Zebrafisk er godt egnet til å studere miljøgiftene POPs
Maria Christou konkluderer i sitt doktorgradsarbeid med at zebrafisk er en god modell for å undersøke toksisitet av persistente organiske miljøgifter (POPs), men at det er behov for standardiserte protokoller for slike studier.
Maria Christou
Mobiltelefon: 465 36 585
Foto: Ajay Yadav
Persistente organiske miljøgifter (POPs) er menneskeskapte kjemikalier som finnes i levende organismer og i miljøet de lever i. På grunn av sin persistens og at de oppkonsentreres i næringskjeder, finnes de sjelden alene, men i komplekse blandinger. Forskning viser at eksponering for POPs kan være forbundet med helseskadelige effekter. POPs i blanding vil kunne interagere med hverandre på ulike måter, slik at det ikke er mulig å forutsi hva slags effekter de måtte ha, basert på kunnskap om enkeltstoffer. I tillegg er det slik at mange POPs er fettløselige. Det gjør at man må bruke løsemidler for å anvende dem i eksperimentelle studier. Løsemidler kan i seg selv ha uønskede effekter og i noen tilfeller påvirke resultatene.
Hensikten med Maria Christous avhandling var å vurdere om metodisk tilnærming, blant annet bruk av løsemidler, kan påvirke resultatene i toksikologiske studier knyttet til adferd hos zebrafisk. I tillegg ble zebrafisk brukt som dyremodell for studier av kort- og langsiktige effekter på fysiologiske og adferdsmessige endepunkter etter eksponering med en kompleks blanding av POPs.
Nevrotoksiske effekter av kjemikalier blir ofte undersøkt ved bruk av adferdstester. Zebrafisklarver er, blant annet på grunn av sin størrelse, godt egnet til adferdsstudier. Modellen muliggjør også screening-undersøkelser av flere kjemikalier samtidig. Det er imidlertid slik at forsøksoppsett og metodiske parametre kan påvirke adferd hos zebrafisk. Ved å bruke en såkalt «light-dark transition test», undersøkte Christou og forskningsteamet hvordan ulike konsentrasjoner av vanlige løsningsmidler som dimethyl sulfoksyd (DMSO) og metanol, påvirker basalt bevegelsesmønster. Forsøkene omfattet også effekter knyttet til andre metodiske parametre, herunder bruk av soppmiddel (metylenblått, MB), mediumvolum i brønnene, samt forskjeller mellom ulike stammer av zebrafisk. Forskningsteamet undersøkte også samspilleffekter på adferd mellom DMSO, MB og positive kontroller. DMSO, MB og medievolum økte basalt bevegelsesmønster med henholdsvis økende dose eller volum. Resultatene indikerte at DMSO og MB eller kjemikalier kan ha additive effekter eller samspilleffekter på adferd. Selv om det i utgangspunktet var forskjell i bevegelsesmønster mellom de ulike stammene av zebrafisk, reagerte de på samme måte på løsemidlene og MB. Valg av stamme skulle derfor ikke ha betydning for design av adferdstester basert på zebrafisklarver.
Teamet undersøkte kortsiktige og langsiktige effekter av eksponering med en kompleks blanding av POPs i tillegg til enkeltstoffet PFOS (perfluorooctan sulfonat) på zebrafisklarver og voksne zebrafisk. Blandingen av POPs besto av 29 kjemikalier og var laget for å etterlikne et gjennomsnitt av blodkonsentrasjonen av disse stoffene i den skandinaviske befolkningen. PFOS har forårsaket adferdsendringer i tidligere studier og ble tatt med for å vurdere om effekter av POP-blandingen liknet effekter sett med PFOS.
Zebrafisk-embryo ble eksponert med to konsentrasjoner POP-blanding eller PFOS alene (10x og 70x gjennomsnittlig human blodkonsentrasjon) fra 6 – 96 timer etter befruktning (hpf), og ble etterpå holdt i rent vann inntil voksen alder. Hos larver anendte de adferdstestene «light-dark transition test» og «thigmotaxis test». Transkriptomanalyser ble brukt for å identifisere virkningsmekanismer. Hos voksne fisk undersøkte teamet vekst, svømmeevne og reproduksjon i ulike livsstadier. I tillegg undersøkte de angstadferd hos voksne zebrafisk og gjorde også transkriptomanalyser av hjernen til voksne zebrafisk.
Eksponerte larver viste hyperaktivitet og høyere thigmotaxis 96 hpf. Transkriptomanalyse viste oppregulering av transkripter knyttet til muskelkontraksjon. Videre analyse viste at signalveier knyttet til kalsium var påvirket via ryanodin reseptor (RyR). Adferdsstudier og mekanistiske studier ved bruk av RyR-hemmere støttet disse funnene. Hos voksne førte eksponering med POP-blandingen og PFOS til redusert svømmedyktighet og økt lengde og vekt sammenliknet med kontrollfisk. Det var ikke holdepunkter for at eksponering påvirket verken reproduksjonsevne eller angst- og bevegelsesadferd hos avkom. Transriptomanalyse av hjernevev hos voksne som ble eksponert for PFOS som larver viste oppregulering av signalveier knyttet til kalsium, mitogenaktivert protein kinase (MAPK) og gamma-amminosmørsyre (GABA). Alle disse signalveiene er knyttet til læring og hukommelse.
Christou konkluderer med at resultatene i avhandlingen har bidratt til å øke forståelsen av hvordan ulike metodiske tilnærminger påvirker bevegelsesadferd hos zebrafisklarver. Økt reproduserbarhet i eksperimentelle studier med denne modellen, forutsetter etablering av standardiserte protokoller. Dette vil gjøre det lettere å sammenlikne resultater oppnådd i ulike laboratorier. Zebrafisk viste seg å være en god modell for å undersøke toksisitet knyttet til komplekse POP-blandinger. De fleste effektene viste stor grad av likhet når POP-blandingen ble sammenliknet med PFOS, men det ble også funnet forskjeller, for eksempel i effekter på genekspresjon.
Maria Christou tok sin doktorgrad ved NMBU Veterinærhøgskolen, Institutt for produksjonsdyrmedisin.