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Jun 11, 2023

Modulation der toxischen Wirkung von CuSO4 durch sulfatierte Polysaccharide, die aus Braunalgen (Sargassum tenerrimum) in Danio rerio als Modell extrahiert wurden

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 11429 (2023) Diesen Artikel zitieren 334 Zugriffe 1 Altmetric Metrics Details Kupfer wird aufgrund seiner hohen Desinfektionsfähigkeit häufig in der Landwirtschaft und Aquakultur verwendet

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Kupfer wird aufgrund seiner hohen Desinfektionseigenschaften und relativ geringen Kosten häufig in der Landwirtschaft und Aquakultur verwendet. Allerdings kann der Anstieg der Kupferkonzentration durch Verdunstung zu einer Verschmutzung der Wasserreservoirs führen, was der Gesundheit der Verbraucher schaden kann. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Rolle von sulfatierten Polysacchariden (SPs), die aus Sargassum tenerimum-Algen gewonnen werden, bei der Reduzierung von durch das Schwermetall Kupfer verursachten Läsionen zu bestimmen. Zebrafische (Danio rerio) wurden in fünf Behandlungen als menschliches Modell verwendet. Die negativen und positiven Kontrollgruppen erhielten eine Diät, die null Prozent SPs enthielt, während die Versuchsgruppen 56 Tage lang in drei Behandlungen mit 0,5 %, 1 % und 1,5 % SPs gefüttert wurden. Schließlich wurde CuSO4 nur der positiven Kontrollgruppe ausgesetzt und die Gruppen wurden mit SPs gefüttert. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Rückgang des Aktivitätsniveaus der Enzyme ALT (39–16 U/ml), AST (67–46 U/ml) und ALP (485–237 U/ml) und bestätigten damit die Ergebnisse histopathologischer Studien in CuSO4-exponierte Gruppen. Die Zugabe von SPs zur Ernährung führte aufgrund der geringeren Gewebeschädigung zu einer signifikanten Reduzierung (sig < 0,05) der Mortalität. Darüber hinaus wurde aufgrund der entzündungshemmenden Eigenschaften und der Schutzwirkung von SPs ein signifikanter Rückgang (sig < 0,05) in der relativen Expression der Gene Il-1β und Tnf-α beobachtet.

Kupferverbindungen wie CuSO4 werden häufig als Methode zur Bekämpfung parasitärer Krankheiten eingesetzt, die durch Krebstiere, unerwünschtes Algenwachstum und das Wachstum von Pilzen und Bakterien in Wasserressourcen verursacht werden. Darüber hinaus wird diese Verbindung in der Landwirtschaft als Fungizid zur Bekämpfung von Pilz- und Bakterienkrankheiten in Obst und Gemüse eingesetzt1. CuSO4 ist auch an der Bildung von Chlorophyll und dem Phänomen der Photosynthese beteiligt und stimuliert die Produktion von Vitamin A, was es zu einem nützlichen Düngemittel macht2. Allerdings kann der übermäßige Einsatz von CuSO4 und die Verwendung hoher Konzentrationen in der Landwirtschaft und Aquakultur Wasserquellen verunreinigen, was trotz seiner sterilisierenden Eigenschaften und relativ geringen Kosten schädlich für die Umwelt, den Verbrauch und die Zielverbraucher sein kann.

Eine wirksame Methode zur Kontrolle der Auswirkungen von Schwermetallen kann die Verwendung natürlicher bioaktiver Verbindungen sein, die nicht nur die Immunität des Körpers stärken, sondern auch die schädlichen Auswirkungen von Schwermetallen verringern können2,3. Algen sind eine reichhaltige Quelle für Polysaccharide, insbesondere in der Zellwandstruktur, und stellen leicht verfügbare und kostengünstige Quellen für die Extraktion sulfatierter Polysaccharide (SPs) wie Alginat und Fucoidan dar. Polysaccharide sind Polymere aus einfachen Zuckern, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind, und werden häufig in verschiedenen Produkten verwendet, darunter Stabilisatoren, Emulgatoren, Lebensmitteln und Getränken4. Natürliche bioaktive Verbindungen, die in Algen vorkommen, wie Carrageenan, Agar, Alginat, Fucoidan, Mannitol und andere, besitzen chelatbildende Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, Schwermetalle zu entfernen5,6.

Bisher wurde über die Wirkung mehrerer Fucoidan-Produkte verschiedener Algenarten auf die Immunaktivität berichtet. Fucoidan-Strukturen können von Art zu Art und sogar je nach Extraktionsmethode variieren, und diese Unterschiede können zu Unterschieden in den biologischen Aktivitäten, wie z. B. immunologischen Aktivitäten, führen7,8. In der Forschung von Lee et al.9 wurden die entzündungshemmenden Wirkungen von Fucoidan, das aus der Alge Ecklonia cava gewonnen wurde, modellhaft an Zebrafischen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass aus E. cava extrahiertes Fucoidan eine signifikante entzündungshemmende Wirkung gegen Schwanzamputationen und Entzündungen aufweist9. Kang et al.10 berichteten über die schützende Wirkung des aus dieser Alge gewonnenen Polyphenolextrakts gegen Apoptose und Zellschäden, die durch Ethanol und oxidative Exposition in vitro und in vivo verursacht werden10.

Die von Abdel-Daim et al.11 durchgeführte Studie untersuchte die Auswirkungen der Fütterung von Niltilapia (Oreochromis niloticus) mit Aflatoxin und Fucoidan, die aus Laminaria japonica extrahiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit Aflatoxin gefütterte Gruppe hohe Werte an ALT, AST, ALP, Cholesterin, Harnstoff und Kreatinin sowie deutlich verringerte Mengen an Gesamtprotein, Glutathionperoxidase, Superoxiddismutase und Katalase aufwies11. Im Gegensatz dazu zeigte die mit Fucoidan gefütterte Gruppe einen signifikanten Rückgang der Aktivitätsniveaus der ALT-, AST- und ALP-Enzyme, des Cholesterins, des Harnstoffs und des Kreatinins, während die Werte des Gesamtproteins, der Glutathionperoxidase, der Superoxiddismutase und der Katalase erhöht waren11. Algen gelten als umfangreiche und erneuerbare Quelle natürlicher Verbindungen, von denen viele nachweislich bioaktive Eigenschaften besitzen, die für verschiedene Anwendungen, darunter Landwirtschaft, Aquakultur und Lebensmittelindustrie, von Vorteil sein könnten. Insbesondere aus Algen gewonnene sulfatierte Polysaccharide (SPs) haben gezeigt, dass sie das Wachstum und die Immunität von Tieren fördern können. Es ist jedoch wenig über das Potenzial von SPs zur Minderung von Stress bekannt, der durch Umweltstressoren wie Kupfersulfat in Fischfarmen verursacht wird. Ziel dieser Studie war es daher, die Auswirkungen der oralen Aufnahme von SPs auf die Linderung des durch Kupfersulfat verursachten Stresses in Fischfarmen zu untersuchen und ihr Potenzial als Nahrungsergänzungsmittel für Wassertiere zu bewerten.

Zebrafische (Danio rerio) wurden vom Zuchtzentrum für Zierfische gekauft. Um die Eingewöhnung zu erleichtern und ihre Gesundheit zu gewährleisten, wurden die Fische zunächst zwei Wochen lang gezüchtet. Während dieser Zeit erhielten sie eine handelsübliche Diät. Danach wurde SPs-Ergänzungsdiät 8 ​​Wochen lang in 5 Behandlungen (jede Behandlung mit 3 Wiederholungen) verwendet, einschließlich Negativkontrolle (N. Con.), Positivkontrolle (P. Con.), gefüttert ohne SPs, die Gruppe wurde mit 0,5 % gefüttert, 1 % und 1,5 % der SPs, dann wurden sie am Ende der Kulturperiode eine Woche lang CuSO4 ausgesetzt. Nach der Betäubung der Fische für Genexpressionsstudien und Ganzkörperextrakt-Assays (WBE) wurden die Ganzkörperproben mit sauberen und sterilisierten Tüchern getrocknet, um überschüssiges Wasser zu entfernen, und dann sofort in flüssigen Stickstoff getaucht. Das WBE wurde in Phosphatpuffer (pH 7,4) extrahiert und der Überstand wurde für WBE-Assays verwendet und die RNA wurde mit dem Wizol-Extraktionskit12 extrahiert. Für histologische Untersuchungen wurden Leberproben entnommen. Während der Aufzuchtperiode wurden Wassertemperatur, gelöster Sauerstoff und Gesamthärte mit 26 ± 1,5 °C, 6 ± 0,98 mg/L bzw. 470 ± 25 mg/L gemessen.

Das in dieser Studie verwendete sulfatierte Polysaccharid wurde mit der Methode von Yang et al.13 aus Sargassum tenerimum-Algen extrahiert. Die benötigten Mengen an SPs wurden abgewogen, in destilliertem Wasser gelöst und als Spray zum Futter gegeben. Die tägliche Fütterung bestand aus 3 % der Biomasse für die ersten 3 Wochen und 5 % der Biomasse für die letzten 5 Wochen der Kulturperiode für jede Behandlung.

CuSO4 wurde in Pulverform unter der Marke Sigma gekauft. Entsprechend den Wasserbedingungen der Stauseen vor dem Experiment wurde zur Bestimmung des LC50 ein Vortest durchgeführt, bei dem 60 Fische unterschiedlichen Konzentrationen von CuSO4 ausgesetzt wurden (0, 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,3, 0,4, und 0,5 mg/L) in dreifacher Ausfertigung. Der LC50-Wert wurde mit 0,2 mg/L CuSO4 in 96 Stunden berechnet, indem die breiten Konzentrationen untersucht wurden.14,15,16 Am Ende der Kulturperiode mit experimenteller Ernährung wurden 60 Fische nach dem Zufallsprinzip für jede Behandlung ausgewählt und dann CuSO4 ausgesetzt. Die Konzentration von CuSO4 in der Hauptstudie wurde als \(\frac{1}{2}\) des LC50 für jeden Tank (0,1 mg/L) für eine einwöchige Expositionszeit verwendet.

Die Gesamtprotein-, Albumin-, Cholesterin-, Glukose-, ALP-, ALT- und AST-Enzyme wurden mit einem kommerziellen Biochemie-Kit unter Verwendung der spektrophotometrischen Methode (Biochrom, Libra S12) gemessen, basierend auf den Anweisungen in den von Zeist Chem Diagnostics, Iran, zugelassenen Kits. Die Menge an Gesamtimmunglobulin wurde berechnet, indem die Proteinkonzentration in der Ausgangsprobe und die Proteinkonzentration nach der Fällung mit Polyethylenglykol dividiert wurden17.

Nach dem Schlagen wurden die Ganzkörpergewebeproben gemäß den Anweisungen des von Wizol zugelassenen RNA-Extraktionskits mit Ultraschall behandelt. Die cDNA-Synthese wurde mit dem cDNA-Synthese-Mastermix von GENET BIO gemäß den Anweisungen des Kits durchgeführt. Um die Qualität der extrahierten RNA und cDNA zu messen und die Qualität der Primer zu bestätigen (die Sequenz und andere Spezifikationen der Primer sind in Tabelle 1 aufgeführt), wurden in jeder Phase ein normaler PCR-Test zusammen mit einer Agarosegelelektrophorese durchgeführt und schließlich Die Proben wurden in das Echtzeit-PCR-Gerät gegeben.

Lebergewebeschnitte wurden zum Schneiden gemäß Santos et al.18 zur Dehydrierung, Klärung, Paraffinisierung und Formung vorbereitet. Es wurden 5 µm-Schnitte von Lebergewebe hergestellt und auf einen Glasobjektträger geklebt. Schließlich wurden histologische Untersuchungen und Untersuchungen möglicher Lebergewebeschäden nach Färbung mit Hämatoxylin-Eosin (H&E) unter einem Lichtmikroskop (Nikon ECLIPSE E100) mit 100–400-facher Vergrößerung durchgeführt19,20.

Zur Analyse der Daten wurde eine einseitige Varianzanalyse mit der Software SPSS22 durchgeführt und der Duncan-Test zum Vergleich der Mittelwerte verwendet. Der Unterschied zwischen den Mittelwerten verschiedener Behandlungen wurde mit einem Konfidenzniveau von 95 % ermittelt. Die Ergebnisse der relativen Genexpression wurden mit der 2−ΔΔCt-Methode in der Excel-Software im Vergleich zum β-Actin-Referenzgen berechnet.

Alle experimentellen Verfahren wurden von der GUASNR-Ethikkommission (Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources) genehmigt. Es bestätigte, dass alle Experimente in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt wurden, wie in den ARRIVE-Richtlinien (PLoS Bio 8(6), e1000412, 2010) beschrieben.

Alle experimentellen Verfahren im Zusammenhang mit den Fischen entsprachen den ethischen Standards für die ethische Überprüfung des Fischwohls der GUASNR (Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources).

Die Studie wird gemäß den ARRIVE-Richtlinien (Animals in Research: Reporting In Vivo Experiments) berichtet. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000412

Gemäß Tabelle 2 zeigen die Ergebnisse der Studie, dass der durchschnittliche Prozentsatz der Sterblichkeit nach Kupfersulfatexposition bei der Negativkontrollbehandlung Null betrug, bei der Positivkontrollbehandlung 89,1 %, bei den Behandlungen 0,5 %, 1 % und 1,5 % betrugen 73,9 %, 47,8 % bzw. 39,1 %.

Die Glukosemenge (Abb. 1) war in der Negativkontrollbehandlung im Vergleich zu anderen Gruppen deutlich geringer und der höchste Wert war in der Gruppe zu verzeichnen, die mit einer Diät mit 1,5 % SPs gefüttert wurde (sig < 0,05). Die Exposition gegenüber CuSO4 verursachte eine signifikante Senkung (sig < 0,05) des Blutcholesterins in der Positivkontrolle und der Gruppe, die mit 0,5 % SPs gefüttert wurde, es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied (sig < 0,05) zwischen anderen Behandlungen beobachtet (Abb. 1).

Glukose und Cholesterin in Körperextrakten von Zebrafischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit unterschiedlichen Mengen an aus S. tenerimum-Algen extrahierten SPs gefüttert wurden. Nicht ähnliche englische Kleinbuchstaben in jeder Spalte weisen auf einen signifikanten Unterschied auf der 0,05-Ebene hin. Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung.

Gemäß Abb. 2 wurden die höchsten und niedrigsten signifikanten Werte (sig < 0,05) des Gesamtproteins in der Gruppe, die mit 1 % SPs gefüttert wurde, bzw. in der Positivkontrollgruppe gemessen. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen der Negativkontrollgruppe und der Gruppe beobachtet, die mit 1,5 % SPs gefüttert wurde (Sig < 0,05). Die Ergebnisse des Gesamtimmunglobulins (Abb. 2) zwischen der positiven Kontrollgruppe und der Gruppe, die mit 0,5 % SPs gefüttert wurde, zeigten keinen signifikanten Unterschied (sig < 0,05), aber der Gesamtimmunglobulinspiegel dieser beiden Gruppen war im Vergleich zu den anderen Gruppen signifikant niedriger ( sig > 0,05). In den Gruppen unter CuSO4-Exposition (Abb. 2) wies die positive Kontrollgruppe die geringste Albuminmenge auf, und mit der Erhöhung der SP-Konzentration stieg auch der Albuminspiegel signifikant an (sig < 0,05), also der höchste Albuminspiegel wurde für die negative Kontrollgruppe und die mit 1,5 % SPs gefütterte Gruppe gemessen (sig < 0,05).

Gesamtprotein-, Gesamt-Ig- und Albuminspiegel in Körperextrakten von Zebrafischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit unterschiedlichen Mengen an aus S. tenerimum-Algen extrahierten SPs gefüttert wurden. Nicht ähnliche englische Kleinbuchstaben in jeder Spalte weisen auf einen signifikanten Unterschied auf der 0,05-Ebene hin. Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung.

Die Menge des ALT-Enzyms (Abb. 3) zeigt, dass sie in Gruppen unter CuSO4-Exposition mit zunehmender SP-Konzentration signifikant abnimmt (sig < 0,05). Der ALT-Enzymspiegel in der Negativkontrollgruppe und der Gruppe mit 1,5 % SPs zeigte keinen signifikanten Unterschied (sig < 0,05). Der Vergleich des AST-Enzymspiegels (Abb. 3) zwischen den Gruppen zeigte einen signifikanten Unterschied zwischen der Positivkontrollgruppe und der Negativkontrollgruppe (sig < 0,05). Außerdem wurde ein signifikanter Unterschied in den negativen und positiven Kontrollgruppen mit den 0,5 %- und 1 %-SPs-Gruppen beobachtet (Sig < 0,05). Der ALP-Enzymspiegel (Abb. 3) war in der negativen Kontrollgruppe am niedrigsten (sig < 0,05) und am höchsten in der positiven Kontrollgruppe (sig < 0,05), der mit zunehmender SP-Konzentration deutlich abnahm (Signatur > 0,05).

ALT-, AST- und ALP-Enzymaktivitätsniveaus in Körperextrakten von Zebrafischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit unterschiedlichen Mengen an aus S. tenerimum-Algen extrahierten SPs gefüttert wurden. Nicht ähnliche englische Kleinbuchstaben in jeder Spalte weisen auf einen signifikanten Unterschied auf der 0,05-Ebene hin. Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung.

Gemäß Abb. 4 war das höchste relative Expressionsniveau des Lysozym-Gens in der Positivkontrolle und in den 1,5 % SPs-Gruppen (sig < 0,05). Das relative Expressionsniveau des Tnf-α-Gens (Abb. 4) zeigte, dass das höchste signifikante Niveau (sig < 0,05) der Positivkontrollgruppe und das niedrigste signifikante Niveau (sig < 0,05) den 1- und 1,5-%-Gruppen entspricht. Gemäß Abb. 4 wurde das höchste signifikante Niveau (sig < 0,05) der relativen Expression des Il-1β-Gens für die Positivkontrollgruppe gefunden und das niedrigste Niveau auch für die Gruppe 1 und 1,5 % SPs (sig < 0,05).

Relatives Expressionsniveau des Lysozym-Gens, des Tumor-Nekrose-Faktor-Gens (Tnf-α) und des Interleukin-Gens (Il-1β) in Zebrafischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit unterschiedlichen Mengen an aus S. tenerimum-Algen extrahierten SPs gefüttert wurden. Nicht ähnliche englische Kleinbuchstaben in jeder Spalte weisen auf einen signifikanten Unterschied auf der 0,05-Ebene hin. Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung.

Die Exposition gegenüber CuSO4 bei Zebrafischen führt zu Gewebeschäden in der Leber. Durch die Erhöhung der SP-Konzentration wurde der beobachtete Gewebeschaden verringert (Tabelle 3). Die Hauptschäden, die im Lebergewebe bei Behandlungen unter CuSO4-Exposition beobachtet wurden, waren Vakuolisierung und Nekrose der Leberhepatozyten in der Positivkontrollgruppe und den Gruppen mit 0,5 % SPs (Abb. 5).

Schädigung des Lebergewebes durch CuSO4-Exposition bei Zebrafischen, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von aus S. tenerimum-Algen extrahierten SPs gefüttert wurden. Abbildung (A) und (B) Lebergewebe in der Negativkontrollgruppe (keine Exposition), normaler Gallengang (a), normale Leberhepatozyten (b). Abbildung (C) und (D) Lebergewebe bei Fischen der Positivkontrollgruppe (CuSO4-Exposition), Gallengang (a), Zellkern (b), intensive Vakuolisierung der Leberhepatozyten (c), Degeneration und Nekrose in Leberhepatozyten (d). Abbildung (E) und (F) Lebergewebe von Fischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit 0,5 % SPs gefüttert wurden, normaler Gallengang (a), Zellkern (b), Vakuolisierung der Leberhepatozyten (c), Degeneration und Beginn des Prozesses Nekrose in Hepatozyten. Leber (d), Zentralvene (e), Blutzellen (f). Abbildung (G) und (H) Lebergewebe von Fischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit 1 % SPs gefüttert wurden, sinusförmiger Raum (a), Vakuolisierung von Leberhepatozyten (b), Vene mit Blutzellen (c). Abbildung (I) und (J) Lebergewebe von Fischen, die CuSO4 ausgesetzt und mit 1,5 % SPs gefüttert wurden, normaler Gallengang (a), Leberhepatozyten (b), Sinusraum (c), Beginn der Vakuolisierung der Leberhepatozyten (d) .

Algen sind kostengünstige Quellen für bioaktive Verbindungen, die bei Verbrauchern verschiedene Eigenschaften wie Wachstumsstimulierung, Appetitanregung, erhöhte Immunität und erhöhte Widerstandskraft gegen Krankheiten bieten21. In den letzten Jahren hat der Einsatz bioaktiver Verbindungen in verschiedenen Branchen besondere Bedeutung erlangt. Allerdings erfordert die Verwendung neuer Verbindungen als ernährungsmedizinische Verbindungen viel Forschung und Forschung über die Wirkung dieser Verbindungen auf den physiologischen Zustand und die Gesundheit von Tieren, weshalb die Untersuchung der verschiedenen Eigenschaften bioaktiver Verbindungen sehr wichtig ist.

Die Beständigkeit gegen CuSO4-Exposition hängt von Faktoren wie Wasserhärte, Temperatur, pH-Wert, Art, Ausmaß der Manipulation, Größe und Alter, verschiedenen biologischen Stadien und Ernährungsbedingungen ab. Das Auftreten einer Massensterblichkeit bei Fischen weist auf die Unfähigkeit hin, sich an Umweltfaktoren anzupassen, und individuelle Verluste werden oft durch die Unfähigkeit von Individuen verursacht, sich an die geschaffenen Bedingungen anzupassen22,23. Der Überlebensprozentsatz zeigt auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Faktoren und Umwelteinflüssen an24.

Diese Studie zeigt die positive Wirkung von aus S. tenerimum-Algen gewonnenen SPs auf die Toleranz gegenüber Expositionsbedingungen, die durch das Schwermetall Kupfer bei Zebrafischen verursacht werden. Während dieses Experiments starben 89,1 % der Positivkontrollgruppe innerhalb von 94 Stunden unter CuSO4-Exposition. Durch die Erhöhung der SP-Konzentration zeigte sich ein deutlicher Rückgang des Sterblichkeitstrends, so dass durch die Zugabe von 0,5 % der SP die Sterblichkeitsrate 73,9 % betrug und durch die Erhöhung der SP-Konzentration auf 1,5 % die Sterblichkeitsrate auf 39,1 % gesenkt wurde. .

Im Allgemeinen führt eine Schädigung des Leberparenchyms zu einem Anstieg der Serumtransaminasen25, und daher ist ein Anstieg der AST-, ALT- und ALP-Enzyme ein Zeichen einer primären Zellschädigung, die den Spiegel dieses Enzyms im Blutserum widerspiegelt. Herz, Leber, Niere und Milz gehören zu den primären Organen, die von Stoffwechselreaktionen verschiedener Stoffe betroffen sind. Die Leber, ein Schlüsselorgan für den Stoffwechsel und die Entgiftung xenobiotischer Verbindungen25, kann gegenüber verschiedenen Verbindungen anfällig sein. Die Leber ist eines der Hauptorgane für die Plasmareinigung, Homöostase und Entfernung von Giftstoffen und Giftstoffen aus dem Körper. Histologische Untersuchungen der Leber belegen die Fähigkeit von SPs, die Resistenz gegen das Schwermetall Kupfer zu erhöhen26,27,28. Die meisten Leberschäden traten bei der Positivkontrollgruppe auf, die nur mit der Grundnahrung gefüttert wurde, und das Ausmaß der Gewebeschäden nahm mit zunehmender SP-Konzentration ab. SPs verfügen über eine hohe antioxidative Fähigkeit und eine starke Chelatisierung von Schwermetallen, was aufgrund ihrer antioxidativen Eigenschaften möglicherweise verhindert hat, dass sich der Schaden verstärkt, wenn es CuSO ausgesetzt wird426,27,28.

Da Körperflüssigkeiten an verschiedenen Stoffwechselprozessen beteiligt sind, können Veränderungen in ihrer Zusammensetzung als nützliche Indikatoren für den physiologischen Zustand eines Tieres dienen29. Daher sind Serumuntersuchungen ein wichtiges diagnostisches Instrument zur Beurteilung der Gesundheit lebender Organismen29.

Der Blutzucker ist ein sehr variabler Parameter, der stark von manipulativen und umweltbedingten Einflüssen wie Ernährungszustand, saisonalen Veränderungen und Geschlechtsreife beeinflusst wird30. Der Glukosespiegel wird häufig als Indikator für die Belastung von Fischen mit Schwermetallen verwendet31. Ein Anstieg der Glukosekonzentration ist eine sekundäre Reaktion auf Stressfaktoren, sodass das Ausmaß des Glukoseanstiegs die Reaktion des Körpers auf die Metallexposition anzeigt32. Cholesterin ist eine wachsartige Substanz mit Lipidcharakter, die als Vorstufe für die Synthese einiger Hormone und Vitamin D notwendig ist, das zum größten Teil von der Leber und der Darmwand hergestellt wird.

Unter Stressbedingungen kann der Blutzuckerspiegel nach den Ergebnissen der Positivkontrollgruppe aufgrund schwerer Leberschäden ansteigen, der Glukose- und Cholesterinstoffwechsel zeigte einen deutlichen Rückgang. Die Expositionsmenge nahm zu und die Cholesterinproduktion ging deutlich zurück. Bei den Behandlungen, die SPs aufgrund seiner schützenden Eigenschaften für Leberzellen26,27,28 erhielten, wurden weniger Gewebeschäden beobachtet und das Ausmaß der Exposition nahm ab. Daher näherten sich die Glukose- und Cholesterinspiegel mit zunehmender Konzentration der SPs den normalen Werten an, sanken jedoch nicht . Der Anstieg des Glukosespiegels im Vergleich zur Negativkontrollgruppe kann auf zwei Gründe zurückzuführen sein: die zuckerhaltige Natur der SPs und das Vorhandensein von CuSO4-Exposition sowie Gewebeschäden und einen verringerten Leberstoffwechsel33,34.

Eine Abnahme des Gesamtproteins, des Albumins und des Gesamtimmunglobulins ist ein herausragendes Merkmal vieler Krankheiten und kann aufgrund von Leber- und Nierenversagen, einer verminderten oder einem Verlust der Proteinabsorption auftreten35,36,37,38. In dieser Studie war die Menge an Gesamtprotein, gefolgt von der Menge an Albumin und Gesamtimmunglobulin, gemessen an CuSO4-Exposition und Lebergewebeschädigung, bei den Positivkontrollbehandlungen und der 0,5 %-Gruppe deutlich niedriger als bei anderen Behandlungen. In Gruppen, die CuSO4 ausgesetzt waren und 1 bzw. 1,5 Prozent der SPs erhielten, stiegen die Werte für Gesamtprotein, Albumin und Gesamtimmunglobulin signifikant an. Dies kann auf die schützenden und antioxidativen Eigenschaften dieser Verbindung zurückzuführen sein, die das Auftreten einer beeinträchtigten Proteinsynthese in der Leber verhinderten26,27,28.

ALT ist ein leberspezifisches Enzym, das normalerweise als Reaktion auf Lebergewebeschäden ansteigt, während das AST-Enzym nicht nur aufgrund von Leberschäden, sondern auch bei Herz- und Muskelverletzungen ansteigt. ALP ist bei einem alkalischen pH-Wert am aktivsten und kommt in Geweben wie der Milz, der Darmwand, der Thymusdrüse und den Hoden vor, obwohl die höchste Konzentration in der Leber zu finden ist35,36,37,38,39,40. Normalerweise steigt der Spiegel dieses Enzyms bei Leberläsionen und bei Gallengangsobstruktionen, Zysten und Leberabszessen. In dieser Studie führte die Zugabe von SPs zur Ernährung bei allen experimentellen Behandlungen zu einer signifikanten Verringerung der Aktivität der AST-, ALT- und ALP-Enzyme im Vergleich zur Positivkontrollgruppe, was darauf hindeutet, dass SPs den durch CuSO4 verursachten Schaden reduzierten und Gewebeschäden verhinderten Verbreitung. Die Metallionen-Chelatbildung und die antioxidativen Eigenschaften von SPs sind wahrscheinlich für diesen Effekt verantwortlich41,42. Infolgedessen sanken die Spiegel der Enzyme AST, ALT und ALP deutlich. Der Anstieg der Werte der AST-, ALT- und ALP-Enzyme in der Positivkontrollgruppe lässt darauf schließen, dass CuSO4 Stresszustände auslöst und die Leberfunktion beeinträchtigt, was letztendlich zur Mortalität in dieser Gruppe führt.

Lysozym hydrolysiert glykosidische Bindungen und ist als lytisches Enzym bekannt, und seine Aktivität wird üblicherweise als einer der Parameter der angeborenen Immunität angesehen23. Il-1β gilt als einer der entzündungsfördernden Faktoren, die den Körper im Kampf gegen mikrobielle Krankheitserreger und Gewebeschäden schützen, indem sie die Steigerung der Phagozytenaktivität stimulieren, die Anzahl der Makrophagen erhöhen und die Produktion von Lysozym43 erhöhen. Tnf-α unterstützt auch das angeborene Abwehrsystem, indem es die Zellen zur Chemotaxis und Phagozytose anregt, um verschiedene Krankheitserreger zu eliminieren44. Obwohl ein Anstieg oder Rückgang des Niveaus der Genexpression nicht notwendigerweise einen Anstieg oder Rückgang der Produktion des Endprodukts bedeutet45, kann man sagen, dass bei der Expositionsinduktion das Niveau der Transkription des Gens geändert wird, um es in ein spezifisches Gen zu übersetzen Protein, um eine spezifische Reaktion durchzuführen und Expositionsbedingungen zu überwinden46,47,48. In dieser Studie hängt das relative Expressionsniveau des Lysozym-Gens in den Behandlungen nicht von den Behandlungen ab, es ist jedoch möglich, dass aufgrund der CuSO4-Exposition das Niveau der Genexpression gestiegen ist, um mit der Invasion von zurechtzukommen Krankheitserreger. Durch die Zugabe von SPs über die Nahrung war der lebende Organismus besser in der Lage, Expositionsbedingungen zu tolerieren, und es kam außerdem zu weniger Leberschäden. In diesem Fall könnte es an der schützenden und antioxidativen Eigenschaft des Polysaccharids liegen41,42, dass das Expressionsniveau der Gene Il-1β und Tnf-α bei Dosen von 1 % und 1,5 % der SPs zur Bekämpfung von Entzündungen einen signifikanten Rückgang gezeigt hatte und phagozytotische Reaktion.

Weitere detaillierte Studien sind erforderlich, um endgültige Schlussfolgerungen zur Wirksamkeit von SPs als Ergänzung für kommerzielle, industrielle und pharmazeutische Zwecke zu ziehen. In der vorliegenden Studie lässt die Beobachtung einer verringerten Gewebeschädigung und einer signifikanten Abnahme des Aktivitätsniveaus der ALT-, AST- und ALP-Enzyme, die durch die Ergebnisse histologischer Studien gestützt wird, jedoch darauf schließen, dass SPs mit ihren chelatbildenden und antioxidativen Eigenschaften , haben das Potenzial, vor Kupferexposition zu schützen und können als wirksame Ergänzung dienen.

Die im Rahmen der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind aufgrund der Förderverantwortung nicht öffentlich zugänglich, können aber auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor angefordert werden.

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Diese Studie wurde von der Baqiyatallah University of Medical Sciences unterstützt.

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Mohammad Nejatian und Sepideh Abbaszadeh

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Tahereh Bagheri

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Monireh Sheykhi

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Alle Autoren waren an allen Laboranalysen und dem Verfassen des Artikels beteiligt.

Korrespondenz mit Ashkan Zargari oder Mohammad Nejatian.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zargari, A., Nejatian, M., Abbaszadeh, S. et al. Modulation der toxischen Wirkungen von CuSO4 durch sulfatierte Polysaccharide, die aus Braunalgen (Sargassum tenerrimum) in Danio rerio als Modell extrahiert wurden. Sci Rep 13, 11429 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38549-0

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Eingegangen: 15. April 2023

Angenommen: 10. Juli 2023

Veröffentlicht: 15. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38549-0

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