Оценка нейротоксичности у взрослых Danio rerio с использованием батареи поведенческих тестов в одном аквариуме

Рыбка данио-рерио (Danio rerio) является популярным модельным видом позвоночных для экотоксикологии, разработки лекарств и фармакологических исследований безопасности. Его низкая стоимость, хорошо зарекомендовавший себя молекулярно-генетический инструментарий и сохранение ключевых физиологических процессов, участвующих в морфогенезе и поддержании нервной системы, делают рыбку данио-рерио идеальной животной моделью для исследований в области нейробиологии, включая нейроповеденческую токсикологию ^1,2. Основной конечной точкой для оценки нейротоксичности химического вещества до недавнего времени было наличие невропатологических эффектов. Однако в последнее время поведенческие конечные точки были включены в протоколы нейротоксикологического скрининга, и эти функциональные исходы в настоящее время широко используются для выявления и определения потенциальной нейротоксичности химических веществ ^3,4. Более того, поведенческие конечные точки очень важны с экологической точки зрения, поскольку даже очень незначительные изменения в поведении рыб могут поставить под угрозу выживание животного в естественных^{условиях.}

Одним из наиболее часто используемых поведенческих тестов в исследованиях взрослых рыбок данио является новый резервуарный тест (NTT), который измеряет тревожное поведение ^6,7. В этом анализе рыбы подвергаются воздействию новизны (рыбы помещаются в незнакомый аквариум), мягкого аверсивного раздражителя и наблюдаются их поведенческие реакции. НТТ используется в основном для оценки базальной локомоторной активности, геотаксиса, замерзания и беспорядочных движений рыб. Неустойчивая⁸ характеризуется резкими изменениями направления (зигзагами) и повторяющимися эпизодами ускорений (рывок). Это тревожная реакция, которая обычно наблюдается до или после эпизодов замерзания. Поведение замерзания соответствует полному прекращению движений рыбы (за исключением оперкулярных и глазных движений) во время нахождения на дне аквариума, в отличие от неподвижности, вызванной седацией, которая вызывает гиполокомоцию, акинезию и погружение⁸. Замерзание обычно связано с высоким уровнем стресса и тревоги, а также является частью покорного поведения. Сложное поведение является отличным индикатором состояния беспокойства животных. Было^{показано, что} НТТ чувствительна к фармакологическим и генетическим манипуляциям, что делает ее ценным инструментом для изучения нейронной основы тревоги и связанных с ней расстройств.

Рыбки данио-рерио являются очень социальным видом, поэтому мы можем измерить широкий спектр социального поведения. Тест на мелководье (ST) и тест социальных предпочтений (SPT) являются наиболее часто используемыми тестами для оценки социального поведения¹⁰. ST измеряет склонность рыб группироваться^{вместе 11} путем количественной оценки их пространственного поведения и моделей движения. ST полезен для изучения групповой динамики, лидерства, социального обучения и понимания социального поведения многих видов рыб¹². SPT у взрослых рыбок данио-рерио был адаптирован из теста Кроули на социальную новизну для мышей¹³ и быстро стал популярным поведенческим тестом для изучения социального взаимодействия у этого модельного^вида. Эти два теста также были адаптированы для использования в скрининговых тестах на наркотики и показали перспективность для выявления новых соединений, которые модулируют социальное поведение^15,16.

В целом, поведенческие анализы у взрослых рыбок данио-рерио являются мощными инструментами, которые могут предоставить ценную информацию о механизмах поведения или нейрофенотипах активных соединений^и злоупотребляемых наркотиков. В этом протоколе подробно описывается, как реализовать эти поведенческие инструменты⁷ с базовыми материальными ресурсами и как применять их в анализах токсичности для характеристики эффектов широкого спектра нейроактивных соединений. Кроме того, мы увидим, что те же самые тесты могут быть применены для оценки нейроповеденческих эффектов острого воздействия нейроактивного соединения (метамфетамина), а также для характеристики этих эффектов после хронического воздействия концентраций пестицида (глифосата) в окружающей среде.