Varför biologiska tester? Enda sättet att mäta kombinationseffekter

Biologiska metoder, toxicitet, endokrina effekter, mm
Bengt-Erik Bengtsson
Varför biologiska tester?
Enda sättet att mäta
kombinationseffekter
av kända och okända
ämnen i komplexa
blandningar.
EOCl i muskel av abborre
Biologiska Effekter
Ökande:
Standardiserade
enartstester
Modellekosystem eller
mesocosmer
relevans
svårigheter
kostnader
Studier i recipienten
(Fältstudier)
Viktigt för biologiska tester:
Arter:
• Ekologiskt relevant
• Lättodlad på lab.
• Tillgänglig året om
• Känd biologi
• Lämplig storlek
Effektvariabler:
• Ekologiskt betydelsefull
• Kostnadseffektiv
• Standardiserad
• Vetenskapligt sund
• Selektiv
• Hög känslighet
5.4.1.1 Bioluminiscerande bakterier; Vibrio fischeri
Reducerad ljusalstring (EC50) efter 5 och 15 minuter
(Ex.: Microtox, Lumistox)
5.4.1 Korttidstester
Av tradition är en
kombination av
mikroalger, vattenloppor
och fisk de mest
använda korttidstesterna
(72-tim, resp. 48-tim
EC50 samt 96-tim
LC50)
Simulerad näringskedja
Traditionell:
Alternativ:
Rödalgen Ceramium
Nitocra spinipes
Sebrafisk
Rödalgen Ceramium, Rödsläke
Bengt‐Erik Bengtsson@itm
Andmat; Lemna minor
Start: Dag 1
Slut: Dag 7
Endpoint: Tillväxt (7-d EC50)
5.4.1.5 Akut toxicitet för kräftdjur
Daphnia 48-h EC50
Nitocra 48 el. 96-h LC50
Bengtsson ITM, Stockholm University
5.4.1.5 Avläsning av akut toxicitet hos Nitocra spinipes
5.4.1.6 Akut toxicitet för fisk
Sebrafisk (Danio rerio)
5.4.1.6 Försöksdjursetiska aspekter
”De 3 R:n”
(Syfte:minska lidandet för försöksdjur)
•Reduction
•Replacement
•Refinement
5.4.1.6 Fiskembryotester (FET)
Avläsning av fiskembryoutveckling efter 48 tim. som
alternativ till akutester med vuxen fisk.
5.4.2 Subkronisk och kronisk toxicitet
Varför copepoder?
• Representerar viktiga ekologiska nischer
- t ex bottenlevande omsättare av näringsämnen och viktiga bytesdjur för
större arter
• Marina arter används i standardiserade
• tester
• Relativt kort livscykel (2-8 veckor)
• Sexuell fortplantning (till skillnad från
Daphnia)
endpoints kan
omfatta t ex
utveckling och
reproduktion
Options:
Experimental overview for Copepods
Acute
toxicity
Subchronic
exposure
Partial life
cycle test
Chronic
exposure
Life cycle
Long term
exposure
Population
dynamics
Juvenile
development
Reproduction
Genetic
diversity
AFLP
Individual
Growth
Rate
RNA
Hormone levels
Body length
RNA
Offspring
production
5.4.2.1 Livscykeltest för Nitocra
(LDR)
5.4.2.1 Avläsning av långtidstester med Nitocra spinipes
NOEC
70
LOEC
60
*
50
40
50
***
***
40
30
30
20
20
***
10
10
0
0
Control
0.003
0.01
0.03
0.1
0.3
(mg/l)
Musk ketone (mg/l)
NOEC
LOEC
Fig 1. Larvutvecklingskvot,LDR (svarta staplar), som procent copepoditer hos Nitocra
spinipes av totalt antal ungar och larvdödlighet (randiga staplar) efter 8 dagars exponering
för 0.003-0.3 mg/l musk ketone (MK) vid 20  1C. Felstaplar indikerar 95 %
konfidensintervall för medelvärden. Asterisker visar signifikant avvikelse från
kontrollen(*p<0.05, ***p<0.001).
5.8 Recipientundersökningar
Hornsimpa som föroreningsindikator
Ryggradskrökningar
1980`s
Gädda, intressant bifångst…
Missbildade gäddor från Norrsundetrecipienten
Rapport 3498 år 1988
och 3558 (English
version) år 1989
Fiskhälsa i recipienter
5.8 Abborren – en väl beprövad föroreningsindikator
5.8 Fenskador hos abborre
Leverstorlek
Plasmaklorid
EROD-aktivitet
Askorbinsyra
Röda blodkroppar Lymphocyter
Gonadstorlek, GSI
Fiskhälsa i Norrsundetrecipienten 1983-1995
Gonad size
---
--
0
-
0
Liver size
++
+
0
0
0
++
++
+
++
+
+
0
+++
+
0
0
0
++
+
0
0
0
1983
1988
1990
1993
1995
EROD activity
++++ ++
Red blood cells (volume) + + +
Fin erosion
Skeleton deformities
+ = above normal values
0 = normal values
- = below normal values
5.5.1 Endokrina effekter i fisk
Hormon = intercellulär signalsubstans
• Utsöndras från speciella körtlar,
• Transporteras till olika kroppsorgan,
• Ger effekt i speciella organ/vävnader via
bindning till receptorer,
• Effektiva i mycket låga koncentrationer
(”signal”-effekt)
Det endokrina systemet
Signal
Hormon
Körtel/organ
Transportmedium,
t ex blod
Receptor
Effekt
Vävnad/organ
5.5.1 ”Hormonstörande ämne”
Definition:
Substans eller blandning som försämrar
hälsan i en intakt organism eller dess
avkomma genom att störa det endokrina
systemet
1985:USA
Effekt av avlopp från massaindustri på
Mosquitofish Gambusia holbrooki
Gonopodium
(Howell et al. 1980; Denton et al. 1985)
Storspigg
Ett kommande alternativ
till sebrafisk med högre
relevans för vår bräckta
och marina miljö
5.5.1.2 Experimentuppställning för att studera
hormonella störningar hos fisk
5.5.1.1 Markörer för endokrina effekter i
transgena jästceller
– YAS (androgen)
– YES (östrogen)
5.5.1.2 Markörer för endokrina effekter i fisk
– Intersex/könsbyte
– Spiggin (androgen)
– Vitellogenin (oestrogen)
– Könskvot hos avkomma
Gonad-histologi: Normal testikel
Gonad-histologi: Normalt ovarium
Gonad-histologi: Intersex
Tånglake har använts för att påvisa androgena effekter
i anslutning till Mönsterås bruk
Sexuell utveckling hos Vitmärla,
Monoporeia affinis
Hanar
Honor
Missbildning av ägg och embryon hos vitmärla
ExposMeter, passiv provtagare för lipofila ämnen
ExposMeter efter 35 dagar i sjövatten