Korrelasjon mellom livsstadie, lipidinnhold og akkumulering av polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) i rognkjeks (Cyclopterus lumpus) embryo eksponert for produsert vann
Abstract
Hensikten med denne bacheloroppgaven var å studere korrelasjonen mellom livsstadier,lipidsammensetning og bioakkumulering av polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) ifiskearten rognkjeks (Cyclopterus lumpus). Arbeidet er en del av et prosjekt ledet av SINTEFOcean kalt "PW-Exposed". "PW-Exposed"-prosjektet forsker på å få en detaljert forståelse avden kjemiske sammensetningen og den toksikologiske innvirkningen utslippet av produsert vannhar på norsk kontinentalsokkel. Som en del av et større arbeid er denne bacheloroppgaven basertpå eksperimenter med produsert vann og tidlige livsstadier av rognkjeks, med det formål åidentifisere det mest sensitive livsstadiet i utviklingen av rognkjeks-emrbyo.
Offshore olje- og gassindustri bidrar årlig til et stort utslipp av produsert vann på norskkontinentalsokkel. Produsert vann inneholder polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH-er) ogalkyl PAH-er, som er kjente for å være toksiske mot fisk i tidlig livsstadium. Det ble studertrognkjeks embryoer eksponert for produsert vann på tre forskjellige livsstadier iembryonalutviklingen og overvåket til klekking. Eksponeringsforsøk, hvor opptak og utskilling avPAH-er og alkyl PAH-er ble observert, ble utført ved tre potensielt sensitive stadier; underfertilisering ("dep1"), 36 timer etter fertilisering ("dep2") og 10 dager etter fertilisering ("dep3").Prøvetakning av embryoer ble gjort ved sju tidspunkt etter endt eksponering (0, 6, 12, 24, 48, 96og 192 timer etter endt eksponering).
For å kunne evaluere bioakkumulasjonen av PAH, ble prøver med egg fra forskjelligeprøvetaknings-tidspunkt homogenisert, ekstrahert med løsemiddel og ekstraktet ble renset vedhjelp av en fastfase ekstraksjon (SPE). PAH-er ble analysert ved hjelp av en gass kromatografkoblet med et tandem massespektrometri (GC-MS/MS). Fiskeembryo er lite forsket på innenfordette feltet på grunn av at teknikker og metoder for studering av PAH body burden konsentrasjoni fisk i tidlig livsstadium nylig har blitt sensitive nok for små biotiske prøver (100 mg) eksponertfor kontaminanter i lave konsentrasjoner. Det totale lipidinnhold i prøvene ble funnet ved å utføreen modifisert Folch ekstraksjon.
I dette prosjektet så man at rognkjeks-embryoene eksponert for produsert vann får en øktinnvendig "body burden" konsentrasjon av PAH-er og alkyl PAH-er. I tillegg til å se på total PAH(tPAH) i embryo, hadde oppgaven fokus på tre komponenter; naftalen (2-ring PAH), C1-fenantren(3-ring alkyl PAH) og dibenzotiofen (3-ring PAH). Den høyeste akkumuleringen av PAH-er bleobservert i embryoer eksponert under det tidligste livsstadiet (0 timer etter fertilisering), med ensynkende body burden observert i embryoer i senere livsstadier (36 timer etter fertilisering og 10dager etter fertilisering). Som forventet sank body burden i alle eksponerings scenarioene etteroverføring til rent vann. Av komponentene i fokus hadde naftalen høyeste body burden, etterfulgtav dibenzotiofen og til slutt C1-fenantren i alle eksponeringsforsøkene. Totalt ekstraherbartlipidinnhold holdte seg jevt gjennom hele utviklingen av rognkjeks-embryoene, dette førte til atnormalisering av body burden konsentrasjoner til lipidinnhold ga samme resultater som bodyburden konsentrasjonene for tPAH i hvert eksponeringsforsøk. Biokonsentrasjons-faktoren viste atdibenzotiofen hadde den høyeste bioakkumuleringen hos emrbyoer eksponert 0 timer etterfertilisering blandt komponentene i fokus, hos embryoer eksponert ved 36 timer etter fertiliseringog 10 dager etter fetilisering er det naftalen som er den mest akkumulerte komponenten.Biotransformasjon og utvikling av embryoet påvirket resultatet. Videoanalyser på rognkjeks-embryo gjennomført 17 dager etter fertilisering av Dr. Bjørn Henrik Hansen og JuliaFarkas viste at embryoer eksponert under de tidligste livsstadiene (36 timer etter fertilisering og10 dager etter fertilisereing) hadde en betydelig redusert hjertefrekvens.
Denne oppgaven har vært gunstig for "PW-Exposed"-prosjektet og dets forskningsområde pågrunn av forbedringene av benyttede teknikker og metoder brukt for å studere PAH body burdenkonsentrasjoner i en ny type fiskeart eksponert for lave konsentrasjoner av produsert vann. Viderehar studiet i oppgaven avduket ny informasjon angående bioakkumulering og sensitivitet vedforskjellige livsstadier hos rognkjeksembryoer. "PW-Exposed"-prosjektet er enda ikke fullført, ogvidere forskning vil bli gjort på dette feltet av SINTEF Ocean i sammarbeid med partnere. The goal of this bachelor project was to study the correlation between life stage, lipid compositionand bioaccumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in early life stages (ELS) of thefish species lumpsucker (Cyclopterus Lumpus) exposed to produced water (PW). The current workis a part of the PW-Exposed project, lead by SINTEF Ocean, which will investigate and provide adetailed understanding of the chemical composition and toxicological impacts of PW dischargesfrom oil producing platforms along the Norwegian continental shelf (NCS). As a part of the biggerproject, this bachelor thesis is based on experiments of PW and ELS of lumpsuckers, with thepurpose of identifying the most sensitive life stage in the development of the lumpsucker embryo.
Offshore oil and gas industry annually contribute to massive discharges of PW on NCS. PWcontains polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and alkylated PAHs, which are known to betoxic to early life stages (ELS) of fish. The study was performed on lumpsucker embryos exposedat different live stages during the embryo stage and monitored until hatching. Three exposureexperiments, where accumulation and depuration (dep) of PAHs and alkyl PAHs were observed,was performed at three potentially sensitive stages; during fertilization ("dep1"), 36 hours postfertilization (hpf) ("dep2") and 10 days post fertilization (dpf) ("dep3"). Embryos were sampledat seven timepoints after exposure (0, 6, 12, 24, 48, 96 and 192 hours after exposure (hpe)).
In order to evaluate the bioaccumulation of PAHs, egg samples from the different sampling pointswere homogenized, extracted with solvent and the extracts purified by solid-phase extraction(SPE). The PAHs were analysed by gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry(GC-MS/MS). It is not enough research of ELS of fish in this area, this due to development oftechniques and methods for studies of PAH body burden concentration in ELS of fish thatrecently became sensitive enough for small biotic samples (100 mg) exposed to low concentrationof contaminants. The total lipid content (by mass) of egg samples was determined by preforminga modified Folch extraction.
The project revealed that lumpsucker embryos exposed to PW displayed increased internal bodyburden concentration of PAHs and alkyl PAHs. This thesis focuses on three compoundsaccumulated in the embryos; naphthalene (2-ring PAH), C1-phenanthrene (3-ring alkyl PAH) anddibenzothiophene (3-ring PAH). The highest accumulation of PAHs was observed in the embryosexposed during the earliest life stage (0 hpf), with decreased body burden observed in embryosexposed at later life stages (36 hpf and 10 dpf). After transfer to clean water, the body burdendecreased as expected in all exposure scenarios. Naphthalene had the highest body burden,followed by dibenzothiophene and lastly C1-phenanthrene, this applies to all of the exposures.Total extractable lipid content remained more or less constant throughout the development ofELS lumpsucker, for this reason normalizing the body burden concentrations to lipid contentrevealed the same results as the body burden concentration for the depurations. Thebioconcentration factor (BCF) calculated for the ’compounds at focus’ revealed thatdibenzothiphene was the most bioaccumulated compound in embryos exposed at 0 hpf, forembryos exposed at 36 hpf and 10 dpf, naphthalene accumulated the most. The biotransformationand the development of embryos affected the results. Video analysis performed on embryos after17 dpf by Drs’ Bjørn Henrik Hansen and Julia Farkas revealed that embryos exposed during theearliest life stages (36 hpf and 10 dpf) had a significantly reduced heart rate.
The current project was beneficial the PW-Exposed project and the field of science due toimprovement of techniques and methods for studiying PAH body burden concentration in a newspecies of fish ELS exposed to low concentration of PW. Furthermore, the study conducted hasrevealed new information regarding bioaccumulation and sensitivity at different life stages oflumpsucker embryos. The PW-Exposed project is not finished and will be further investigated bySINTEF Ocean along with partners.