blootstelling aan de kiem lijn aan de tweede nakomelingen die de derde nakomelingen als eerste generatie volledig uit blootstelling⁴maken.

Hoewel zoogdieren (bijv. muizen) model organismen zijn in toxiciteitsstudies, vooral met betrekking tot mensen, is hun toepassing bij het bestuderen van generatie effecten vrij tijdrovend, duur en ethisch met betrekking tot ⁵. Dienovereenkomstig bieden organismen, waaronder schaaldieren Daphnia magna⁶, insect Drosophila melanogaster⁷ en zebravis Danio rerio⁸, alternatieve keuzes. Toch hebben deze organismen een gebrek aan gelijkenissen met de mens, of vereisen ze specifieke apparatuur in studies.

Caenorhabditis elegans is een kleine vrijlevende nematode (ongeveer 1 mm lang) met een korte levenscyclus (ongeveer 84 h bij 20 °c)⁹. Deze nematode deelt vele biologische trajecten conservatief voor de mens, en daarom is het op grote schaal gebruikt om de effecten van verschillende spanningen of Planting¹⁰te illustreren. Met name 99,5% van de nematoden zijn hermaphrodites waardoor deze organismen uitermate geschikt zijn voor het bestuderen van generatie effecten, bijvoorbeeld TG-effecten van zware metalen en sulfonamiden^3,11, MGE-effecten van gouden nanodeeltjes en zware metalen¹² en temperatuur¹³, Mgr effecten van sulfonamide¹⁴, en zowel MGE en Mgr effecten van gammastraling¹⁵ en lindaan⁴. Bovendien zijn er vergelijkbare resultaten gevonden tussen de effecten van chemische stoffen (bv. zearalenon) op de ontwikkeling en reproductie van muizen en C. elegans^16,17, die een voordeel zouden bieden voor het extrapoleren van effecten van dit kleine dier op de mens.

Zowel TG en MG effectstudies zijn tijdrovend en moeten zorgvuldig ontwerp en prestaties. Met name bestonden er verschillen in levensfase keuzes, blootstellingsvoorwaarden en generatie scheidingsmethoden in de bovengenoemde studies. Dergelijke verschillen belemmerde de rechtstreekse vergelijking tussen de resultaten en hebben de verdere interpretatie van de resultaten belemmerd. Daarom is het noodzakelijk om uniforme protocollen vast te stellen om TG-en MG-effectenstudies te begeleiden, en ook om een groter beeld te geven om vergelijkbare patronen van verschillende toxicantia of verontreinigende stoffen op langetermijngevolgen te onthullen. Het doel van de huidige protocollen is het aantonen van duidelijke bedrijfsprocessen bij het bestuderen van trans-en multi-generationele effecten met C. elegans. De protocollen zullen ten goede komen aan onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van de langetermijneffecten van toxicantia of verontreinigende stoffen.