Syntéza metalothioneinů v organizmu volně žijících drobných zemních savců v závislosti na míře kontaminace prostředí rizikovými prvky

Ing. Daniela Křivská

Doctoral thesis

Metallothionein synthesis in wild small mammals and its relation on the level of environment contamination by risk elements

Abstract:

Kontaminace životního prostředí rizikovými prvky je velmi vážným současným problémem, který neustále narůstá. Působením toxických prvků může v živých organizmech vznikat celá řada poruch metabolizmu, patologických změn a dalších onemocnění. Metalothioneiny (MT) jsou považovány za možný biomarker znečištění životního prostředí a jeho působení na živočichy kteří v něm žijí. Pro stanovení míry syntézy těchto proteinů bylo potřeba posoudit stabilitu MT během odchytu modelových zvířat a manipulace se vzorky jejich tkání, před vlastním stanovením koncentrace MT v laboratorních podmínkách. Bylo testováno pět pre-analyzačních metod a následně byly vzorky tkání analyzovány pomocí diferenční pulzní voltametrie a modifikované Brdičkovi reakce. Výsledky ukazují, že lyofilizace neovlivňuje koncentraci, a tedy stabilitu MT ve tkáních. Simulace extrémních podmínek možných v terénu, měla za následek výrazně nižší koncentraci MT ve tkáni ve srovnání s podmínkami laboratorními. Degradace molekuly MT byla navíc patrná i na voltametrickém záznamu a takovéto vzorky jsou nevhodné k vyhodnocení. Na základě těchto výsledků byla vytvořena optimalizovaná metoda manipulace se vzorky pro analýzu MT v terénních podmínkách. Dále byla zkoumána akumulace rizikových prvků a míra syntézy MT ve tkáních modelových organizmů, volně žijících drobných zemních savců odchycených na kontaminovaných a kontrolních lokalitách v oblasti Příbramska, v závislosti na míře kontaminace prostředí a jejich potravinových preferencích. Odchycená zvířata byla rozdělena do 3 ekologických skupin (herbivoři, omnivoři a karnivoři). Nejvyšší koncentrace akumulovaných prvků byla naměřena u karnivorů, nižší u omnivorů a nejnižší u herbivorů. U některých prvků byl pozorován vliv nejen ekologické skupiny, ale i lokality odchytu (míry kontaminace), hmotnosti (rsp. věku) a pohlaví jedince na jejich akumulaci v orgánech. Byla zjištěna také rozdílná distribuce prvků mezi jednotlivými orgány v závislosti na ekologické skupině. Míra syntézy MT byla ovlivněna tělesnou hmotností a ekologickou skupinou, přičemž byl pozorován stejný trend: karnivoři > omnivoři > herbivoři, ale ne s tak výraznými rozdíly jako v případě rizikových prvků. Při monitoringu kontaminace životního prostředí je tedy velmi důležité vzít v potaz výběr cílového orgánu a také modelového organizmu/druhu s určitými dietními strategiemi.

Abstract:

Environmental pollution by toxic elements is a very serious current problem that is constantly growing. Toxic elements can cause a wide range of metabolic disorders, pathological changes and other diseases in living organisms. Metallothioneins (MT) are considered as a possible biomarker of environmental pollution and its effects on animals living in it. To determine the rate of synthesis of these proteins, it was necessary to assess the stability of MT during the capture of model animals and the handling of their tissue samples before determining the MT concentration under laboratory conditions. Five pre-analysis methods were tested and subsequently, tissue samples were analyzed using differential pulse voltammetry and modified Brdička reaction. The results show that freeze-drying does not affect the concentration and therefore the stability of MT in tissues. Simulation of extreme conditions possible in the field resulted in a significantly lower concentration of MT in the tissues compared to laboratory conditions. In addition, degradation of the MT molecule was also evident in the voltammetric record and such samples are unsuitable for evaluation. Based on these results, an optimized method of sample handling for MT analysis under field conditions was developed. Furthermore, the accumulation of risk elements and the rate of MT synthesis in tissues of model organisms, wild small mammals caught in contaminated and control sites in the Příbramsko region were investigated, depending on the level of environmental contamination and their food preferences. The captured animals were divided into three ecological groups (herbivores, omnivores and carnivores). The highest concentration of accumulated elements was measured in carnivores, lower in omnivores and lowest in herbivores. For some elements, the effect of the ecological group, locality (contamination rate), weight (rsp. age) and sex of the captured individuals on the accumulation of elements in organs was observed. Differences in the distribution of elements between different organs were also found, depending on the ecological group. The rate of MT synthesis was influenced by body weight and ecological group, and the same trend was observed: carnivores> omnivores> herbivores, but not with as significant differences as in the case of the risk elements. In the monitoring of environmental pollution, the option of species with certain dietary strategies and the target organ is very important.

Keywords

metalothionein, Brdičkova reakce, biomonitoring, drobní zemní savci

Keywords

metallothionein, Brdička reaction, biomonitoring, small terrestrial mammals

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 8. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Iva Langrová, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme / field:
Animal Science / General Animal Science