Effets écotoxicologiques des microplastiques sur le développement des embryons d’oiseaux par éclosion sans coquille d’œuf
Summary
Cet article présente une méthode d’éclosion sans utiliser de coquille d’œuf pour les études toxicologiques des polluants particulaires tels que les microplastiques.
Abstract
Les microplastiques sont un type de polluant mondial émergent qui représente une grande menace pour la santé des animaux en raison de leur absorption et de leur translocation dans les tissus et organes animaux. Les effets écotoxicologiques des microplastiques sur le développement des embryons d’oiseaux ne sont pas connus. L’œuf d’oiseau est un système complet de développement et de nutrition, et tout le développement de l’embryon se produit dans la coquille de l’œuf. Par conséquent, un enregistrement direct du développement d’embryons d’oiseaux sous le stress de polluants tels que les microplastiques est fortement limité par la coquille d’œuf opaque dans l’éclosion traditionnelle. Dans cette étude, les effets des microplastiques sur le développement des embryons de caille ont été surveillés visuellement par éclosion sans coquille d’œuf. Les principales étapes comprennent le nettoyage et la désinfection des œufs fécondés, l’incubation avant l’exposition, l’incubation à court terme après l’exposition et l’extraction de l’échantillon. Les résultats montrent que par rapport au groupe témoin, le poids humide et la longueur du corps du groupe exposé aux microplastiques présentaient une différence statistique et la proportion hépatique de l’ensemble du groupe exposé augmentait considérablement. De plus, nous avons évalué les facteurs externes qui affectent l’incubation : température, humidité, angle de rotation des œufs et autres conditions. Cette méthode expérimentale fournit des informations précieuses sur l’écotoxicologie des microplastiques et une nouvelle façon d’étudier les effets nocifs des polluants sur le développement des embryons.
Introduction
La production de déchets plastiques était d’environ 6300 Mt en 2015, dont un dixième a été recyclé, et le reste a été brûlé ou enterré sous terre. On estime qu’environ 12 000 Mt de déchets plastiques seraient enfouis sous terre d’ici 20501. Avec l’attention de la communauté internationale sur les déchets plastiques, Thompson a proposé pour la première fois le concept de microplastiques en 20042. Les microplastiques (MPs) désignent les plastiques à petites particules d’un diamètre de particules inférieur à 5 mm. À l’heure actuelle, les chercheurs ont détecté la présence omniprésente de députés sur le littoral de divers continents, les îles de l’Atlantique, les lacs intérieurs, l’Arctique et les habitats des grands fonds3,4,5,6,7. Par conséquent, de plus en plus de chercheurs ont commencé à étudier les dangers environnementaux des députés.
Des organismes pourraient ingérer des députés dans l’environnement. Des MPs ont été trouvés dans le tube digestif de 233 organismes marins dans le monde entier (y compris 100% d’espèces de tortues, 36% d’espèces de phoques, 59% d’espèces de baleines, 59% d’espèces d’oiseaux de mer, 92 types de poissons de mer et 6 types d’invertébrés)8. De plus, les députés peuvent bloquer le système digestif des organismes, s’accumuler et migrer dans leurs bobies9. Il a été constaté que les députés peuvent être transférés via la chaîne alimentaire et que leur apport diffère en termes de changements dans l’habitat, le stade de croissance, les habitudes alimentaires et les sources de nourriture10. Certains chercheurs ont signalé l’existence de députés dans les excréments d’oiseaux de mer11, ce qui signifie que les oiseaux de mer agissent comme porteurs de députés. De plus, l’ingestion de MPs peut affecter la santé de certains organismes. Par exemple, les députés peuvent être empêtrés dans le tractus gastro-intestinal, augmentant ainsi la mortalité des cétacés12.
Les parlementaires à eux seuls ont des effets toxiques sur les organismes ainsi que des effets toxiques conjoints sur les organismes ayant d’autres polluants. L’ingestion de concentrations de débris plastiques dans l’environnement peut perturber le fonctionnement du système endocrinien des poissons adultes13. La taille des microplastiques est l’un des facteurs importants qui affectent leur absorption et leur accumulation par les organismes14,15. Les plastiques de petite taille, en particulier les plastiques de taille nanométrique, sont sujets à l’interaction avec des cellules et des organismes à haute toxicité16,17,18,19. Bien que les effets nocifs des microplastiques de taille nanoparticulale sur les organismes dépassent le niveau de recherche actuel, la détection et la quantification des microplastiques de taille inférieure à plusieurs micromètres, en particulier les submicron/nanoplastiques dans l’environnement, reste un grand défi. En outre, les nanoplastiques ont également des effets sur les embryons. Le polystyrène peut nuire au développement des embryons d’oursins en régulant les profils protéiques etgénétiques 20.
Afin d’explorer l’impact potentiel des députés sur les organismes, nous avons mené cette étude. En raison de la similitude entre les embryons d’oiseaux et les embryons humains, ils sont généralement utilisés dans la recherche en biologie du développement21, y compris l’angiogenèse et l’antiangiogenèse, l’ingénierie tissulaire, l’implant de biomatériaux et les tumeurs cérébrales22,23,24. Les embryons d’oiseaux ont les avantages d’un faible coût, d’un cycle de culture court et d’une utilisation facile25,26. Par conséquent, nous avons choisi des embryons de caille avec un cycle de croissance court comme animal expérimental dans cette étude. Simultanément, nous pouvons observer directement les changements morphologiques des embryons de cailles exposés aux députés au cours de la phase de développement embryonnaire à l’aide d’une technologie d’éclosion sans coquille d’œuf. Les matériaux expérimentaux utilisés étaient le polypropylène (PP) et le polystyrène (PS). Étant donné que le PP et le PS27 représentent la plus grande proportion des types de polymères obtenus dans les sédiments et les plans d’eau dans le monde entier, les types de polymères les plus courants extraits des organismes marins capturés sont l’éthylène et le propylène28. Ce protocole expérimental décrit l’ensemble du processus d’évaluation visuelle des effets toxicologiques des MPs sur les embryons de caille exposés aux MPs. Nous pouvons facilement étendre cette méthode pour examiner la toxicité d’autres polluants pour le développement embryonnaire d’autres animaux ovipares.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cet article fournit un schéma expérimental efficace pour évaluer le développement de l’embryon de caille en détectant les indices de développement de base. Cependant, il y a encore quelques limites à cette expérience.
Tout d’abord, la mortalité des embryons de cailles au stade avancé de l’éclosion est plus élevée en raison de l’éclosion sans coquille. Il existe des facteurs artificiellement incontrôlables tels que la destruction du rapport protéique normal dans le proc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par des projets clés de recherche et développement dans la région autonome ouïgour du Xinjiang (2017B03014, 2017B03014-1, 2017B03014-2, 2017B03014-3).
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 |
References
- 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).
