Kimyasal ve Biyolojik Etkenlere Maruz kalan Balıkların Sağlık Durumu, İnvazif Olmayan Moleküler Araçlarla İzleniyor

Alabalık, aquakültüre önem taşıyan bir balık türüdür ve doğal olarak çeşitli çevresel kirleticilere ve patojenlere maruz kalır.
Diego Grandi/Shutterstock (yeniden kullanılamaz)

TEMEL NOKTALAR

• Su ortamlarındaki kirleticiler balıkların hormonal işleyişini bozabilir. Bunlara endokrin bozucular denir.

• Balığın kanı, idrarı ve mucusundaki ADN parçalarının incelenmesine dayanan invazif olmayan bir yaklaşım, bu kirleticilerin eylem mekanizmalarını daha iyi anlamayı sağlar.

• Albalığın yaygın bir fungisitle kirlenmesini model alan bir araştırma projesi, bu yaklaşımın geçerliliğini ortaya koymuştur.

Öncelikle tarım, sanayi veya evsel faaliyetler gibi insan faaliyetleriyle sonuçlanan kimyasal kirlenme, bugün önemli bir çevresel konudur.

Bu kirlenme, ekosistemlere sürekli biçimde çeşitli kirleticilerin sokulmasıyla ortaya çıkar; bunlar arasında pestisitler, ilaç artıkları, ağır metaller ve per- ve polifluoroalkil maddeler (PFAS) yer alır.

Kirleticiler su organizmalarının endokrin sistemini bozduğunda

Bu maddelerden bazılarının, hormonların sentezi, taşıması, metabolizması veya eylemini bozarak su organizmalarının endokrin sistemini etkileyebileği bilinmektedir. “Endokrin bozucular” olarak adlandırılan bunlar, büyüme, gelişme veya üreme gibi temel biyolojik fonksiyonları bozabilir.

Su ekosistemlerinin iyi işleyişini korumak için, dolayısıyla bu kirleticilerin çevreye nasıl etki ettiği ve farklı biyolojik organizasyon düzeylerinde hangi etkilerin oluştuğu daha iyi anlaşılmalıdır.

POMELO projesi: İnvaziv biyomarkerlere alternatif moleküler araçların geliştirilmesi

Yüksek verimli çok-omik platformu içeren ve balıklarda endokrin sistemi bozan stresin analizine yönelik « POMELO projesi » adlı bu çalışma, çevresel kimyasal ve biyolojik etkenlere maruz kalan balıkların sağlık durumunun izlenmesinde günümüzde kullanılan invaziv biyomarkerlere (biyolojik işaretlere) alternatif, yenilikçi moleküler araçlar geliştirmeyi hedefliyordu.

« Biyomarker » ne demektir ve ölçümünde hangi sınırlamalar vardır?

• Biyomarkerler, bir organizmanın kirleticilere maruz kalmasını veya bu maruz kalmanın etkilerini yansıtan ölçülebilir biyolojik yanıtlardır. Balıklarda örneğin, erkeklerde vitellogenin (birçok hayvan türünde yumurta depolarının protein öncüsü) östrojenik kökenli bir endokrin bozukluğunu ortaya çıkaran bir biyomarkerdir.
• Biyomarkerlerin ölçümü çoğu zaman kan veya doku örneklemesini ve dolayısıyla balıkların kurban edilmesini gerektiren invaziv yöntemlere dayanır. Bu sınırlamalar tekrarlı izlemeleri zorlaştırır, etik sorular doğurur ve ölçülen biyolojik yanıtları bozabilir.
• Daha az invaziv moleküler araçların geliştirilmesi, kimyasal kirleticilere maruz kalan balıkların sağlık durumunu daha sık ve daha saygılı bir şekilde izlemek için esastır.

Çalışma, özgün nükleik asitler — genetik materyalin parçaları olarak karşılıklar — ve potansiyel olarak balıkların çeşitli eko-fizyolojik matrislerinde (çevresel su, idrar, mucus ve kan) bulunabilen bu moleküllerin, söz konusu organizmaların ve daha geniş anlamda popülasyonlarının bir stres göstergesi olarak değerlendirilebilir olup olmadığını incelemeyi hedefliyordu.

Proje; Fransa, Kanada ve Belçika’yı bir araya getiren, biyoloji, ekotoksikoloji, moleküler analizler ve bioinformatik alanlarında birbirini tamamlayan uzmanlıkları içeren disiplinlerarası ve uluslararası bir işbirliğine dayanıyordu.

Kimya, biyokimya ve moleküler biyolojiyu birleştiren yeni bir yaklaşıma doğru

«Multi-omik» olarak adlandırılan bu yeni metodoloji; genomik, transkriptomik, proteomik, metabolomik veya epigenetik gibi moleküler biyoloji kaynaklı teknolojileri birleştiren birden fazla omik yaklaşımın (moleküler biyoloji, yani genetik materyal düzeyinde kullanılan teknolojiler, çev. ndr) birleşimine dayanıyor. Çeşitli biyolojik düzeylerde elde edilen veri üretiyor ve bir organizmanın çevresine karşı gösterdiği moleküler mekanizmalar ile fizyolojik değişimlerin daha iyi anlaşılmasını sağlıyor.

Multi-omik yaklaşımı, kirleticilerin etkileşim mekanizmalarına dair derinlemesine bir anlayış sunarak etkilenen biyolojik yolların belirlenmesini mümkün kılıyor. Sıkça fizyolojik düzeyde görülemeyen erken yanıtları tespit edebilir.

Moleküler düzeydeki değişimleri, daha üst biyolojik düzeylerde gözlemlenen etkilerle ilişkilendiren multi-omik yaklaşımı; özellikle zararlı etkileşim yollarının (efekt yolu) inşasında, ilk bozulmalar ile organizmaların sağlığı üzerindeki sonuçları arasında bağ kurmaya katkıdaiyor. Bu yenilikçi yaklaşım sayesinde, kimyasal kirleticilere karşı biyolojik yanıtlara hem kapsamlı hem de birbirini tamamlayan bir bakış elde etmek mümkün hale geliyor.

Bu yaklaşım yine de belirli sınırlamalara sahip: hâlâ yüksek bir maliyet, depolanması ve analiz edilmesi gereken büyük miktarlarda veri ve gelişmiş bioinformatik uzmanlığı gereksinimi.

Ayrıca, nihai yorum araştırmacılar için karmaşık olmaya devam ediyor ve sonuçların biyolojik olarak doğrulanmasını gerektiriyor; özellikle bu doğrulamayı, kandaki formül veya hormonal düzey gibi fizyolojik düzeyde gözlemlenen klasik biyomarker’larla karşılaştırarak gerçekleştiriliyor.

Tebuconazole fungicidine maruz kalan alabalıkta uygulama

POMELO projesi, akvaryum yetiştiriciliği açısından önem taşıyan, doğal olarak çeşitli çevresel kirleticilere ve patojenlere maruz kalan bir tür olan çelenk alabalığında (Oncorhynchus mykiss) gerçekleştirildi. Alabalıklar, tarımda yaygın olarak kullanılan triazol ailesinden bir fungicide olan tebuconazole’a yirmi sekiz boyunca maruz bırakıldı.

Fransa’da bu madde, belirli endokrin ve metabolik yollarla etkileşimde bulunabilecek konsantrasyonlarda yüzey sularında sıklıkla tespit ediliyor.

POMELO projesi kapsamında, tebuconazole iki farklı konsantrasyonda alabalıkta in vivo test edildi. En düşük konsantrasyon (litre başına 230 nanogram) çevresel maruzurmayı temsil ederken, daha yüksek olan (litre başına 10 mikrogram) tarımsal yüzey akışı sırasında kazara meydana gelebilecek akut maruzurmayı yansıtıyordu.

Tebuconazole ile kimyasal maruzurmanın ardından, balıkların bulaşıcı nekroz virüsü gibi bir enfeksiyon etmeniye karşı savunma kapasitesi değerlendirildi. Somongiller familyasının balıklarında yavrular ve genç bireyler üzerinde özellikle yüksek virülans gösteren bu patojen, yetiştiricilikte yüksek ölüm oranlarına yol açabiliyor.

Bir kontaminantın (tebuconazole fungicide) bir balık üzerindeki (çelenk alabalığı) etkilerini değerlendirmek için ADN parçalarının çalışmasına dayanan yenilikçi bir metodoloji

• Pembe balıklarda tebukonazol fungisidininin etkisini değerlendirmek için, balıklardan kan, idrar ve trout mucusu gibi çeşitli biyolojik örnekler, ADN parçalarını alma, saklama ve taşıma amacıyla kullanılan kartlar (Flinders Technology Associates ya da FTA kartları) kullanılarak toplandı.
• Yöntemin temeli, kartın kimyasal matrisinin hücre lizisini teşvik etmesi ve hücre ADN’sini sabitlemesi sayesinde çok az miktarda örnek kartın üzerine konulmasını içeriyor.
• Örnek kuruduktan sonra, kartlar ADN’nin bütünlüğünü korumak amacıyla oda sıcaklığında, ışık ve nifadan uzakta saklandı.
• ADN çıkarma ve dizileme aşamaları birkaç ay sonra Kanada’lı ortak tarafından gerçekleştirildi.

Bu yenilikçi yaklaşımın uygunluğunu gösteren bir örnek

Sonuçlar, bu fungisidine maruz kalmanın pembe balıkların karaciğer ve solungaç enerji işlevlerini bozduğunu gösterdi; bu da bu organların daha fazla enerji seferber etmesi gerektiğine işaret ediyor.

Fungisid, aynı zamanda solungaçlardaki antioksidan savunmaları ve balıkların karaciğerindeki toksik maddeleri atma kapasitelerini azalttı.

Virüsün varlığında, fungisidine önceden maruz kalan balıkların kandaki beyaz kütle sayısında azalma ve değiştirilmiş cilt mikrobiyomu gösterdiği görülüyor. Bu sonuçlar (yayım aşamasında) bağışıklık sisteminde zayıflama ve olası artmış enfeksiyon hassasiyetine işaret ediyor.

Ayrıca, üreme açısından, pestiside maruz kalan dişilerde over lezyonları ve oosit ölümü gözlemlendi. Bu sonuçlar, tebukonazolün pembe balıkların hormonal dengenini ve üreme kapasitelerini bozabileceğine işaret ediyor.

Moleküler düzeyde, kimyasal maruz kalma gen aktivitesinin düzenlenmesine ilişkin bazı mekanizmaları değiştirmiştir. Bu değişiklikler, daha önce belirtilip gözlemlenen metabolizma, bağışıklık ve üreme düzeyindeki bozulmalara katkıda bulunabilir.

Genel olarak, POMELO projesinin sonuçları, fungisit tebukonazolun balıklarda hücre işleyişinden bireyin genel sağlığına ve üreme başarısına kadar birçok temel fonksiyonu etkilediğini göstermektedir. Sonuçlar, fungisitin daha önce bilinen etkilerini doğrularken, moleküler, epigenetik ve mikrobiyal verilerin birleştirilmiş çalışması sayesinde rol alan yeni mekanizmalar hakkında da yeni bilgiler sunmaktadır.

Daha bütüncül bir yaklaşıma, insan sağlığına kadar

Bu çalışma, çevresel kimyasal kirlenmenin balık sağlığına ilişkin risk değerlendirmesinin iyileştirilmesine katkıda bulunmuştur. Tebukonazol fungisitin etkileri üzerine elde edilen bu sonuçlar, pestisit gibi kimyasal maddelerin kullanımının izlenmesi ve su ekosistemlerinin sağlığının korunması için koruyucu önlemlerin alınması gerekliliğini ortaya koymaktadır.

Gelecek perspektifleri, artık « exposome » kavramını hesaba katan daha bütüncül bir yaklaşıma yönelmektedir. Amaç, organizmaların yaşam boyu boyunca kirleticilerin çeşitliliğini, etkileşimlerini ve kümülatif etkilerini değerlendirmektir.

Risk değerlendirmesi böylece One Health (Tek Sağlık) yaklaşımı çerçevesinde insan sağlığına kadar genişletilecek; ekosistemler, hayvanlar ve insan için ortak maruz kalma yolları incelenecektir.

CombiTAC projesi, 2024 yılı Çevre-Sağlık-İş Ulusal Araştırma Programı (PNR EST) kapsamında finanse ediliyor ve birden fazla kirleticinin (tebukonazol, toksik algler ve virüsler) tritanın sağlığı üzerindeki birleşik etkilerini, aynı zamanda insan sağlığı üzerindeki etkilerini inceliyor. Böylece, tüketim için avlanan balıkların etinde biriken kirlilik maddelerinin tespit edilmesi ve miktarının belirlenmesi mümkün olacak.

« Yüksek kapasiteli çok-omik platform: Balıklarda endokrin sistemi bozan stres faktörlerinin analizi (POMELO) » projesi, Ulusal Araştırma Programı (PNR EST) kapsamında finanse edilmiş olup, Anses (Ulusal Sağlık, Gıda, Çevre ve İş Güvenliği Ajansı) tarafından koordine edilmektedir. 2006 yılında kurulan PNR EST, günümüze kadar yaklaşık 750 projeye destek vermiştir. PNR EST ile ilgili tüm bilgilere buradan ulaşabilirsiniz.

Webinarımıza ücretsiz katılın The Conversation – Anses, 12 Kasım Perşembe saat 17.00’de « Sağlık: Kirlilik, patojenler, stres… İnsanlar ve tüm canlılar neye maruz kalıyor? » konusunda. Bilgi ve kayıt için buraya!

• endokrin sistemi bozan maddeler