Efekt xenobiotik na DNA integritu a fyziologii rybích spermií

Bc. Pavla LINHARTOVÁ

Master's thesis

The effect of xenobiotics on DNA integrity and physiology of fish spermatozoa

Abstract:

Pollution of the aquatic environment with xenobiotics has become a serious health concern in recent years. In the present study the effect of DQ, TBBPA, BPA and VIN on sperm quality parameters, DNA integrity and oxidative stress indices in sterlet (Acipenser ruthenus) sperm and sperm from brook trout (Salvenilus fontinalis) were investigated. To do this, an in vitro spermatozoa motility assay was used by a computer-aided Motion-Analysis system. The sperm of sterlet (Acipenser ruthenus) was diluted to obtain the spermatozoa density of 5×108 cells×ml?1 and then exposed for 2 h to final concentrations of xenobiotics: DQ - 25, 50, 100 and 150 ?M, TBBPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5, 7.5 and 10 ?g/l, BPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5 and 10 ?g/l and Vin - 0.5, 1.75, 2.5, 5 and 10 ?g/l. Spermatozoa velocity and percentage of motile sperm were significantly decreased at each time post-activation compare to control. The level of DNA damage expressed as a % DNA in Tail and Olive Tail moment significantly increased when spermatozoa were exposed to higher concentrations of xenobiotics. The level of oxidative stress indices lipid peroxidation (LPO) and carbonyl derivatives of proteins (CP) and antioxidant activity of superoxide dismutase (SOD) increased significantly with increasing concentration of xenobiotics. On the other hand the intracellular ATP content in sperm samples had a significantly decreasing effect. In short, xenobiotics can induce reactive oxygen species (ROS) stress in fish spermatozoa, which could impair the sperm DNA integrity, quality and antioxidant defense system. The present study confirms that environmental concentrations of xenobiotics are capable to induce oxidative stress, leading to impaired sperm quality, DNA fragmentation and intracellular ATP content Obtained results also suggested that the use of fish spermatozoa in vitro assays may provide a novel and efficiently means for monitoring residual pharmaceutical in aquatic environment.

Abstract:

Znečištění vodního prostředí xenobiotiky se stává v posledních letech závážným problémem. V mé studii byl zkoumán účinek těchto xenobiotik: DQ, TBBPA, BPA a VIN a byly sledovány parametry kvality spermatu, DNA integrita a indexy oxidativního stresu u spermií jesetera malého (Acipenser ruthenus) a sivena amerického (Salvenilus fontinalis). Pro sledování in vitro testu pro motilitu spermií, byl použit systém Motion- Analysa podporovaný počítačem. Spermie ryb byly zředěny tak, abych získala hustotu buněk 5 x 108 × ml-1, dále byla přidána xenobiotika o konečné koncentraci: DQ - 25, 50, 100 a 150 ?M, TBBPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5 a 10 ?g/l, BPA - 0.5, 1.75, 2.5, 5 a 10 ?g/l a VIN - 0.5, 1.75, 2.5, 5 a 10 ?g/l a takto upravené vzorky byly ponechány v klidu po dobu 2 hodin při pokojové teplotě. Rychlost spermií a procento pohyblivých spermií byly významně sníženy se stoupajicí koncentrací xenobiotik v porovnání s kontrolou. Úroveň poškození DNA vyjádřené jako % DNA v ocásku a Olive Tail moment byly výrazně zvýšeny, když byly spermie vystaveny vyšším koncentracím xenobiotik. Úroveň oxidativního stres indexu lipidové peroxidace (LPO), karbonylových derivátů proteinů (CP) a antioxidační aktivity superoxid dismutázy (SOD) byl výrazně zvýšen s rostoucí koncentrací xenobiotik. Na druhé straně vnitrobuněčný obsah ATP ve vzorcích značně poklesl. Stručně řečeno, xenobiotika mohou vyvolat reaktivní formy kyslíku (ROS), které způsobí napětí v rybích spermiích a mohlo by to ohrozit integritu DNA ve spermatu, dále kvalituspermatu a antioxidační obranný systém spermií. Tato studie potvrzuje, že koncentrace xenobiotik vyskytujících se v přírodě, jsou schopné vyvolat oxidativní stres, což vede k poškození kvality spermií, fragmentaci DNA a ke snížení obsahu vnitrobuněčného ATP. Mé výsledky také naznačují, že sledování rybích spermií in vitro by mohla poskytnout efektivní data, která by sledovala hladinu zbytkových farmaceutických přípravků ve vodním prostředí.

Keywords

xenobiotika, BPA (bisphenol A), TBBPA (tetrabrombisphenol A), DQ (duroquinone), VIN (vinclozolin), jeseter malý (Acipenser ruthenus), siven americký (Salvenilus fontinalis), spermie, Commet assay, stres (TBARS, CP, SOD), měření ATP, motilita a velocita spermií.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2013

Accessible from:: 3. 5. 2013

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Vojtěch Kašpar, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Master programme / field:
Zootechnics / Fishery