1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg logo_mu_cerne.gif • Luděk Bláha, PřF MU •Účinky toxických látek • •Projevy molekulárních mechanismů na úrovni buňky a organismu • • OPVK_MU_stred_2 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Co by si student(ka) měl(a) odnést ? •Znát hlavní procesy na úrovni buněk (dělení, apoptoza, diferenciace…) a –interpretovat vazby dolů (ßmechanismy) –i nahoru (à organismus) • •Znát projevy toxických látek na úrovni organismu –Živočichové (konzumenti) –Rostliny (producenti) –Bakterie (destruenti / dekompozitoři) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •Přehled (ke každému znát základní informace) • •- interakce látek s DNA •- inhibice enzymových aktivit •- narušení přirozené fluidity membrány •- narušení redox-potenciálu •- narušení gradientů na membránách •- kompetice se substráty / přirozenými ligandy •- indukce stresových proteinů •Připomenutí efekty toxikantů na molekulární a biochemické úrovni 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BUŇKA a toxicita http://www.sszdra-karvina.cz/bunka/bi/03eu/obr/euk.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Buňka, její osud a řízení (1) (2) (3) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Buněčný cyklus a jeho význam • •Regulace správného vývoje organismu během embryogeneze • •Obnova tkání v dospělém organismu • •Správné rozdělení genetického materiálu do dceřiných buněk • •Kontrola a oprava genetické informace, protinádorová kontrola • •… a další 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif REGULACE v buněčném cyklu • Regulace bun cyklu •Kontrolované faktory: •Extracelulární signály •Správná posloupnost událostí •Bezchybnost procesů •Dokončení každé fáze před zahájením další • •Principy řízení •Fosforylace/Defosforylace proteinů •Cykliny / CDK (cyklin- dependentní kinázy) • •Velký význam proteinu p53 •Cíle toxických látek •(„receptory“) à aktivace / inhibice à toxicita Mechanismy: modulace enzymů Signálování, regulace 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Protein p53 -význam v kontrole buněčných procesů p53-diagram 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Osudu buněk v průběhu cyklu • •Normální buněčný osud 1) Konstantní cyklování během života organizmu, nebo 2) Časově omezená proliferace à senescence , nebo 3) Terminální diferenciace , nebo 4) Buněčná smrt – apoptóza • •Rovnováha – pečlivé sledování klíčových systémů • Integrita buněčné membrány • Aerobní respirace (mitochondrie) • Proteosyntéza (ribozomy) • Integrita genetické informace • …. jejich poškození à toxicita https://www.i-med.ac.at/imcbc/bc/bilder/picture3.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Důsledky poškození molekulárních procesů uvnitř buněk • Viditelné projevy toxicity na úrovni buněk 1) Akutní a nekontrolované poškození (úplná destrukce) à nekróza 2) Poruchy v hlavních kontrolovaných řídících pochodech v buňkách à buňka nejčastěji kontrolovaně apoptozuje (příp. nekroptozuje – nově objevený mechanismus) à … neopravitelné změny v dělení, apoptoze, diferenciaci: à Patologie v uvedených procesech à Maligní zvrat (nádory) à Poruchy apoptozy (imunotoxicita) à atp. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BUNĚČNÁ SMRT • NEKRÓZA •patologický jev •bobtnání buňky •kondenzace chromatinu •dezintegrace membrán •buněčná autolýza •zánět •zajizvení APOPTÓZA • •buněčná sebevražda •fyziologický jev •smrštění buňky •fragmentace DNA •membránové blebování •apoptotická tělíska •chybí zánětlivá reakce •bez následků 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif http://www.aibnsus.org/images/Cell.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklady - důsledky a projevy na úrovni buněk • •Poruchy dělení buněk •Rychle se dělící buňky (nádory) •Poruchy imunitního systému (řada procesů zahrnujících dělení buněk) •Poruchy diferenciace •Významná poškození zejména v ranném vývoji (embryotoxicita, teratogenita) •Vznik nádorů (buňky nejsou diferencované) •Poruchy v imunitním systému (řada diferenciačních procesů) •Poruchy apoptozy •Vznik nádorů (poškozené buňky nesměřují k apoptoze) •Poruchy v imunitním systému (TCDD à indukce apoptozy v thymu) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Projevy toxicity na úrovni organismu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Hlavní funkce organismu Přijatá energie (u všech organismů) se rozděluje na hlavní funkce: - Udržování života (… délka života) - Růst (zvětšování vlastní hmoty) - Rozmnožování - Signály a jejich zpracování 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Hlavní skupiny organismů 1 •Dělení dle biologie • Jednobuněčné (nediferencované) • Prokaryotické (mikroorganismy) • Eukaryotické – prvoci apod. • Mnohobuněčné (eukaryota) • Živočichové • Rostliny • (Houby) http://www.aldebaran.cz/bulletin/2010_16/cells.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Hlavní skupiny organismů 2 • •Dělení funkční v ekosystémech (à reflexe v Ekotoxikologii) • Producenti •Konzumenti •Destruenti / Dekompozitoři • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •PRODUCENTI • •- Rostliny, řasy, sinice - 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •- hlavní zdroj energie a organické hmoty v ekosystémech - zdroj kyslíku pro ostatní organismy - ekonomicky významné organismy •potraviny, zdroje surovin (dřevo) .... - esteticky významné organismy - •Ekotoxicita pro producenty má zásadní význam pro celý ekosystém •PRODUCENTI a jejich význam •Producenti: •ŘASY •VYŠŠÍ ROSTLINY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Fotosyntéza - - Unikátní metabolický proces u producentů (rostliny, řasy) •(pozn. mají i „respiraci“ jako živočichové !) - - Změny fotosyntetické aktivity dobrým ukazatelem intoxikace • •Možnosti sledování • - inhibice produkce kyslíku • - změny fluorescence fotosyntetických pigmentů •TOXICKÉ ÚČINKY NA FOTOSYNTÉZU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Sledování fotosyntézy http://www.ekotechnika.cz/uploaded/gallery/products/gallery/big/AC_LCi_SD.jpg •Gazometrie (IR) - měření spotřeby CO2, produkce O2 •Selektivní elektrody – měření O2 ve vodném prostředí • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif E3 •Sledování fluorescence chlorofylu v listech FC3DView1 •Sledování fluorescence •Impuls světla à absorbce chlorofylem à emise světla (červené) (u poškozených rostlin změny v intenzitě a kinetice fluorescence) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Toxické látky - - specifické účinky - řada herbicidů cílena na blokaci přenosu elektronů mezi fotosystémy - - nespecifické účinky – toxické kovy, narkotická toxicita, akutní toxicita plynů •TOXICKÉ ÚČINKY NA FOTOSYNTÉZU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Herbicidy – př. Diuron (DCMU) a Paraquat •(narušení přenosu elektronů při fotosyntéze) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •inhibitory fotosyntézy: •triazinové herbicidy (př. Atrazin), fenyl-karbamáty, substituované močoviny (př. Diuron) (zejména část fotosystému II. vazba s bílkovinou v chloroplastech, tlumí se Hillova reakce fotosyntetického přenosu elektronů) •syntetické auxiny: •Deriváty kyseliny fenoxyoctové – např.- MCPA, nebo 2,4-D. dicamba, dichlorprop, clopyralid, fluroxypyr (deformace listů, nadměrný růst, vyčerpání rostliny) •inhibitory syntézy aminokyselin: •sulfonylmočovina, triazolopyrimidin, glyfosát = produkt RoundUp (zastavení růstu) •inhibitory buněčného dělení: •chlor-acetamidy, karbamáty (zejména na klíčící plevele) •inhibitory syntézy karotenoidů: •diflufenican, clomazone, isoxaflutol (doplňkové pigmenty, narušení tvorby barviv, včetně chlorofylu, vybělení) •inhibitory acetyl-CoA—karboxylázy: •cyklohexandion a další (metabolismus glukózy) • •Předpokládá se, že student zná některé zástupce herbicidů – zejm. vyznačené (názvy a orientační strukturu) •HERBICIDY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Akutní efekty •- inhibice fotosyntézy a další poruchy metabolismu (žloutnutí a změny na listech, další poruchy – krupičkovatost jehlic stromů) - indukce detoxikačního aparátu - inhibice růstu (resp. množení – např. často měřený parametr u řas) a letalita - •Důsledky akutních efektů na producentech v ekosystému: •- změny složení společenstva - ztráty citlivých druhů producentů a nahrazení oportunisty (sinice vs. zelené řasy) •- snížení diverzity à jediný resistentní druh (hory: vrcholové louky – např. třtina křovištní; vodní nádrže – jeden druh sinice, např. Microcystis) •- likvidace producentů v ekosystému = kolaps, katastrofy (např. zemědělské monokultury, monokultury smrku – velká citlivost i např. na škůdce: kůrovec) • •Projevy – akutní toxicita u rostlin 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif figure4 figure4 figure4 figure4b figure4 •Projevy akutní intoxikace •Příklad: experiment vliv kovů na fotosyntézu (množství chlorofylu-a) •Příklad: krupičkovitost a poškození pigmentů na listech producentů 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •1) Genotoxicita - prokázána v laboratořích ale také in situ • •Důsledky: - poruchy rozmnožování (gametické mutace v semenech) à populační změny (změna demografie – ubývání mladých jedinců, semenáčků ...) - (vzácný) výskyt chemicky indukovaných nádorů u rostlin - - •2) Poruchy klíčení, růstu a zdraví rostlin, pozdní letalita • •Důsledky: - následné populační změny (změny demografie) - podobné jako u akutních efektů (ztráty citlivých druhů – ztráty producentů, změny společenstva ...) •PRODUCENTI – chronické a pozdní efekty 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif figure4 •Arabidopsis thaliana •- modelový organismus v biologii; - studium a průkaz mutací (indukce mutací – optické změny v barvě listů) figure4 •Nádory u rostliny - nejčastěji v důsledku infekcí nebo parazitů - prokázány ale také po indukci chemikáliemi 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •KONZUMENTI • •- ŽIVOČICHOVÉ - • •- BEZOBRATLÍ - •- OBRATLOVCI - (ryby, obojživelníci, ptáci, savci) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •- významný článek v ekosystémech - regulace početnosti nižších pater potravních pyramid - mezistupně pro konzumenty vyšších řádů - •- terminální konzumenti - dravci - málo početné populace - velmi citlivé ke stresu - -relativně dobře prostudovaná skupina - patří sem i člověk • •- ekonomicky i esteticky velmi významná skupina - • •KONZUMENTI WHALE08A 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Akutní a chronická toxicita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Příčina akutní toxicity - zásadní narušení fungování některého funkčního systému (nebo většího počtu funkčních systémů) v organismu - zpravidla po působení vysokých koncentrací (dávek) - •Projevy akutní toxicity - poruchy přijímání potravy - poruchy dýchání, bezvědomí • à Nejčastější konečný důsledek letalita • •Biochemické mechanismy v akutní toxicitě … - příčiny mohou být velice různorodé (všechny mechanismy) - zásadní (destruktivní) porušení hlavních procesů •Účinky na úrovni organismu - AKUTNÍ TOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Russom et al. Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 16, No. 5, pp. 948–967, 1997 •Skupiny látek a mechanismy AKUTNÍ EKOTOXICITY u ryb 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1)Náhlé změny: vyhynutí všech konzumentů à narušení potravních řetězců à přemnožení producentů à nárůst degradovatelné biomasy (destrukce organické hmoty bakteriemi à vyčerpání kyslíku) à celková degradace ekosystému 2)Dlouhodobější změny • změny diverzity, složení společenstev • převládání rezistentních druhů (např. nitěnky, pakomáři v kontaminovaných akvatických ekosystémech) • •AKUTNÍ TOXICITA - důsledky pro ekosystém E3 motalidad de carpa TajoPPT https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTxPTn0kjfolyiPZQZRb_e7ggWe0PR2Z67BpBmtzd608cC -j49fOA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Chronické (subletální) účinky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Mechanismy chronické a pozdní toxicity •- méně prostudované než akutní efekty, které jsou snadno vidět - obtížnější poznání a identifikace - pomalé, ale významné efekty v ekosystémech • • •Řada projevů: à karcinogenita à teratogenita a vývojová toxicita •à reprodukční toxicita à orgánově specifické typy toxicity àImunotoxicita àNeurotoxicita àNefrotoxicita • ... a další typy (hepatotoxicita, hematotoxicita) - - •CHRONICKÁ a POZDNÍ TOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •KARCINOGENEZE proces tvorby nádorů • - benigní nádor (nemetastázující, lokalizovaný, léčitelný) • - maligní nádor (=rakovina) • •Karcinogeny - látky vedoucí k tvorbě nádorů • (chemicky indukovaná karcinogeneze) •(existují i další typy nádorů: indukce onkoviry, vrozené ...) • • •Existuje korelace mezi látkami mutagenními vs. karcinogenními • Ze 175 známých karcinogenů 90% jsou mutageny • Ze 108 známých nekarcinogenů jen 13% jsou mutageny • •KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •4 hlavní fáze karcinogeneze: - iniciace (změny na DNA) = mutageneze - promoce (fixace změn v genomu, další mutace, buňka roste neomezeně, blokace apoptozy) •- transformace (vznik maligní buňky) •- progrese (neoplasmie, metastázování) • •KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Prostředí a rakovina • •Vznik a vývoj nádoru: mnohostupňový proces • •Rakovinná buňka musí během života získat •(genetická dispozice nebo působení vnějších/envi faktorů) •mnoho nových vlastností • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •V procesu karcinogeneze (v různých fázích) hraje roli •velké množství různých mechanismů • •Mutagenita / reaktivní toxicita / oxidativní stres • à změny DNA • • •Inhibice nebo aktivace signálních drah • - přímo v transformovaných buňkách • - v ostatních buňkách (např. imunosuprese – viz dále) •Modulace jaderných receptorů • • à poruchy regulace dělení buněk (proliferace) • à poruchy apoptozy •KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Významná a studovaná zejména u člověka • •Řada studií prokazujících význam i u nehumánních organismů: • • - aflatoxiny v potravě (ryby v sádkách, domácí zvířata - hepatokarcinomy) • • - kontaminace sedimentů PAHs a dalšími organickými látkami (neoplasie kůže, játra, ryby: USA - Pudget Sound, Boston Harbour, Velká jezera, Evropa - Porýní ...) • • - papírny (pulp mills) (Švédsko - skeletální deformity u štik) - řada chlorovaných derivátů org. látek (bělení papíru) •KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif E3 E3 • • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Přímo pozorovatelné projevy • - vznik a vývoj nádorových buněk • - histopatologické leze v tkáních • •Biochemické změny – biomarkery vývoje nádorů • - prozkoumané u lidí • - příklady: • odběry krve (detekce proteinů produkovaných nádory): • CEA - Carcinoembryonic antigen – nádory a fetus • AFP – alfa-fetoprotein – hepatokarcinom • PSA – prostate-specific antigen • odběr tkáně: • identifikace mutace v genech (př. ras) • status receptorů (estrogenní, Her-2/Neu a další) • •Jak se pozná rakovina in vivo ? 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Endokrinní disrupce 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •ZPĚTNÁ VAZBA •Schéma hormonálních regulací v organismu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Důsledky porušení procesů řízených hormony • - Narušení vývoje a sexuální diferenciace (estrogeny, androgeny) - - Poruchy rozmnožování (estrogeny, androgeny) - - Teratogenita (estrogeny, androgeny, thyroidy) - - Poruchy v metabolismu (kortikoidy, thyroidy) - - Imunotoxicita (estrogeny, thyroidy, dioxinové látky) - - Alergizace •Důsledky endokrinní disrupce 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Projevy ED u bezobratlých •(mlži) • •První průkaz ED v historii • - imposex u mořských plžů • •* vývoj samčích pohl. orgánů u samic •* působení alkyl-sloučenin cínu (tributyl-cín) •* nátěry na lodích proti růstu bioty („antifouling agent“) - dogwhelks 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Lidské hormony: estrogeny v antikoncepčních přípravcích 1 1 • • • • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Kidd, K.A. et al. 2007. Collapse of a fish population following exposure to a synthetic estrogen. Proceedings of the National Academy of Sciences 104(21):8897-8901 •Controls +Ethinylestradiol •5 ng/L (!) •7 years 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Mechanismů EDC je mnoho .. Mnohé zůstávají neznámé • •Jaké mechanismy už známe? ZEJMÉNA působení na „Nukleární (jaderné) receptory“ •Jak EDC fungují ? 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif ØSTEROIDNÍ HORMONY (ER, AR, GR..) ØEstrogeny, androgeny ØGlukokortikoidy, mineralokortikoidy ØTHYROIDNÍ HORMONY (ThR) ØŘízení růstu ØRETINOIDY (RAR/RXR) ØVývoj, embryogeneze, vidění … Ø ØAhR Ødioxiny •„Přirozené“ ligandy nukleárních receptorů 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Nejlépe prozkoumaný biomarker estrogenity u vejcorodých obratlovců (zejména ryby) • •VITELOGENIN (Vtg) - prekurzor vaječného žloutku, - syntéza v játrech je indukována přítomností estrogenů (aktivace estrogenního receptoru) - normální produkce u samic před pářením • •! U samců přítomnost estrogenních receptorů • à průkaz Vtg u samců (!) = feminizace •Identifikace endokrinní disrupce in vivo - biomarkery 1 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Reprodukční toxicita, vývojová toxicita, teratogenita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Reprodukce • - kritický proces cyklu pro populační dynamiku a přežití • - rozmnožování probíhá za velice optimálních podmínek • •Reprodukce je spojena s vývojem/růstem/pohlavní zralostí • - úzké propojení Reprodukční a Vývojové (developmental) toxicity • •REPRODUKČNÍ a VÝVOJOVÁ TOXICITA https://sites.google.com/site/adesignframeworkforevolution/design-patterns-in-evolution/developpmet mouse.jpg •Reprod •Reprod 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Toxikanty narušují reprodukci a vývoj na různých úrovních: • •Nepřímé působení (u dospělců, ale i vývojových stádií) • endokrinní disruptory, neurotoxiny – viz jinde • •Gamety • * u vnějšího oplození (ryby, obojživelníci) přímá expozice, malá velikost/velký relativní povrch X řada obalů: obrana • * vliv na KVANTITU a KVALITU • velikost a množství vajíček, životnost spermií • •Časná vývojová stádia (vývojová toxicita) • * kvalita embryí (množství žloutku, kvalitu skořápek u ptáků – viz DDE) • * vývoj embryí a příp. larev (EMBRYOTOXICITA) : malformace během vývoje (TERATOGENITA) • •Poruchy časného vývoje à neschopnost dalšího rozmnožování •REPRODUKČNÍ a VÝVOJOVÁ TOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Vývoj zárodku • - řada kritických stadií, náročná synchronizace - regulace buněčných procesů (proliferace / diferenciace / apoptóza) - procesy velmi citlivé na působení toxikantů •Nejcitlivější fáze • - organogeneze • - zejména u obojživelníků: úplná metamorfoza • •Embryotoxicita •= Obecný pojem: toxicita pro embryo • •TERATOGENITA •= Morfologické vývojové poruchy •malformace, chybějící/přebývající orgány, poruchy růstu - dobře charakterizována zejm. u obratlovců - sledování v testech ekotoxicity - Danio rerio, Xenopus laevis (viz také dále) •Vývojová toxicita (toxicita pro časná vývojová stádia) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Fig2C Fig2B •TERATOGENITA - příklady Kunisuke01 •Příklady teratogenů • - organochlorové látky, pesticidy (DDT, DDE) • - moderní pesticidy – herbicid ATRAZIN • - PCBs a látky s dioxinovou toxicitou obecně, • - toxické kovy -> ptáci/ryby/plazi-želvy • - metabolity ve vodních květech sinic • •Embrya (pulci) X. laevis •Kontrola malformace: sinice •Halančík (medaka) teratogenita PCBs 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Orgánově-specifické typy toxicity Imunotoxicita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Tox-Stimul-Defic •Narušení funkcí imunitního systému • • •Stimulace IS - Vznik alergií • - Autoimunitní choroby • •Suprese IS - Infekční choroby • - Neschopnost odstraňovat nádory • •Oba mechanismy narušení jsou škodlivé ! 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • • •Důsledky imunomodulací (imunotoxicity) • - porušení proti-infekční a proti-nádorové ochrany • - neschopnost reagovat na vakcíny • - imunopatologie (autoimunita, hypersensitivity) • •Působení imunomodulačních faktorů: • - přímo na buňky I.S. • - na jiné buňky, které modulují I.S. (neuroendokrinní řízení) • • •TCDD – velmi významný imunotoxikant •Prenatální expozice TCDD (a dalším ligandům AhR) • à indukce apoptozy v brzlíku • à kompletní destrukce („konvoluce“ brzlíku) • à narušení vývoje T-buněk: řídící elementy celého IS • à systémové imunosuprese • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příčiny imunomodulací (pozitivní i negativní) 1)Primární = Genetická fixace 2) Sekundární = získané během života (vliv prostředí) - imunitní systém je citlivě regulován - již malé změny regulací à velké efekty - řada faktorů - metabolismus a výživa - záření (včetně slunečního) - věk - poranění (např. popáleniny) - chronické infekce - chemické látky - stres - spojení s hormonálním řízením AIDS: retroviry (integrace do genomu) - HIV-1, HIV-2 infikuje řídící T-buňky důsledky: selhání IS - smrt v důsledku oportunních infekcí - neobvyklé nádory 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •Příklady •- vymírání delfínů a tuleňů na morbilivirové infekce - korelace s PCBs, PCDDs •- zvýšené incidence kožních onemocnění u ryb z kontaminovaných oblastí •- As -> přímá toxicita pro buňky odstraňující nádory (NK) – karcinogenita As •- imunotoxicita v důsledku embryo-fetální expozice PCDDs -> konvoluce brzlíku (úplná degradace / apoptoza)– organismus bez T-buněk 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Orgánově-specifické typy toxicity NEUROTOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •1] AKUTNÍ toxicita - křeče, selhání CNS, smrt udušením atp. • •2] CHRONICKÉ ÚČINKY à populační změny atd. •Změny v chování - kritické pro přežití: reprodukční chování, hledání kořisti, potravní zvyky, ochrana před predátory, učení a paměť, orientace, komunikace, socializace a lokomoce • • •Příklady neurotoxických kontaminantů •* Insekticidy (organofosfáty, karbamáty …) •Vliv látek na nervový systém NEUROTOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif - narušení synchronizace uvolňování gamet při páření vodních živočichů (bezobratlích i obratlovců) •- uvolňování a recepce feromonů u hmyzu •- ptáci / savci - poruchy složitého reprodukčního chování (vábení apod.) •- synchronizace potravních zvyků s proudy/přílivem-odlivem u řady měkkýšů • à nižší reprodukční úspěch • •- snížení schopnosti lovit potravu u ryb (Hg kontaminovaná místa) •- snížení rychlosti zahrabání (schování před predátory) u škeblí • à nižší fitness • •NEUROTOXICITA – chronické projevy: příklady 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Orgánově-specifické typy toxicity Nefrotoxicita (příklad diclofenac) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Nefrotoxicita – příklad DICLOFENAC • • • • • • • • • http://img2.allvoices.com/thumbs/image/609/480/103574038-diclofenac-drug.jpg http://www.painstopanswers.com/images/diclofenac.jpg •Diclofenac •Zástupce ze skupiny NSAD (nonsteroidal antiinflammatory drugs •Podobné účinky (tlumí projevy zánětu) jako ibuprofen, paralen •Používání ve veterinární medicíně • •àneočekávané akumulace v domácích zvířatech •àvelká toxicita pro dravce (mrchožrouty) •: neočekávaná NEFROTOXICITA à akutní mortalita • •Velký problém v Indii a Pakistánu, ale i v Evropě (Řecko, Španělsko, Itálie, Kypr) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Poruchy růstu a příjmu potravy 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Akutní snížení přijmu potravy • - reflektuje akutní i chronický zdravotní stav • à ovlivnění růstu • •Další příčiny poruch příjmu potravy snížený příjem potravy v důsledku snížených schopností vyhledat, chytit a konzumovat kořist • - chemosenzory / vizuální zpracování informace / koordinace a lokomoce (důsledky neurotoxicity) • •Účinky prokázány u řady zvířat a toxikantů/stresorů • - ryby vs. kovy • - ryby vs. změny habitatu • - zvěř vs. infekce (imunosuprese po působení organochlorových látek) • •Sledování změn v příjmu potravy • – citlivý parametr i v experimentálním testování (eko)toxicity • •ZMĚNY PŘÍJMU POTRAVY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •RŮST •- důležitý parametr umožňující přežít a rozmnožovat se •- integruje příjem potravy • asimilaci a využití energie během dlouhé doby • •- Důsledky zpomalení růstu: • à zpožděné dosažení reprodukční vyspělosti • à snížený reprodukční úspěch • à populační změny • • •Sledování růstu •– citlivý parametr i v experimentálním testování (eko)toxicity •– hodnocení velikosti jedinců (hmota, délka…) NEBO celých populací (zákal při růstu bakterií, množství chlorofylu u zelených řas atd.) • •POŠKOZENÍ RŮSTU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Příklad: vliv PAH (fototoxicita +/- UV) na růst ryb •Modelový organismus – halančík rýžovištní (Japanese medaka) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •DESTRUENTI / DEKOMPOZITOŘI • •- BAKTERIE & DALŠÍ MIKROORGANISMY – •tj. houby, plísně, kvasinky • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Funkčně velmi důležitá složka ekosystémů - recyklace živin a materiálu (biogeochemické cykly) - udržení úrodnosti a kvality půdy - biodegradační procesy v půdě - samočistící schopnost vody atd. •Význam destruentů (bakterie, mikroorganismy) http://askabiologist.asu.edu/sites/default/files/image/ecosystems/ecosystem_movement.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Bio-geo-chemické cykly • •Jen pro připomenutí … studenti by se měli orientovat v klíčových procesech * Koloběh vody, * Koloběh kyslíku * Koloběh dusíku * Koloběh uhlíku • * Koloběh síry * Koloběh fosforu * Koloběh vodíku • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •1) jedno(málo)buněčné - velký specifický povrch - snadný cíl řady toxických látek - •2) Relativně dobrá ochrana před okolím (buněčná stěna) • •3) rychlý růst a dělení - zpravidla dobrá adaptace populací na změny podmínek (viz příklady – vznik rezistencí) • •Specifické vlastnosti mikroorganismů v kontextu ekotoxikologie http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/EscherichiaColi_NIAID.jpg/210px-Escherichi aColi_NIAID.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif • •Důsledky ekotoxicity pro destruenty •Narušení základních funkcí mikroorganismů: • … snížená metabolická aktivita • … snížení recyklace materiálu v ekosystémech • …. neschopnost samočištění a biodegradací toxických látek • •Genotoxicita • obecný problém změny genofondu v ekosystému • další důsledky genotoxicity u bakterií: • selekce bakterií resistentních na antibiotika • selekce virulentních bakterií • -> zvýšené infekce u vyšších organismů • -> úmrtnost na infekce: populační změny ! •DESTRUENTI (dekompozitoři) - účinky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif •Připomínka - selekce ATB-rezistentních bakterií