海洋植物プランクトンにおけるPAHの収着とその後の毒性の細胞ごとの推定

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Chemosphere.2020 Jul;259:127487. S0045-6535(20)31681-7. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127487.Epub 2020-07-01.

海洋植物プランクトンにおけるPAHの収着とその後の毒性の細胞ごとの推定

Cell-by-cell estimation of PAH sorption and subsequent toxicity in marine phytoplankton.

Sreejith Kottuparambil
Susana Agusti

PMID: 32650165 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127487.

抄録

多環芳香族炭化水素（PAH）は、沿岸の海洋環境ではどこにでも存在し、それに伴う生物への毒性が懸念されている。親油性のため、植物プランクトンの細胞内に蓄積し、海洋生態系の他の区画に移行する傾向があります。近年、紫外（UV）／青色スペクトル領域におけるPAHの本質的な蛍光特性を利用して、様々な生物組織におけるPAHの取り込みモード、局在性、凝集性を調べることが行われている。ここでは、紫外線励起フローサイトメトリーと蛍光顕微鏡を組み合わせたアプローチを用いて、3 種類の海洋性植物プランクトン種（Chaetoceros tenuissimus、Thalassiosira sp.およびProteomonas sp.）における 2 種類のモデル PAH（フェナントレンおよびピレン）の収着を定量的に評価した。Thalassiosira sp.はPAHの濃度勾配に48時間曝露した結果、PAHを吸収した細胞の割合が最も高かった（フェナントレンとピレンについては、それぞれ29％と97％）。さらに、細胞特異的パルス振幅変調(PAM)顕微鏡フルオロメトリにより、PAHの収着が個々の植物プランクトン細胞の光合成量子効率(F/F)を著しく低下させていることが明らかになった。本研究では、植物プランクトン細胞へのPAHの収着を検出するための迅速かつ高精度なハイブリッド法を開発した。本研究では、植物プランクトンの細胞レベルでの亜致死影響を明らかにした。本研究は、より関連性の高い毒性物質を吸着した亜集団における蛍光毒性物質の細胞特異的な影響に着目した初めての研究である。

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) have elicited increasing concern due to their ubiquitous occurrence in coastal marine environments and resultant toxicity in organisms. Due to their lipophilic nature, PAHs tend to accumulate in phytoplankton cells and thus subsequently transfer to other compartments of the marine ecosystem. The intrinsic fluorescence properties of PAHs in the ultraviolet (UV)/blue spectral range have recently been exploited to investigate their uptake modes, localization, and aggregation in various biological tissues. Here, we quantitatively evaluate the sorption of two model PAHs (phenanthrene and pyrene) in three marine phytoplankton species (Chaetoceros tenuissimus, Thalassiosira sp. and Proteomonas sp.) using a combined approach of UV excitation flow cytometry and fluorescence microscopy. Over a 48-h exposure to a gradient of PAHs, Thalassiosira sp. showed the highest proportion of PAH-sorbed cells (29% and 97% of total abundance for phenanthrene and pyrene, respectively), which may be attributed to its relatively high total lipid content (33.87 percent dry weight). Moreover, cell-specific pulse amplitude modulation (PAM) microscope fluorometry revealed that PAH sorption significantly reduced the photosynthetic quantum efficiency (F/F) of individual phytoplankton cells. We describe a rapid and precise hybrid method for the detection of sorption of PAHs on phytoplankton cells. Our results emphasize the ecologically relevant sub-lethal effects of PAHs in phytoplankton at the cellular level, even at concentrations where no growth inhibition was apparent. This work is the first study to address the cell-specific impacts of fluorescent toxicants in a more relevant toxicant-sorbed subpopulation; these cell-specific impacts have to date been unidentified in traditional population-based phytoplankton toxicity assays.