Use of digestive gland explant cultures from blue mussels (Mytilus edulis) to assess biomarker effects of single and co-exposure of environmental contaminants

Abstract

Urbanisering og økt sjøtrafikk rundt Tromsø øker presset på lokale marine økosystemer. Det er avgjørende å finne egnede metoder for å overvåke virkningene av menneskelige aktiviteter på havbestandene. Virvelløse dyr, som muslinger, har vist seg å være nyttige som bioindikatorer for miljøendringer, og passende modeller for marin økotoksikologi. Bruken av ex vivo-metoder gjør det mulig å studere spesifikke cellulære responser, og har et eksperimentelt design med høy økologisk relevans.

I denne studien ble fordøyelseskjertlene i blåskjell (Mytilus edulis) utsatt for et utvalg av miljøforbindelser som forventes å bli funnet utenfor Tromsø, for å evaluere deres potensielle giftige påvirkninger. To eksperimenter ble utført, hvor eksplanter ble eksponert for m-xylen og BDE-99 i det første eksperimentet, og CdCl2 og østradiol-17-b i det andre eksperimentet. Dopaminnivåer ble påvist og kvantifisert i alle 48 prøver (kvantifiseringsgrense (LOQ)=52 pg/mg). Nivåene av serotonin var bare kvantifiserbare i 9 av de 48 prøvene (LOQ=150 pg/mg). Ekstraksjonen ga varierende ekstraksjonsutbytte, 1.0-45.2% for dopamin og 12.4-79.7% for serotonin.

Resultatene indikerer en synergistisk effekt fra sameksponering av m-xylen og BDE-99, med 1.6 ganger høyere dopaminnivå sammenlignet med ren m-xylen-eksponering, og 2.2 ganger høyere dopaminnivå sammenlignet med ren BDE-99-eksponering. I tillegg reduserte sameksponering av CdCl2 og østradiol-17-b nivået av dopamin henholdsvis 2.2 ganger og 1.8 ganger, noe som antyder en mulig interaksjon av kadmium på østrogenreseptoren. De endrede nivåene av dopamin og serotonin i muslinger som er eksponert for disse kjemikaliene, viser mulige effekter av sameksponering for kjemiske blandinger i det marine miljøet rundt Tromsø.

Strong urbanization and increased marine traffic around Tromsø are increasing the pressure on local marine ecosystems. Finding suitable methods for monitoring the impacts of human activities on marine populations is crucial. Invertebrates, such as bivalves, have been shown to be useful as bioindicators of environmental change, and appropriate models for marine ecotoxicology. The use of ex vivo methods allows for studying specific cellular responses, and have an experimental design with high ecological relevance.

In this study, digestive glands of blue mussels (Mytilus edulis) were exposed to a selection of environmental compounds expected to be found outside Tromsø, to evaluate their toxic impacts. Two experiments were carried out, exposing explants to m-xylene and BDE-99 in the first experiment, and CdCl2 and estradiol-17-b in the second experiment. Dopamine levels were detected and quantified in all 48 samples (limit of quantification (LOQ) = 52 pg/mg). The levels of serotonin were quantifiable only in 9 of the 48 samples (LOQ = 150 pg/mg). The extraction yielded variable recoveries, 1.0-45.2% for dopamine and 12.4-79.7% for serotonin.

The results indicate a synergistic effect from co-exposure of m-xylene and BDE-99, with 1.6-fold higher dopamine levels compared to single m-xylene exposure, and 2.2-fold higher dopamine levels compared to single BDE-99 exposure. In addition, co-exposure of CdCl2 and estradiol-17-b reduced the level of dopamine 2.2-fold and 1.8-fold respectively, suggesting a possible interaction of cadmium on the estrogen receptor. The altered levels of dopamine and serotonin in bivalves co-exposed to these chemicals demonstrates possible impacts of co-exposure to chemical mixtures within the marine environment surrounding Tromsø.