Accumulatie en distributie van fluorescerende microplastics in de vroege levensfasen van zebravissen
Summary
Zebravisembryo’s/larven ontwikkelen zich extern en zijn optisch transparant. De bioaccumulatie van microplastics in vissen in vroege levensfasen wordt gemakkelijk beoordeeld met fluorescerend gelabelde microbeads.
Abstract
Als nieuw type milieuverontreinigende stof is microplastic op grote schaal aangetroffen in het aquatisch milieu en vormt het een grote bedreiging voor in het water levende organismen. De bioaccumulatie van microplastics speelt een sleutelrol in hun toxische effecten; als deeltjes verschillen hun bioaccumulaties echter van veel andere verontreinigende stoffen. Hier beschreven is een haalbare methode om de accumulatie en distributie van microplastics in zebravisembryo’s of larven visueel te bepalen met behulp van fluorescerende microplastics. Embryo’s worden gedurende 120 uur blootgesteld aan verschillende concentraties (0,1, 1 en 10 mg/L) fluorescerende microplastics met een diameter van 500 nm. In de resultaten is aangetoond dat microplastics op een concentratieafhankelijke manier kunnen bioaccumuleren in zebravisembryo’s/larven. Vóór het uitkomen wordt sterke fluorescentie gevonden rond het embryonale koraal; terwijl in zebravislarven de dooierzak, het pericard en het maagdarmkanaal de belangrijkste geaccumuleerde locaties van microplastics zijn. De resultaten tonen de opname en internalisering van microplastics in zebravissen in vroege levensfasen aan, wat de basis zal vormen voor een beter begrip van de impact van microplastics op waterdieren.
Introduction
Sinds de eerste synthetiseren in de jaren 1900, kunststoffen worden veel gebruikt op verschillende gebieden, wat resulteert in een snelle groei van de wereldwijde productie1. In 2018 werd wereldwijd ongeveer 360 miljoen ton kunststoffen geproduceerd2. De kunststoffen in de natuurlijke omgeving zullen afbreken tot fijne deeltjes als gevolg van chemische, fysische of biologische processen3. Over het algemeen worden fijne plastic deeltjes <5 mm groot gedefinieerd als microplastics4. Microplastics zijn ook ontworpen voor specifieke toepassingen, zoals microbeads uit cosmetische producten5. Als bijna permanente verontreinigingen worden microplastics opgehoopt in het milieu en hebben ze steeds meer aandacht getrokken van wetenschappers, beleidsmakers en het publiek1,6. Eerdere studies documenteerden dat microplastics nadelige effecten bij vissen kunnen veroorzaken, zoals gastro-intestinale schade7, neurotoxiciteit8, hormoonontregeling9, oxidatieve stress10 en DNA-schade11. De toxiciteit van microplastics is tot nu toe echter niet volledig aangetoond12,13.
Zebravisembryo’s bieden veel experimentele voordelen, waaronder kleine afmetingen, externe bevruchting, optische transparantie en grote koppelingen, en worden beschouwd als een ideaal modelorganisme voor het in vivo bestuderen van de effecten van verontreinigende stoffen op vissen in vroege levensfasen. Bovendien zijn slechts beperkte hoeveelheden teststoffen nodig voor de evaluatie van biologische reacties. Hier worden zebravisembryo’s gedurende 5 dagen blootgesteld aan verschillende concentraties microplastics (0,1, 1, 10 mg/L) en worden de bioaccumulatie en distributie van microplastics in zebravisembryo’s/larven geëvalueerd. Dit resultaat zal ons begrip over de toxiciteit van microplastics voor vissen bevorderen, en de hier beschreven methode kan mogelijk worden gealdaliseerd om de accumulatie en distributie van andere soorten fluorescerende materialen in de vroege levensfasen van zebravissen te bepalen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Volgens het richtsnoer voor de bescherming van dieren die voor wetenschappelijke doeleinden worden gebruikt, zoals EU-richtlijn 2010/63/EU, is toestemming voor dierethiek niet verplicht voor een experiment met vroege levensfasen van zebravissen totdat het stadium van onafhankelijke voeding mogelijk is (5 dagen na bevruchting)17. Beste welzijnspraktijken zijn echter belangrijk voor het optimaliseren van het gebruik van zebravissen, en bijvoorbeeld de humane methoden van anesthesie en euthanasie moe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China (21777145, 22076170) en het Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in 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).
