Embryonální model s Danio rerio pro sledování významných mikropolutantů v životním prostředí

Bc. Marek Pípal

Master's thesis

Danio rerio embryo model for evaluation of important micropollutants in the environment

Abstract:

Danio pruhované (Danio rerio) je široce využívaným modelovým organismem ze skupiny ryb a čím dál tím více se uplatňuje i v toxikologii a ekotoxikologii především v embryonálním testu toxicity. Ten vyhovuje současnému trendu eliminace experimentů na dospělých zvířatech, a zároveň umožňuje hodnotit více parametrů než pouze tradiční mortalitu a získat tak více informací o dané látce, než standardní testy s dospělými rybami. To je v současnosti velice žádané, vzhledem k množství produkovaných chemických látek, které se dostávají do prostředí a potřebě testovat jejich účinky na organismy, které by jimi mohly být vystaveny. Tato práce se zabývá problematikou léčiv, které představují v současnosti nejvíce sledované mikropolutanty znečišťující životní prostředí. Léčiva jako látky s biologickou funkcí představují riziko pro vodní organismy a je vyvíjena snaha tato rizika popsat. V tomto směru je embryonální model s Danio rerio velmi nadějnou volbou pro studium vlivu mikropolutantů na vodní organismy. V této práci bylo studováno osm léčiv, jejichž přítomnost v prostředí byla změřena a z různých důvodů by mohly představovat riziko. Zvolená léčiva karbamazepin, diklofenak, ibuprofen, paracetamol, klofibrová kyselina, sulfamethoxazol, ciprofloxacin a hydrochlorothiazid byla použita v testu akutní toxicity na embryích Danio rerio. Standardní akutní test byl rozšířen o pozorování moderních a citlivých parametrů, jako kardiotoxicita, neurotoxicita a délka embryí, které významně rozšiřují informační přínos testu. U čtyř z osmi vybraných látek, konkrétně paracetamolu, klofibrové kyseliny, ciprofloxacinu a hydrochlorothiazidu, nebyl pozorován žádný efekt ani při limitní maximální koncentraci 100 mg/L. U zbylých čtyř látek, karbamazepinu, diklofenaku, ibuprofenu a sulfamethoxazolu, byl proveden test závislosti odpovědi na dávce a ze zjištěných dat byly pro každou látku určeny hodnoty LC50 a LC10 pro mortalitu, EC50 a EC10 pro subletální efekty a hodnoty LOEC a NOEC pro všechny pozorované parametry. Jako nejvíce toxický se projevil diklofenak s EC50 2,3 mg/L, následovaný ibuprofenem s EC50 14,9 mg/L. Při sledování rozšířených parametrů byla nejcitlivější délka embryí významně redukovaná pro diklofenak, ibuprofen, a karbamazepine s LOEC 0,4; 6,25 a 25 mg/L.

Abstract:

Danio rerio is fish model organism widely used in various fields of science and its importance and use in toxicology and ecotoxicology is rising, especially in form of Fish Embryo Toxicity (FET) test. FET test is considered as an alternative to the animal test performed with adult specimens. It allows evaluation of additional parameters and increase efficiency compared to test on adults, where only mortality and behavior is observed. Nowadays efficiency is a demanded factor, because of the amount of chemical substances present in the environment that need to be screened for their potential influence on organisms. This study is focused on pharmaceuticals, which are currently the most monitored micropolutants in the environment. Pharmaceuticals as compounds with intentional biological activity are potential threat to aquatic organisms, so the risk need to be assessed. For that purpose FET test with Danio rerio seems to be exceptionally suitable. In the presented work eight pharmaceutical compounds were studied, which presence in the environment was detected and may present some kind of threat. Studied pharmaceuticals carbamazepine, diclofenac, ibuprofen, paracetamol, clofibric acid, sulfamethoxazole, ciprofloxacin and hydrochlorothiazid were used in fish embryo toxicity test with Danio rerio. Standard test procedure was modified and extended to evaluation of modern and sensitive endpoints, such as cardiotoxicity, neurotoxicity and embryo length, which substantially increase informations from the test. Four compounds, paracetamol, clofibric acid, ciprofloxacin and hydrochlorothiazid showed no effect even at limit maximal concentration 100 mg/L. The rest of compounds, carbamazepine, diclofenac, ibuprofen and sulfamethoxazole, were additionally tested in dose-response manner and LC50 and LC10 for mortality, EC50 and EC10 for sublethal malformations and NOEC and LOEC for all observed parameters were evaluated. Diclofenac and ibuprofen were the most toxic compounds, with EC50 of 2.3 mg/L and 14.9 mg/L, respectively. Among the additional parameters the embryo length was the most sensitive for diclofenac, ibuprofen and carbamazepine with LOEC values of 0.4, 6.25 and 25 mg/L respectively.

Keywords

Danio rerio, akutní embryonální test toxicity, léčiva, ekotoxicita, fish embryo toxicity test, pharmaceuticals, ecotoxicity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 6. 6. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology