Yumurta Kabuğu Olmadan Kuluçka yaparak Mikroplastiklerin Kuş Embriyosu Gelişimine Ekotoksikolojik Etkileri
Summary
Bu makale, mikroplastikler gibi parçacık kirleticilerin toksikolojik çalışmaları için yumurta kabuğu kullanmadan bir kuluçka yöntemi sunun.
Abstract
Mikroplastikler, hayvan doku ve organlarındaki alım ve translokasyon nedeniyle hayvanlar için büyük bir sağlık tehdidi oluşturan gelişmekte olan küresel bir kirletici türüdir. Mikroplastiklerin kuş embriyolarının gelişimi üzerindeki ekotoksikolojik etkileri bilinmemektedir. Kuş yumurtası tam bir gelişim ve beslenme sistemidir ve tüm embriyo gelişimi yumurta kabuğunda gerçekleşir. Bu nedenle, mikroplastikler gibi kirleticilerin stresi altında kuş embriyosu gelişiminin doğrudan bir kaydı, geleneksel kuluçkadaki opak yumurta kabuğu ile oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada mikroplastiklerin bıldırcın embriyo gelişimi üzerindeki etkileri yumurta kabuğu olmadan yumurtadan çıkarak görsel olarak izlendi. Ana adımlar döllenmiş yumurtaların temizlenmesi ve dezenfeksiyonu, maruz kalmadan önce inkübasyon, maruziyet sonrası kısa süreli inkübasyon ve numune ekstraksiyonu içerir. Sonuçlar, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, mikroplastiklere maruz kalan grubun ıslak ağırlığı ve vücut uzunluğunun istatistiksel bir fark gösterdiğini ve maruz kalan tüm grubun karaciğer oranının önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Ek olarak, inkübasyonu etkileyen dış faktörleri değerlendirdik: sıcaklık, nem, yumurta dönüş açısı ve diğer koşullar. Bu deneysel yöntem, mikroplastiklerin ekotoksikolojisi hakkında değerli bilgiler ve kirleticilerin embriyoların gelişimi üzerindeki olumsuz etkilerini incelemenin yeni bir yolunu sağlar.
Introduction
Plastik atık üretimi 2015 yılında yaklaşık 6300 Mt idi, bunların onda biri geri dönüştürüldü ve geri kalanı yakıldı veya yeraltına gömüldü. 2050 1’e kadar yaklaşık 12.000 Mt plastikatığın yeraltına gömüleceği tahmin edilmektedir. Uluslararası toplumun plastik atıklara dikkat etmesiyle Thompson, mikroplastik kavramını ilk olarak 2004 yılında öneren2. Mikroplastikler (milletvekilleri), parçacık çapı 5 mm’den az olan küçük parçacık plastiklerini ifade eder. Şu anda, araştırmacılar çeşitli kıtaların kıyı şeridinde, Atlantik Adaları’nda, iç göllerde, Kuzey Kutbu’nda ve derin deniz habitatlarında 3 ,4,5,6,7’demilletvekillerinin her yerde bulunduğunu tespit etmişlerdir. Bu nedenle, daha fazla araştırmacı milletvekillerinin çevresel tehlikelerini incelemeye başladı.
Organizmalar çevredeki milletvekillerini yutabilir. Milletvekilleri dünya çapında 233 deniz organizmasının sindirim sisteminde bulundu (%100 kaplumbağa türleri, %36 fok türleri, %59 balina türleri, %59 deniz kuşu türleri, 92 çeşit deniz balığı ve 6 çeşit omurgasız dahil)8. Dahası, milletvekilleri organizmaların sindirim sistemini engelleyebilir, birikebilir ve bobies9 ‘larındagöç edebilir. Milletvekillerinin besin zinciri üzerinden transfer edilebildiği ve alımlarının habitat, büyüme aşaması, beslenme alışkanlıkları ve besin kaynaklarının değişmesiyle farklılık gösterir10. Bazı araştırmacılar, deniz kuşlarının dışkısında milletvekillerinin varlığını bildirdi11Deniz kuşlarının milletvekillerinin taşıyıcısı olarak hareket ettiği anlamına gelir. Buna ek olarak, milletvekillerinin yutulması bazı organizmaların sağlığını etkileyebilir. Örneğin, milletvekilleri gastrointestinal sisteme dolanabilir, böylece cetaceanların mortalitesini arttırabilir12.
Milletvekilleri tek başına organizmalar üzerinde toksik etkilerin yanı sıra diğer kirleticilere sahip organizmalar üzerinde de eklem toksik etkilerine sahiptir. Çevre ile ilgili plastik döküntü konsantrasyonlarının yutulması yetişkin balıkların endokrin sistem işlevini bozabilir13. Mikroplastiklerin büyüklüğü organizmalar tarafından alım ve birikimlerini etkileyen önemli faktörlerden biridir14,15. Küçük boyutlu plastikler, özellikle nanosize plastikler, yüksek toksisiteye sahip hücreler ve organizmalarla etkileşime eğilimlidir16,17,18,19. Nano parçacık boyutundaki mikroplastiklerin organizmalar üzerindeki zararlı etkileri mevcut araştırma seviyesini aşsa da, mikroplastiklerin, özellikle ortamdaki mikrokomron/nano plastikler olmak üzere birkaç mikrometreden daha küçük boyutlarda tespit edilmesi ve nicelleştirilmesi hala büyük bir zorluktur. Ek olarak, nano plastiklerin embriyolar üzerinde de bazı etkileri vardır. Polistiren protein ve gen profillerini düzenleyerek deniz kestanesi embriyolarının gelişimine zarar verebilir20.
Milletvekillerinin organizmalar üzerindeki potansiyel etkilerini araştırmak için bu çalışmayı yürüttük. Kuş embriyoları ve insan embriyoları arasındaki benzerlik nedeniyle, genellikle anjiogenez ve anangiogenez, doku mühendisliği, biyomalzeme implantı ve beyin tümörleri dahil olmak üzere gelişimsel biyoloji araştırma21’dekullanılırlar 22,23,24. Kuş embriyoları düşük maliyetli, kısa kültür döngüsü ve kolay kullanım avantajlarına sahiptir25,26. Bu nedenle bu çalışmada deney hayvanı olarak kısa büyüme döngüsüne sahip bıldırcın embriyolarını seçtik. Aynı zamanda, embriyonik gelişim aşamasında milletvekillerine maruz kalan bıldırcın embriyolarının morfolojik değişimlerini yumurta kabuğu içermeyen bir kuluçka teknolojisi kullanarak doğrudan gözlemleyebiliyoruz. Kullanılan deneysel malzemeler polipropilen (PP) ve polistiren (PS) olarak kullanılmıştır. PP ve PS27 dünya çapında çökeltilerde ve su kütlelerinde elde edilen polimer türlerinin en büyük oranını oluşturduğundan, yakalanan deniz organizmalarından çıkarılan en yaygın polimer türleri etilen ve propilen28’dir. Bu deneysel protokol, milletvekillerinin milletvekillerine maruz kalan bıldırcın embriyoları üzerindeki toksikolojik etkilerinin görsel olarak değerlendirilmesi için tüm süreci açıklar. Diğer kirleticilerin toksisitesini diğer yumurtaparöz hayvanların embriyo gelişimine incelemek için bu yöntemi kolayca genişletebiliriz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makale, temel gelişim indekslerini tespit ederek bıldırcın embriyo gelişimini değerlendirmek için etkili bir deneysel şema sunmaktadır. Ancak, bu denemede hala bazı sınırlamalar vardır.
İlk olarak, bıldırcın embriyolarının kuluçkanın sonraki aşamasında mortalitesi kabuksuz kuluçka nedeniyle daha yüksektir. Deneysel süreçte normal protein oranının yok edilmesi gibi yapay olarak kontrol edilemeyen faktörler vardır. Deneyin doğruluğunu sağlamak için embriyol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Sincan Uygur Özerk Bölgesi’ndeki Önemli Araştırma ve Geliştirme projeleri (2017B03014, 2017B03014-1, 2017B03014-2, 2017B03014-3) tarafından desteklendi.
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).
