Effects of microplastics on swimming, feeding, and infection by stimulating the enteric nervous system and vector effects

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03760
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大嶋 雄治 九州大学, 農学研究院, 特任教授 (70176874)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鶴田 幸成 九州大学, 農学研究院, 技術専門員 (20380561) ; 姜 益俊 九州大学, 共創学部, 准教授 (20503098) ; 島崎 洋平 九州大学, 農学研究院, 准教授 (40363329) ; 中尾 実樹 九州大学, 農学研究院, 教授 (50212080)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: マイクロプラスチック / 行動影響 / 脳腸相関

Outline of Annual Research Achievements

本研究では主にメダカを用い、マイクロプラスチックによる腸管神経系過剰刺激とベクター効果が遊泳・摂餌・感染に及ぼす影響とその機構の解明するため、マイクロプラスチックによる腸神経系刺激・代謝活性低下とそれを介した遊泳行動等の異常とその機構を調べた。メダカに蛍光ポリスチレンマイクロプラスチック(2 um 0.01,0.03,0.1 mg/L)を７日間暴露し、その脳および消化管アセチルコリンエステラーゼ活性を調べた。
メダカに蛍光ポリスチレンマイクロプラスチック(2-um 0.01,0.03,0.1 mg/L)を７日間暴露し、その脳および消化管アセチルコリンエステラーゼ活性を調べた。その結果、高濃度区で活性が有意に高かった。しかし脳アミン類濃度に有意差は無かった。また行動を調べた結果有意差はなかった。この原因としてメダカの飼育密度や暴露期間が短かったことが考えられた。また粘土粒子カオリンの影響を調べたが、大きな影響はなかった。
バリウムを含む50umマイクロプラスチックをメダカに与えて蓄積させた後CTでスキャンした結果、生きた状態での腸管蠕動運動を画像として得ることができ、腸管の長さ、形状変化を観察可能となった。さらに、鉄を含む磁性マイクロプラスチックをメダカに与え、糞からマイクロプラスチックを回収して洗浄後、有機溶媒で抽出し、LCMSMSで測定した。その結果、マイクロプラスチックに脂肪酸が吸着していることを確認した。よってマイクロプラスチックが消化管内で栄養物を吸着して栄養欠乏が起こる可能性が示唆された。
またマイクロプラスチックに曝露されたメダカの群行動影響評価方のための試験法を開発した。本方法では、魚を殺すことなくまた再現性も高かった。さらにメダカを用いてマイクロプラスチックによる抗原性上昇作用を検討している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

メダカに蛍光ポリスチレンマイクロプラスチック(2-um 0.01,0.03,0.1 mg/L)を７日間暴露し、その脳および消化管アセチルコリンエステラーゼ活性を調べた。その結果、高濃度区で活性が有意に高かった。しかし脳アミン類濃度に有意差は無かった。また行動を調べた結果有意差はなかった。この原因としてメダカの飼育密度や暴露期間が短かったことが考えられた。また粘土粒子カオリンの影響を調べたが、大きな影響はなかった。
バリウムを含む50umマイクロプラスチックをメダカに与えて蓄積させた後CTでスキャンした結果、生きた状態での腸管蠕動運動を画像として得ることができ、腸管の長さ、形状変化を観察可能となった。さらに、鉄を含む磁性マイクロプラスチックをメダカに与え、糞からマイクロプラスチックを回収して洗浄後、有機溶媒で抽出し、LCMSMSで測定した。その結果、マイクロプラスチックに脂肪酸が吸着していることを確認した。よってマイクロプラスチックが消化管内で栄養物を吸着して栄養欠乏が起こる可能性が示唆された。
またマイクロプラスチックに曝露されたメダカの群行動影響評価方のための試験法を開発した。本方法では、魚を殺すことなくまた再現性も高かった。さらにメダカを用いてマイクロプラスチックによる抗原性上昇作用を検討している。

Strategy for Future Research Activity

大嶋はメダカに蛍光ポリスチレンマイクロプラスチック(2 um; 100, 10000, 1000000 p/L)を14日間暴露し、消化管内の微生物叢の変化を調べる 。さらに以下に記すMP体内濃度、酵素活性、メタボローム、行動実験の結果を統括しMPの脳腸相関への影響を評価する。 曝露したメダカを用いて鶴田は腸管の組織およびルーメンの変化を観察切片観察から明らかにする。 島崎は本メダカを用いて腸管、脳におけるアセチルコリン含量、アセチルコリンエステラーゼの活性、メタボロームで代謝物の変化を測定する 。姜は本メダカの行動影響を遊泳速度、群行動形成頻度からの影響を確かめる。中尾は、魚病細菌や魚病ウイルスをモデル抗原としてマイクロプラスチックによる抗原性上昇作用、魚体内でのマイクロプラスチック・抗原の 局在、および感染試験における免疫関連遺伝子の発現応答に及ぼすマイクロプラスチックの影響を、メダカあるいはゼブラフィッシュを用いた RNA-seq あるいは Multiplex PCR で評価する。