Summary

Kortisol måling i Koala (Phascolarctos cinereus) fur

Published: August 23, 2019
doi:

Summary

Vi presenterer en protokoll for å fastslå den optimale ekstraksjon løsemiddel å måle kortisol fra Koala pels. Løsnings midlene som brukes i denne protokollen, er metanol, etanol og isopropanol. Bestemme en optimal ekstraksjon løsemiddel vil hjelpe i pålitelig måling pels for å fastslå effekten av kronisk stress på koalabjørner.

Abstract

Optimale metoder for hormon utvinning brukes til å måle stress i dyr over utvalget typer er ikke alltid det samme. Australias ikoniske marsupial arter, Koala (Phascolarctos cinereus), ansikter langvarig eksponering for menneskeskapte-indusert stressorer og vurdering av kronisk stress i ville populasjoner er snarest berettiget. En av de mest effektive måtene å måle kronisk stress er gjennom å analysere glukokortikoid hormonet kortisol i hår eller pels, som det støtter fysiologiske og atferdsmessige responser. Dette laboratoriet validering studien tar sikte på å teste dagens teknikker for å validere en optimal Hormone utvinning metode som skal brukes som en ikke-invasiv måling av kortisol i Koala pels. Det er anerkjent at bruk av ikke-invasiv teknikker for å måle stress hormoner foretrekkes over tradisjonelle, invasive teknikker på grunn av sin ideelle praktiske og etiske ståsteder. I tillegg er det relativt lettere å skaffe pels fra koalabjørner enn det er å tilegne seg prøver av sitt blod. Denne studien brukte prøver av Koala pels ervervet fra Adelaide Koala og Wildlife Hospital å kjøre en rekke hormon utvinning teknikker i et forsøk på å validere en optimal kortisol utvinning metoden. Resultatene viste at 100% metanol ga den mest optimale løsningsmiddel utvinningen sammenlignet med 100% etanol eller 100% isopropanol basert på parallellisme resultater. I konklusjonen, denne metoden for kortisol utvinning fra Koala pels forutsatt en pålitelig ikke-invasiv analysen som kan brukes til å studere kronisk stress i koalabjørner.

Introduction

Australske økosystemer opprettholde menneskelig liv gjennom levering av tjenester, inkludert mat og fiber blant mange andre dynamiske interaksjoner1. Ironisk nok er det menneskelig aktivitet som fungerer som den dominerende føreren av økosystemet avbrudd gjennom biologisk mangfold endring2. Habitat fragmentering, kjent som prosessen med å dele store sammenhengende habitater i små flekker av land, isolert fra hverandre, er den store menneskeskapte biologisk mangfold endring truende australske økosystemer2. Habitat fragmentering endrer strukturen og mangfoldet av arter sammensetning i et gitt område, og dermed redusere arealet av habitat nødvendig for disse artene å opprettholde levedyktig populasjoner2. Resultatet av dette er økt konkurranse mellom arter for ressurser, inkludert mat, drivstoff, fiber, og vann3. Ødeleggelsen av australske økosystemer gjennom endring av biologisk mangfold er å ha katastrofale konsekvenser for mange australske arter1.

Australias mest ikoniske marsupial arter, den Koala (Phascolarctos cinereus), avhenger av australske økosystemer gjenværende sunt for deres overlevelse4. Innføringen av den europeiske bosetningen førte til en rask nedgang i australske populasjoner av koalabjørner, da de ble slaktet for deres skinnene i jakten på profitt i en stor eksport handel5. Denne praksisen ble forbudt på 1980-tallet og bestander av koalabjørner var da i stand til å stabilisere5. Men eksponentiell vekst av den menneskelige befolkning har resultert i denne arten konkurrerer om mye av deres habitat, og deres overlevelse er igjen under trussel6. Ifølge International Union for Conservation of Nature (IUCN), er alle populasjoner av australske koalabjørner oppført som sårbare for utryddelse med en synkende befolknings trend7. Denne oppføringen er tilskrevet usikkerheten rundt relevante befolknings parametre og markert variasjon i befolknings trender for denne arten7. Som den mest ikoniske og endemisk dyr, koalabjørner i stor grad nytte den australske økonomien gjennom turisme (NSW Office of Environment and Heritage 2018). Et anslag tyder på at Koala relatert turisme har generert ca 9 000 arbeidsplasser og bidrar mellom $1,1 og $2 500 000 000 til økonomien (NSW Office of Environment og Heritage 2018). Fjerning av en Art har potensial til å bli katastrofale, og kan sees i jevn nedgang på Native Australian Wildlife6. I tillegg vil Australia økonomien føler konsekvenser hvis populasjoner av australske koalabjørner fortsetter å avta på den hastigheten de er6.

Det er antydet at utbredelsen av død og sykdom som svar på habitat fragmentering er et resultat av kronisk stress8. Allerede har tjuefire marsupial arter blitt erklært utryddet i Australia på grunn av habitat fragmentering, med koalabjørner etter en lignende trend8. Kompleksiteten av habitat fragmentering og biologiske systemer er synergi, men kan pakkes ut gjennom analyse av stress respons6. Generelt aktiverer enhver forstyrrelse i et dyr naturlige omgivelser en kompleks kaskade av neurohormonal hendelser, kjent som en “fight or flight” respons9,10. Dette svaret på stress er en prosess som begynner i hjernen der hypothalamus-hypofysen-adrenal (HPA) aksen er aktivert11. En del av hjernen kalles hypothalamus utgivelser corticotrophin-lanserer Hormone (CRH), som deretter signaliserer fremre hypofysen til å løslate adrenocorticotrophic Hormone (ACTH)11. Dette i sin tur stimulerer glukokortikoid sekresjon fra binyrene forlengede. Kroppen sirkulerer glukokortikoider gjennom blodet, som viderekobling lagring av glukose fra glykogen og mobiliserer glukose fra lagret glykogen11. Dette kaskade av neurohormonal hendelser er responsen som brukes av dyret til å håndtere uforutsigbare stimuli11. Imidlertid, når glukokortikoider slippes og være opphøyet for en lengre periode av tid, det dyr er betraktet som å bli erfaring kronisk anstrengelse12,13. Denne prosessen innebærer viderekobling energi bort fra andre fysisk kroppsfunksjoner, som det er nødvendig for pågående glukokortikoid produksjon13. Som et resultat, kronisk stress kan forby vekst, reproduksjon og immunitet, alle er viktige fitness egenskaper som kreves for overlevelse14.

Måler en dyrene ‘ glukokortikoid produksjon er en vanlig indikatoren anvendt å avgjøre hvorvidt eller ikke det dyr er erfaring fysiologisk trykk15. For å gjøre dette, kan glukokortikoider måles i blodplasma, serum, spytt, urin eller avføring16. Imidlertid tyder tyder på at håret er en mye mer effektiv indikator på kronisk stress, i motsetning til de nevnte16. Dette er fordi håret er antatt å innlemme blod-borne hormoner i sin vekstfase; Det er relativt stabilt; og eventuelle kortisol oppdaget i håret reflekterer fysiologisk stress oppleves over perioden av hårvekst, som kan være uker gjennom til måneder16. Videre bør enhver samling av kortisol være ikke-invasiv for å minimere stress forbundet med fangst og håndtering16. Men noe stress opplevde i løpet av denne hendelsen ville ikke påvirke glukokortikoid nivåer i håret16. Det har vært mange studier som utforsker ferdighet av å bruke håret til å måle langsiktige stress i en rekke dyr, og inkluderer studier på reinsdyr, grizzly bjørner, rhesus aper, muskoxen, og brune bjørner17,18, 19 andre priser , 20 priser og , 21. Hair kortisol er vanligvis ekstrahert ved først å vaske prøven for å sikre svette og sebum-avledet kortisol avsatt på overflaten av håret er ikke co-ekstrahert med kortisol og deretter pulverizing prøven i en perle-visp22. Etter vask må prøven tørkes for å sikre fullstendig fordampning22. Til slutt, ved hjelp av et løsemiddel, kan prøven trekkes ut og rekonstituert å lette analysen av kortisol22. Den vanligste løsemiddel som brukes til å trekke ut kortisol fra pels er metanol21,23; Det er imidlertid noen studier som bruker etanol og isopropanol i sine kortisol utvinning teknikker. For eksempel, en studie som brukte etanol var vellykket for utpakking av kortisol fra humant fostervann væske24. I tillegg en studie som brukte isopropanol var vellykket for utpakking av kortisol fra menneskehår og negler25,26. Av denne grunn, denne studien testet alle tre løsningsmidler (metanol, etanol, og isopropanol) for å finne ut hvilke som var mest vellykket for ekstraksjon av kortisol fra prøver av Koala pels.

Det primære målet med denne studien var å bruke dagens teknikker for å validere en optimal hormon utvinning teknikk som skal brukes som en ikke-invasiv måling av kortisol fra Koala pels. Dette ble oppnådd ved å teste tre avsugs løsemidler (metanol, etanol og isopropanol). Vi hypotetisk gjennomsnitt at metanol vil være den optimale løsemiddel som brukes for utpakking av kortisol fra Koala pels fordi det er den anbefalte løsningsmiddel for ekstraksjon av Arbor analysen kortisol kits27.

Protocol

Dette prosjektet ble utført under strenge dyre-og omsorgs retningslinjer. Animal etikk ble gitt av Western Sydney University (A12373). I tillegg en lab risikovurdering og biosafety og stråling form ble presentert og akseptert av Western Sydney University for å trygt gjennomføre denne forskningen (B12366). Merk: Koala pels prøver for dette prosjektet ble innhentet fra Adelaide Koala og Wildlife Hospital, som ligger på 282 Anzac Highway, Plympton South Australia. Fur var tatt fra ettall Ko…

Representative Results

Analysen deteksjon av hormon metabolitter av interesse bestemmes ved hjelp parallellisme. Ved hjelp av en parallellisme kurve bestemmer 50% bindings punktet også prøve fortynningsfaktoren på standardkurven (figur 1). Som vist i parallellisme grafen (figur 1), 100% etanol og 100% isopropanol ekstrakter ikke gi parallell forskyvning mot kortisol standarden. Men 100% metanol ekstrakt gitt parallell forskyvning mot kortisol standarden. Tørkede ekstrakter ble kjørt ryddig gjennom fortynn…

Discussion

Det finnes en rekke studier som bruker en rekke teknikker for å oppdage kortisol i pattedyr pels. Denne studien presenterer resultater for påvisning av kortisol i pels samlet fra en vill Koala eksponert for dagens menneskeskapte stress. Denne banebrytende studien brukte pels for å teste hvilke av de tre brukte løsemidler er best på å utvinne kortisol, et mål på kronisk stress, fra Koala pels. Resultatene viste at 100% metanol var det anbefalte løsningsmidlet for kortisol ekstraksjon i denne type pattedyr pels.</…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet gjennom oppstart forskningsmidler for Edward Narayan gjennom Western Sydney University, School of Science and Health. Forfatterne takker Jack Nakhoul for hjelp med prøven behandling.

Materials

Centrifuge Tubes n/a n/a 1.5 mL
Chrome Steel Beads n/a n/a 3.2 mm x 3
Cortisol Kit Arbor Assays K003-H1W Manufactured in Michigan USA
DetectX Cortisol Enzyme Immunoassay Kit Arbor Assays K003-H5 Used first-time for cortisol testing in koala fur
Ethanol n/a n/a HPLC Grade
Isopropanol n/a n/a HPLC Grade
Methanol n/a n/a HPLC Grade
Micro Pipette n/a n/a n/a
Micro Precision Sieve n/a n/a 0.5 mm
Microplate Reader Bio Radi n/a n/a
Microplate Washer Bio Radi n/a n/a
Orbital Shaker Bio Line n/a n/a
Plastic Weighing Boat n/a n/a n/a
Plate Sealer n/a n/a n/a
Precision Balance n/a n/a n/a
Vortex Mixer Eppendorf n/a n/a

Referências

  1. Sandhu, H. S., Crossman, N. D., Smith, F. P. Ecosystem services and Australian agricultural enterprises. Ecological Economics. 74, 19-26 (2012).
  2. Martinez-Ramos, M., Ortiz-Rodriguez, I. A., Pinero, D., Dirzo, R., Sarukhan, J. Anthropogenic disturbances jeopardize biodiversity conservation within tropical rainforest reserves. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (19), 5323-5328 (2016).
  3. Aukema, J. E., Pricope, N. G., Husak, G. J., Lopez-Carr, D. Biodiversity Areas under Threat: Overlap of Climate Change and Population Pressures on the World’s Biodiversity Priorities. PLoS ONE. 12 (1), 0170615 (2017).
  4. MacDougall, A. S., McCann, K. S., Gellner, G., Turkington, R. Diversity loss with persistent human disturbance increases vulnerability to ecosystem collapse. Nature. 494 (7435), 86-89 (2013).
  5. Hrdina, F., Gordon, G. The Koala and Possum Trade in Queensland, 1906-1936. Australian Zoologist. 32 (4), 543-585 (2004).
  6. Narayan, E. J., Williams, M. Understanding the dynamics of physiological impacts of environmental stressors on Australian marsupials, focus on the koala (Phascolarctos cinereus). BMC Zoology. 1 (1), (2016).
  7. Woinarski, J., Burbidge, A. Phascolarctos cinereus. The IUCN Red List of Threatened Species 2016. , (2016).
  8. Gonzalez-Astudillo, V., Allavena, R., McKinnon, A., Larkin, R., Henning, J. Decline causes of Koalas in South East Queensland, Australia: a 17-year retrospective study of mortality and morbidity. Scientific Reports. 7, 42587 (2017).
  9. Hing, S., Narayan, E. J., Thompson, R. C. A., Godfrey, S. S. The relationship between physiological stress and wildlife disease: consequences for health and conservation. Wildlife Research. 43 (1), 51-60 (2016).
  10. Whirledge, S., Cidlowski, J. Glucocorticoids, stree, and fertility. Minerva Endocrinologica. 35 (2), 109 (2010).
  11. Romero, L. M. Physiological stress in ecology: lessons from biomedical research. Trends in Ecology & Evolution. 19 (5), 249-255 (2004).
  12. McEwen, B. S., Wingfield, J. C. What is in a name? Integrating homeostasis, allostasis and stress. Hormones and Behavior. 57 (2), 105-111 (2010).
  13. Wingfield, J. C. The comparative biology of environmental stress: behavioural endocrinology and in ability to cope with novel, changing environments. Animal Behaviour. 85 (5), 1127-1133 (2013).
  14. Chrousos, G. P. Stress and disorders of the stress system. Nature Reviews Endocrinology. 5 (1), 374-381 (2009).
  15. Narayan, E. J., Webster, K., Nicolson, V., Mucci, A., Hero, J. M. Non-invasive evaluation of physiological stress in an iconic Australian marsupial: the Koala (Phascolarctos cinereus). General and Comparative Endocrinology. 187, 39-47 (2013).
  16. Mastromonaco, G. F., Gunn, K., McCurdy-Adams, H., Edwards, D. B., Schulte-Hostedde, A. I. Validation and use of hair cortisol as a measure of chronic stress in eastern chipmunks (Tamias striatus). Conservation Physiology. 2 (1), 055 (2014).
  17. Ashley, N. T., et al. Glucocorticosteroid concentrations in feces and hair of captive caribou and reindeer following adrenocorticotropic hormone challenge. General and Comparative Endocrinology. 172 (3), 382-391 (2011).
  18. Macbeth, B. J., Cattet, M. R. L., Stenhouse, G. B., Gibeau, M. L., Janz, D. M. Hair cortisol concentration as a noninvasive measure of long-term stress in free-ranging grizzly bears (Ursus arctos): considerations with implications for other wildlife. Canadian Journal of Zoology. 88 (10), 935-949 (2010).
  19. Dettmer, A. M., Novak, M. A., Suomi, S. J., Meyer, J. S. Physiological and behavioral adaptation to relocation stress in differentially reared rhesus monkeys: hair cortisol as a biomarker for anxiety-related responses. Psychoneuroendocrinology. 37 (2), 191-199 (2012).
  20. Di Francesco, J., et al. Qiviut cortisol in muskoxen as a potential tool for informing conservation strategies. Conservation Physiology. 5 (1), 052 (2017).
  21. Cattet, M., et al. Quantifying long-term stress in brown bears with the hair cortisol concentration: a biomarker that may be confounded by rapid changes in response to capture and handling. Conservation Physiology. 2 (1), 026 (2014).
  22. Meyer, J., Novak, M., Hamel, A., Rosenberg, K. Extraction and analysis of cortisol from human and monkey hair. Journal of Visualized Experiments. (83), e50882 (2014).
  23. Carlitz, E. H., et al. Measuring Hair Cortisol Concentrations to Assess the Effect of Anthropogenic Impacts on Wild Chimpanzees (Pan troglodytes). PLoS ONE. 11 (4), 0151870 (2016).
  24. Aderjan, R., Rauh, W., Vecsei, P., Lorenz, U., Ruttgers, H. Determination of cortisol, tetrahydrocortisol, tetrahydrocortisone, corticosterone, and aldosterone in human amniotic fluid. Journal of Steroid Biochemistry. 8 (1), 525-528 (1977).
  25. Nejad, J. G., Ghaseminezhad, M. A Cortisol Study; Facial Hair and Nails. Journal of Steroids & Hormonal Science. 7 (2), 177 (2016).
  26. Palme, R., Touma, C., Arias, N., Dominchin, M., Lepschy, M. Steroid extraction: get the best out of faecal samples. Veterinary Medicine Australia. 7 (2), 1-5 (2013).
  27. Davenport, M. D., Tiefenbacher, S., Lutz, C. K., Novak, M. A., Meyer, J. S. Analysis of endogenous cortisol concentrations in the hair of rhesus macaques. General and Comparative Endocrinology. 147 (3), 255-261 (2006).
  28. Kanse, K. S., Joshi, Y. S., Kumbharkhane, A. C. Molecular interaction study of ethanol in non-polar solute using hydrogen-bonded model. Physics and Chemistry of Liquids. 52 (6), 710-716 (2014).
check_url/pt/59216?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Charalambous, R., Narayan, E. Cortisol Measurement in Koala (Phascolarctos cinereus) Fur. J. Vis. Exp. (150), e59216, doi:10.3791/59216 (2019).

View Video