利用基因轉殖斑馬魚品系huORFZ之胚胎進行環境毒物的生物監測

Abstract

在監測水體狀況時，藉由觀察環境指標生物對毒性物質的分子或生理反應，而能評估水質汙染程度。然而就目前的環境偵測動物而言，在量化其生理變化或是細胞毒性時，往往需要耗時的生化方法來進行分析，因而無法作為快速偵測環境逆境的平台。先前實驗室建構含有人類CHOP mRNA 五端非編碼 (5’ untranslated region; 5’ UTR) 的上游開放閱讀框 (upstream open reading frame of CHOP; uORFchop) 之基因轉殖斑馬魚，稱之huORFZ。當huORFZ胚胎處於逆境之下，uORFchop抑制下游基因轉譯的能力下降，GFP因而表現而能對應到內質網壓力產生的情況。許多環境污染都會對生物體造成內質網壓力，因此便欲探討huORFZ活體胚胎應用於環境檢測的可行性。

本實驗針對毒性物質，如重金屬和環境荷爾蒙進行胚胎浸泡實驗。huORFZ胚胎在正常的環境下則不會被誘導綠螢光蛋白 (Green fluorescent protein; GFP) 表現; 但在低於半致死劑量處理下，huORFZ胚胎皆能因產生內質網壓力而被誘導表現出GFP，且對於不同的逆境處理，胚胎會呈現出具組織專一性的GFP表現模式。另外，大部分在huORFZ胚胎中的GFP表現位置符合內生性chop的表現模式。我們進一步選鎘、銅、陶斯松 (Chlorpyrifos) 之汙染做深入探討。觀察到GFP表現量會隨著處理濃度和處理時間增加而上升，顯示huORFZ系統能反映出逆境的強度大小; 若將經過逆境處理的huORFZ胚胎移回乾淨的水體中，可以觀察到GFP訊號及細胞凋亡的訊號皆逐漸下降，說明GFP訊號的改變可以反映胚胎生理狀況的變化。而huORFZ胚胎對於許多化學物質的偵測最小值 (Limit of detections; LODs) 也被檢驗出低於世界衛生組織 (World Health Organization:WHO) 所規範的飲用水標準值，顯示huORFZ胚胎在偵測該物質有極高的靈敏度。為了測試huORFZ系統是否能應用在真實水體汙染的檢測，我們實際採樣了河川水體並進行胚胎浸泡處理。實驗證明huORFZ胚胎能準確地偵測出水體中存有毒性物質，而huORFZ胚胎也藉由表現GFP指示出環境中的汙染已導致細胞內的壓力產生。綜合以上，我們證實huORFZ活體胚胎能提供即時的偵測結果，有潛力成為實用性高的水體汙染偵測動物模式。