 |
Evaluation of combined effects of antibiotics and endocrine disrupting chemicals on fish growth
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128705 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
Ács, András |
| Title in Hungarian |
Antibiotikum és endokrin rendszert károsító anyagok együttes hatásának vizsgálata a halnövekedés ütemére |
| Title in English |
Evaluation of combined effects of antibiotics and endocrine disrupting chemicals on fish growth |
| Keywords in Hungarian |
Antibiotikum, endokrin rendszer, haltenyésztés, halnövekedés |
| Keywords in English |
Antibiotics, endocrine disrupting chemicals, aquaculture, fish development |
| Discipline |
| Pisciculture, fishery (Council of Complex Environmental Sciences) | 60 % | | Animal physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % | | Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Environmental risks |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Department of Aquaculture (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences) |
| Participants |
Czimmerer, Zsolt
Ferincz, Árpád
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2022-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
32.095 |
| FTE (full time equivalent) |
3.72 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Számos tógazdaság fokozza trágyázás által a planktonnövekedést és a halnövekedés gyorsítása érdekében. Az intenzív állattartó telepekről (marha, sertés, vagy szárnyas) trágya azonban számos nem kívánatos kemikáliát is tartalmazhat, mint például jelentős mennyiségű antibiotikumot és endokrin rendszert károsító anyagot, főként az állatok által kiválasztott ösztrogén típusú hormont. Ezek a mikroszennyezők a trágyázás során a vízbe jutva, káros hatást fejtenek ki a nevelt halakra. Ez a megnövekedett energiafelhasználás és a romló tápanyaghasznosulás miatt végül a halak növekedési ütemének lassulásához vezet. Jelen kutatási elsődleges célja az antibiutikumok és hormonok együttes, halnövekedésre gyakorolt lassító hatásának vizsgálata. Ezt a célt négy lépésen keresztül éri el, génexpressziós, biokémiai, biológiai vizsgálatok különösen hatékony eszköz tarát alkalmazva zebradánión és pontyon a növekedési ütem és tápláltsági állapot meghatározása érdekében:
1.A kiválasztott mikroszennyezők halak növekedési ütemére gyakorolt hatásának vizsgálata, mely a későbbi vizsgálatok referencia adatául szolgál
2.A kiválasztott mikroszennyezők kétkomponensű keverékeinek halak növekedési ütemére gyakorolt hatásának vizsgálata, nem monoton dózis-válaszok azonosítása érdekében
3.A kiválasztott mikroszennyezők környezeti relevanciával rendelkező elegyeinek halak növekedési ütemére gyakorolt hatásának vizsgálata, amely lehetővé teszi a laboratóriumi eredmények környezeti mintákkal való összehasonlítását.
4.Növekedési és tápláltsági markerek vizsgálata tógazdasági körülmények közt
A vizsgálatok toxikológiai és gazdasági szempontból kiemelkedő fontosságú adatok széles skáláját eredményezik
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A mikroszennyezők, mint az antibiotikumok és az endokrin rendszert károsító anyagok a környezetben komplex keverékek formájában vannak jelen. Ezen mikroszennyezők a trágyázás gyakorlata révén nagy mennyiségben kerülhetnek a tógazdaságok vizébe, ahol toxikus hatásuk révén számos káros hatást kifejtve, a nevelt halak növekedési ütemének csökkenését okozhatják. Némely esetben, a szennyezőanyagok együttes hatása eltérhet a feltételezett dózis-hatás mintázattól, előre nem látható, vagy ismeretlen kölcsönhatások miatt. Irodalmi adatok, valamint előzetes eredményeink alapján nem-monoton dózis-hatás mintázat feltételezhető jelen esetben is. Jelen kutatás eredményei kiegészítik a kiválasztott antibiotikumok és endokrin rendszert károsító anyagok és keverékeik toxikológiai profilját az által, hogy:
1. hatásukat önmagukban és keverékként is vizsgálja zebradánión és pontyon.
2. leírja mechanisztikus hatásaikat, azonosítja sajátos elegyek által kiváltott nem-monoton dózis-válaszokat.
3. különös figyelmet fordít a növekedési ütem, tápláltsági állapot, génexpressziós és biokémiai marker szintek összefüggéseire, valamint, hogy pontyot alkalmaz a vizsgálatok során. Így az eredmények különösen hasznosak a tógazdaságok számára.
4. génexpressziós és biomarker vizsgálati módszereket alkalmaz, lehetővé téve az expozíciós és hatásútvonalak lehető legvalósághűbb feltérképezését.
5. környezeti relevancia alapján összeállított keverékek hatását veti össze környezeti mintákkal.
6. lehetővé tesz a haltermelők számára a legmegfelelőbb forrásból származó trágya kiválasztását a halnövekedés maximalizálása érdekében.
7. ökotoxikológiai és gazdasági jelentőséggel egyaránt bíró adatokat gyűjt.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A trágyázás gyakorlatát számos tógazdaság alkalmazza a planktontermelés fokozása érdekében. Ugyanakkor, az intenzív állattartó telepekről származó trágya jelentős mennyiségű szennyezőanyagot, így antibiotikumot és endokrin rendszert károsító anyagot tartalmazhat. Ezek a mikroszennyezők számos káros hatást gyakorolhatnak a nevelt halakra önmagukban is. Összetett keverékeikben, ezek az anyagok gyakran mutatnak előre nem látható dózis-válasz mintázatot, ahogy azt a legújabb kutatások és korábbi eredményeink is feltételezik. Manapság a toxikológia egyik legnagyobb kihívása a kemikáliák keverékeinek eredő hatásának megértése, holott a természetben a szennyező anyagok ritkán fordulnak elő önmagukban. Jelen kutatás célja, hogy laboratóriumi körülmények közt értékelje az endokrin rendszert károsító anyagok és antibiotikumok keverékeinek együttes hatását, hogy a laboratóriumi eredményeket környezeti minták eredményeivel vesse össze és végső soron bizonyítékokon alapuló hatásvizsgálat segítségével kockázatbecslést adjon a trágya antibiotikum és endokrin rendszert károsító anyagtartalmával kapcsolatban. Ezért, e kevésbé kutatott témakörben születtet eredmények várhatóan jelentősen elősegítik a mikroszennyezőkkel kapcsolatos kutatásokat, mindazonáltal közvetlenül hasznosíthatók a haltermelésben, a tógazdaságok hatásfokának növelése érdekében.
Az alkalmazott nagy hatékonyságú, biokémiai, biológiai és génexpressziós markerek vizsgálatán alapuló vizsgálati rendszer segítségével nagy részletességű képet alkothatunk vizsgált kémiai keverékek által kiváltot toxikus hatások mechanisztikus útvonalairól. A toxikus hatásmechanizmusok, biokémiai marker szintek és mikroszennyezők által indukált génexpressziós markerek részletei tovább árnyalják a komplex biológiai rendszerekben zajló folyamatokat.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Kutatásunk fő célja az antibiotikum és hormonális mikroszennyezők tógazdaságok haltermelési hatásfokára gyakorolt hatásának tanulmányozása. Ezek a mikroszennyező anyagok állati trágyával kerülhetnek a halastavakba, ahol a haltáplálék céljából történő planktontermelés fokozására használják. Az antibiotikumok és a hormonhatású anyagok számos káros hatást okozhatnak a vízi élőlényekben, keverékeikben pedig megjósolhatatlan mérgező hatást válthatnak ki a különböző élőlényekben. Ezen együttes hatások vizsgálata manapság a toxikológia egyik legnagyobb kihívását jelenti. Hogy jobban megérthessük a szennyezőanyag keverékek által kiváltott biológiai folyamatokat és kölcsönhatásokat, elengedhetetlen eme kevésbé kutatott terület tanulmányozása.
Kutatásunk a vizsgált szennyezőanyagok és szennyezőanyag keverékek jellemzése révén hozzájárul a környezet védeleméhez, valamint a haltermelők számára elősegítik az egészségesebb és környezetbarát halhús előállítását.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Different types of manures are commonly used as fertilizer to enhance planktonic growth in semi-extensive aquaculture facilities to improve fish production. Manure deriving from intensive livestock farms (cattle, pig or poultry) may contain a number of undesirable chemicals, such as significant amounts of antibiotics and endocrine disrupting chemicals, particularly estrogenic hormones excreted by animals. These micropollutants, entering fish ponds via manuring, may exert various harmful effects in cultured fish, resulting through increased energy demand and reduced nutrient utilization efficiency ultimately in reduced growth rate. Therefore, the main aim of the present proposal is to evaluate the growth rate reducing effect caused by the joint-action of antimicrobials in the co-occurrence of hormones in aquaculture. This goal is reached in a four-step design, applying a robust toolset of gene expression, biochemical and biological markers in zebrafish (D. rerio) and common carp (C. carpio) to assess nutritional condition and growth rate:
1.Evaluation of growth rate effects of selected micropollutants in fish, serving as baseline data for later assessments in this proposal
2.Growth effect evaluation of binary mixtures of selected micropollutants in fish, to identify possible non-monotonic dose-responses
3.Effect evaluation of selected micropollutants in environmental relevant mixtures on growth of fish, which enables the comparison laboratory results to values measured in environmental samples
4.Assessment of nutritional and developmental markers in aquaculture facilities
As a result, a broad range of data will be provided of both toxicologic and economic significance
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Micropollutants, like antibiotics and endocrine disrupting chemicals, entering the environment, occur in complex mixtures. Through the application of manure as organic fertilizer, significant amount of these micropollutants may enter aquaculture facilities, exerting harmful effects in cultured fish, through various toxicological path, resulting in fish growth rate decrease. In several cases, the combined effect of pollutants can differ from the expected dose-response pattern, due to unforeseen or unknown interactions. Literature data and preliminary results suggest, that non-monotonic dose-responses may occur in this special case also. Proposed studies will contribute in completing the toxicological profiles of selected antibiotics and endocrine disrupting chemicals of concern, and their combinations by:
1.investigating both individually and as mixtures in zebrafish and common carp
2.description of the mechanistic effects that may be elicited, identification of non-monotonic dose-responses of special combinations
3.by paying special attention to correlation between growth rate, nutritional condition, gene expression and biochemical marker values, and by using common carp in trials, findings are particularly conducive for fish aquaculture facilities
4.performing gene expression and biomarker studies, which allows a more realistic assessment of impacts and exposure
5.comparing laboratory results of mixtures compiled in environmental relevant concentrations to environmental samples
6.enabling the fish producers to decide what type of manure to be used as organic fertilizer to minimize fish growth decrease
7.gathering data of both economic and ecotoxic significance
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Manuring in semi-extensive aquaculture facilities is a very common process to boost planktonic production. However, manure derived from intense livestock farms may contain significant amounts of different pollutants, including antimicrobials and endocrine disrupting chemicals. These micropollutants may exert various harmful effects on cultured fish even on their own. In complex mixtures, these chemicals are very likely to show unexpected dose-responses, as suggested by most recent studies and own preliminary data. Nowadays, one of the greatest challenges toxicology is to understand the joint effects of chemical mixtures, although in nature pollutants seldom exist on their own. Present proposal aims at evaluation of combined effects of antibiotics and endocrine disrupting chemicals in laboratory environment, to compere laboratory findings to environmental measured values and ultimately to give an evidence-based impact assessment of endocrine disrupting chemicals and antibiotics content of the manure on fish growth rate. Thus, results of this until now far less researched topic will promote future investigations in micropollutant research and can directly utilized in fish production to increase effectiveness of aquaculture facilities.
The applied robust assessment scheme, comprising of biochemical, biological and gene expression markers will provide a very detailed mechanistic pathway of toxic effects exerted by chemical mixtures of interest. Details on toxic mode-of-action, biochemical marker values and micropollutant exposition-induced gene expression marker values further shades processes involved in complex biological systems.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Goal of our research is to study effects of antimicrobial and hormonal micropollutants on fish producing efficiency of aquaculture facilities. These micropollutants may enter fish ponds via animal manure, used as organic fertilizer in aquaculture to boost planktonic production, serving as fish food. Antimicrobials and substances acting as hormones can exert various damages in aquatic organism. In mixtures, these pollutants may develop unexpected toxic reactions in organism. Assessment of combined effect of different pollutants is one of the greatest challenges in toxicology currently. In order to better understand the biological processes and interrelations triggered by pollutant mixtures, it is very important to study effects of this not so well investigated topic.
Results of this project will contribute to environmental protection by the characterisation of pollutants and pollutant mixtures investigated here, and fish producing facilities to produce healthier and eco-friendly food.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
