DANIO RERIO (ZEBRAFISH) AS A MODEL FOR RADIOBIOLOGICAL RESEARCH



Cite item

Full Text

Abstract

Objective: to estimate the possibility of using Danio rerio (Zebrafish) as a test system for assessing the effects of ionizing radiation using an erythrocyte micronuclei test.

Materials and methods: 6 groups of fish (n = 120) were exposed to X-rays in doses of 0, 10, 20, 30, 40, 50 Gy to calculate semi-lethal dose (LD50 / 30). 9 groups of fish (n = 27) were exposed to X-ray at doses of 0 Gy (control), 0.5 Gy, 1.0 Gy, 1.5 Gy, 2.0 Gy, 3.0 Gy, 4.0 Gy, 6,0 Gy, 8.0 Gy for constructing a dose-dependent curve of the occurrence of micronuclei in peripheral blood red blood cells.

Results: the semi-lethal dose (LD50 / 30) for Danio rerio was calculated (24.9 Gy). The frequencies of micronuclei in the erythrocytes of Danio rerio were dose-dependent. Significant data of the frequency of occurrence of micronuclei were found when fish were irradiated at doses of 4.0 Gy, 6.0 Gy and 8.0 Gy.

Conclusion: Danio rerio fish are characterized by extreme radioresistance, thereby we suggest the prospect of their use in radiobiology as a lab test system for assessing the effectiveness of factors that induce mutagenic effects of ionizing radiation.

 (1 pic., 1 tab., Bibl .: source)

Full Text

Подбор оптимальной экспериментальной животной модели лежит в основе радиобиологического эксперимента и определяет возможность интерпретации результатов как на организм человека, так и на компоненты дикой природы. В радиобиологии в качестве экспериментальных животных наиболее часто используют млекопитающих [1], однако в последнее время все больше работ выполняется на Danio rerio. Выделяют следующие преимущества рыб Danio rerio, определяющие перспективу их использования в радиобиологии:

1. Высокая степень функциональной гомологии генома с геномом млекопитающих и, в частности, человека [2-4].

2. Широкая распространенность в природе, а также легкое поддержание аквакультуры и уход [5].

3. Зародыши и мальки рыб Danio rerio полностью прозрачны [6].

4. Большое потомство. Одна пара взрослых особей Danio rerio дает 200-300 потомков [7].

5. Быстрое развитие. Большинство органов Danio rerio становятся различимыми спустя 72 часа после оплодотворения [8].

6. Высокая чувствительность эмбрионов к геноповреждающим агентам [9]

7. Наличие широкого ряда трансгенных линий Danio rerio.

Ввиду перечисленных преимуществ Danio rerio мы предположили перспективу использования этих рыб в радиобиологии. Целью данной работы является анализ возможности применения рыб Danio rerio как тест-системы для оценки воздействия ионизирующего излучения с помощью эритроцитарного микроядерного теста. В рамках этой цели были поставлены следующие задачи: подсчет полулетальной дозы (ЛД50/30) взрослых особей Danio rerio, а также построение кривой частоты встречаемости микроядер в эритроцитах рыб Danio rerio зависимости от дозы облучения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Для исследования использовались пресноводные аквариумные рыбы Danio rerio мужского и женского пола. Для определения ЛД50/30 120 особей были разделены на 6 групп по 20 особей в каждой. Каждая группа была подвергнута воздействию рентгеновского излучения в дозах 0 Гр (контроль), 10 Гр, 20 Гр, 30 Гр, 40 Гр или 50 Гр с помощью рентгеновского аппарата «РУМ-17» с мощностью 0,31 Гр/мин. Для определения ЛД50/30 подсчитывали количество погибших особей в каждой группе в течение 30 сут со дня облучения. Расчет ЛД50/30 проводился с помощью компьютерной программы «Probit analysis».

Для определения встречаемости микроядер в эритроцитах периферической крови 9 групп рыб (n=27) были подвергнуты воздействию рентгеновского излучения в дозах 0 Гр (контроль), 0,5 Гр, 1,0 Гр, 1,5 Гр, 2,0 Гр, 3,0 Гр, 4,0 Гр, 6,0 Гр, 8,0 Гр. После облучения особи возвращались в условия аквакультуры. Через 72 ч после облучения кровь из хвостовой вены забирали путем обрезания хвостового плавника и наносили на чистое предметное стекло, распределяя ровным слоем, затем фиксировали в 96% этиловом спирте в течение 25-30 мин до полного высушивания. Затем мазки окрашивались азур II эозином по методу Романовского. В каждом мазке светомикроскопически подсчитывали 3000 эритроцитов, после чего вычисляли среднее значение частоты встречаемости микроядер каждой группы. Статистическая обработка данных для проверки достоверности отличий частот встречаемости микроядер от контроля проводилась с помощью t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В группах рыб, подвергнувшихся воздействию рентгеновского излучения в разных дозах для подсчета ЛД50/30, наблюдались следующие показатели смертности: при облучении в дозе 0 Гр – нет погибших (контрольная группа), 10 Гр – нет погибших, 20 Гр – 3 погибших, 30 Гр – 17 погибших, 40 Гр – 19 погибших, 50 Гр – 20 погибших особей. В целом, наблюдался дозозависимый эффект: при увеличении дозы количество погибших особей увеличивалось. Показатель ЛД50/30, подсчитанный по итогам наблюдения погибших особей в пяти группах, оказался равен 24,91 Гр.

Частоты встречаемости микроядер, обнаруженных в эритроцитах периферической крови облученных рыб разных групп (0 Гр (контроль), 0,5 Гр, 1,0 Гр, 1,5 Гр, 2,0 Гр, 3,0 Гр, 4,0 Гр, 6,0 Гр, 8,0 Гр), представлены в табл.2. Статистически достоверные отличия частоты встречаемости микроядер от контрольной группы оказались характерны для групп рыб, облученных в дозах 4,0 Гр, 6,0 Гр, 8,0 Гр. Предварительная калибровочная кривая, отражающая зависимость частоты встречаемости микроядер от дозы ионизирующего излучения, представлена на рис.1. Форма кривой соответствует линейно-квадратичному уравнению: y=0,0354x2 - 0,2237x + 0,7969, где Y – значение частоты встречаемости микроядер (промилле), X – доза (Гр).

Доза (Гр)

Частота встречаемости микроядер (промилле) ± MD

0,0

0,44±0,07

0,5

0,67±0,09

1,0

0,56±0,08

1,5

0,58±0,07

2,0

0,33±0,06

3,0

0,56±0,08

4,0

1,000 ±0,09*

6,0

1,50±0,16*

8,0

1,56±0,13*

Таблица 1. Частоты встречаемости микроядер в эритроцитах периферической крови рыб, подвергнувшихся воздействию рентгеновского облучения в разных дозах. * p<0.05



Рис.1. Калибровочная кривая зависимости частоты встречаемости микроядер в эритроцитах периферической крови Danio rerio при воздействии рентгеновского излучения в разных дозах.

ОБСУЖДЕНИЕ. Полученное значение полулетальной дозы ЛД50/30, а также низкие значения частот встречаемости микроядер даже при облучении в больших дозах указывают на крайнюю радиорезистентность рыб Danio rerio. Это сопоставимо с этими показателями у других представителей семейства: большого индийского карпа, Catla сatla (22,38 Гр, [10]) и золотой рыбки, Carassius auratus (23 Гр, [11]). Форма дозозависимой кривой демонстрирует, что статистически достоверные значения частот встречаемости микроядер наблюдались только при воздействии облучения в дозах 4,0 Гр и более. Это также указывает на крайнюю радиоустойчивость этих рыб. Учитывая это, мы предполагаем перспективу использования Danio rerio в радиобиологии как лабораторных тест-систем для оценки эффективности факторов, индуцирующих мутагенное воздействие ионизирующего излучения, что может быть полезно при разработке агентов, стимулирующих действие лучевой терапии на клетки опухолей.

×

About the authors

Aleksandra A. Livanova

S. M. Kirov Military Medical Academy of the Russian Defense Ministry (Saint Petersburg)

Author for correspondence.
Email: Alexandralivanova@mail.ru

Преподаватель кафедры биологии

Russian Federation

References

  1. Real A., Sundell-Bergman S., Knowles J. F., Woodhead D. S., Zinger I. Effects of ionizing radiation exposure on plants, fish and mammals: relevant data for environmental radiation protection. Journal of Radiological Protection. 2004; 24(4A): A123.
  2. Geiger G. A., Parker S. E., Beothy A. P., Tucker J. A., Mullins M. C., Kao G. D. Zebrafish as a “biosensor”? Effects of ionizing radiation and amifostine on embryonic viability and development. Cancer research. 2006; 66(16): 8172-8181.
  3. Sanger Institute. Zebrafish genome project. Available online: http://www.sanger.ac.uk/Projects/D_rerio/
  4. Howe K., Clark M. D., Torroja C. F., Torrance J., Berthelot C., Muffato M., … Matthews L. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 2013; 496(7446): 498–503.
  5. Avdesh A., Chen M., Martin-Iverson M. T., Mondal A., Ong D., Rainey-Smith S., Martins R. N. Regular care and maintenance of a zebrafish (Danio rerio) laboratory: an introduction. Journal of Visualized Experiments. 2012; 69: e4196.
  6. Peng W. H., Lee Y. C., Chau Y. P., Lu K. S., Kung H. N. Short-term exposure of zebrafish embryos to arecoline leads to retarded growth, motor impairment, and somite muscle fiber changes. Zebrafish. 2015; 12(1): 58-70.
  7. Hoo J. Y., Kumari Y., Shaikh M. F., Hue S. M., Goh B. H. Zebrafish: a versatile animal model for fertility research. BioMed research international. 2016; 1-20.
  8. Kimmel C. B., Ballard W. W., Kimmel S. R., Ullmann B., Schilling T. F. Stages of embryonic development of the zebrafish. Developmental dynamics. 1995; 203(3): 253-310.
  9. Jarvis R.B., Knowles J.F. DNA damage in zebrafish larvae induced by exposure to low-dose rate -radiation: detection by the alkaline comet assay. Mutation Research. 2003; 542(1-2): 63-69.
  10. Anbumani S., Mohankumar M.N. Gamma radiation induced micronuclei and erythrocyte cellular abnormalities in the fish Catla catla. Aquatic Toxicology. 2012; 122-123: 125–132.
  11. Driver C.J. Ecotoxicity literature review of selected Hanford site contaminants. 1994. Pacific Northwest Lab, Richland, WA, USA.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Livanova A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 77760 от 10.02.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies