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斑马鱼,如何从观赏鱼成为水中毒性侦测的专家?

2022-01-29 00:04:06

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你知道生物毒性试验是怎么应用到产品安全检测上吗?

你知道斑马鱼是如何从观赏鱼成为水中毒性侦测的专家吗?

你知道斑马鱼为什么能够广泛应用在不同的科技领域吗?

台湾水产试验所的专刊中介绍了生物毒性试验的发展历程,以及技术在日常消费品,包括食品、药品、化妆品等多个范畴的产品安全检验上的应用,尤其介绍了,我们水中银 (国际) 生物科技有限公司 (Vitargent)在生物检测上的创新。

香港水中银 (国际) 生物科技有限公司 (Vitargent),首创了利用基因改造鲭鳉鱼和斑马鱼胚胎进行毒性测试透过这种检测技术,专家们可以快速并且准确地对产品进行各项安全性检测及风险评估,从而让消费者吃得安心、用得放心。

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精彩回顾

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随着科技的突飞猛进,生活水平大幅提升,我们身边出现了越来越多的污染物质,包括农鱼用药、工业废水、塑化剂、人工雌激素等等。这些污染物大量散布在大气和水环境单当中,不仅危害大家的健康生活,甚至也会破坏生态环境。



生物毒性试验

针对这个问题,近几十年,许多国家已经开始了应用水生生物进行水生环境毒性测试,他们通过这个测试来评估,特定的物质是否会对水生生物造成危害,以及侦测水质是否受到有毒物质的污染。


在生物毒性试验中,最常见的就是以急性致死效应作为毒性终点 (toxicity endpoints),它通过观察生物在短时间内,暴露在不同浓度的毒性物质下的死亡率,来判断其毒性的强弱。


一般来说,不同国家判断毒性强弱会有不同标准。

就我国而言,根据有毒物质对水生生物毒性强弱的分类,则会把它们分成成剧毒、 中等毒、轻毒和低毒四大类型 。


农药对水生物毒性分类

备注:淡水鱼类:以虹鳟、蓝腮鱼或鲤鱼为主;淡水无脊椎生物:以Daphnidae科之水蚤为主

资料来源:农药对水生物毒性分类及审核管理规定


那么,水生生物毒性试验都是采用什么生物进行试验呢?

目前国际对于水生生物急毒性 (acute toxicity) 试验,针对不同类型将会采用不同的生物预测系统,包括了无脊椎动物、 脊椎动物及藻类等。


在水生脊椎动物的急毒性试验当中,最常见的就是以鱼类为实验体进行测试,其中的斑马鱼就是经济合作暨发展组织 (OECD) 和美国环保署 (USEPA) 推荐使用于水生急毒性试验的鱼种 。


水生生物毒性试验常用的淡、海水鱼

修改自OECD guideline for testing of chemicals 212, 1998




认识斑马鱼

斑马鱼是淡水鱼的一种,它的名称来源于本身的斑马条纹,除此以外人们还称它为蓝条鱼、花条鱼、蓝斑鱼、鱼、斑马鱼。


斑马鱼原本是栖息在、、孟加拉共和国、缅甸和尼泊尔等内陆水域的,但后来因为它本身色彩显眼而且种类繁多,以至于被世界各地引进,成为水族馆的淡水观赏鱼之一。


斑马鱼(Danio rerio)


到了1970年,斑马鱼开始受到研究人员的关注。

在脊椎动物发育学的胚胎发育、神经 发育、细胞凋亡、药物筛选及毒性测试等研究中,斑马鱼逐渐成为了水生脊椎模式动物 (model animal)的重要代表。



斑马鱼的优势

众多的种类当中,为什么选择斑马鱼作为代表呢?

原来斑马鱼之所以能够广泛应用在不同科学领域,这主要得益于它自身的多项优势:

自身优势

1、斑马鱼个体小,成鱼大概 3 厘米——节省饲养和测试空间;

2、斑马鱼体外受精,体外发育——不受母体影响,便于测试;

3、斑马鱼胚胎时期不需要进食,依靠卵黄提供发展所需的能量——避免了喂食对测试造成的干扰;

4、斑马鱼发育速度快,从受精卵到孵化变成小鱼只需要 3 天时间(其胚胎 1 天发育相当于人类胚胎的 12 周(约 4 个月)),到成鱼只需 3-4个月时间——大大节约饲养成本及测试时间;

5、斑马鱼胚胎通体透明,显微镜下各器官组织清晰可见——便于毒理反应观察;

6、斑马鱼繁殖力强,一对斑马鱼一周可产 200-300 粒鱼卵——确保科学数据的统计正确性,且使得高通量测试成为可能。 

斑马鱼胚胎测试,早已成为美国FDA认可的药物毒性测试和功效评估方法,并且根据美国国立卫生研究院,在2003年已经把斑马鱼评定为及大鼠和小鼠之后第三重要模式生物。


斑马鱼胚胎呈透明状


斑马鱼已成为发育生物学及分子遗传生物学研究的模式物种,近年来,它甚至被广泛应用在:

生殖毒性 (reproductive toxicity)

发育毒性 (developmental toxicity)

急毒性、神经毒性 (neurotoxicity) 

心脏毒性 (cardiotoxicity)

视觉毒性 (ocular toxicity) 

内分泌失常 (endocrine disruption)

神经行为 毒性 (neurobehavioral toxicity)

肌肉毒性 (vascular toxicity) 及致癌性 (carcinogenicity)


因此,斑马鱼已成为了水生生态毒理学上非常重要的研究对象,透过观察鱼类行为、活存率、 胚胎发育、孵化率以及外部型态发育等,人们可以把该项指标作为判断毒性的依据。





斑马鱼胚胎替代动物测试

虽然斑马鱼可以作为评估生理及生态的优良毒性指标,但近年,人道团体开始呼吁【人道科学】他们提出避免使用活体进行毒物试验造成生物的痛苦。

后来研究学者也鉴于斑马鱼胚胎诸多优点,开始以斑马鱼胚胎替代动物测试。按照欧盟动物保护法:鱼胚胎并不属于动物,而曾被国际科学家大力推荐用于替代动物测试。





检测技术应用于日用产品

小鱼的科研团队——香港水中银 (国际) 生物科技有限公司 (Vitargent),首创了利用基因改造鲭鳉鱼和斑马鱼胚胎进行毒理测试,并且该技术于2015年,获得包括“第43届日内瓦国际发明展全球至高荣誉大奖”。



这一项技术可以借由绿色荧光发光强度以及鱼胚胎发育情形,来判断受试物是否具有有害物质以及毒物含量,并且它可以在34-48 小时就可以筛选出超过1000种毒性物质。


当然,这一项生物检测技术不仅能侦测水体环境的有害物质,也可以应用在食品、药品及化妆品等多个范畴的产品安全检验上。

透过这一项检测技术,专家们可以快速并且准确地对产品进行各项安全性检测及风险评估,从而让消费者吃得安心、用得放心。


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