Kirjoittaja viimeistelee parhaillaan väitöskirjaansa Turun yliopistossa fysiologian ja genetiikan osastolla, ja väittelee aiheestaan 22.4.2016 klo 12.15 Naturassa luentosalissa X. Kala-aiheisen väitöskirjan lisäksi hänen aikansa on viimeisen vuoden ajan kulunut Yhdysvalloissa lepakkotutkimuksen parissa. Vastapainoa tutkimukselle hän saa parhaiten ystävien kanssa vietetystä ajasta ja joogasta. Olipa hän sitten kotisuomessa tai maailmalla, hänet tavoittaa helposti twitterin kautta (nimim. @jm_prokkola) tai sähköpostitse (jmprok @ utu.fi).
The writer is wrapping up her doctoral studies at the section of physiology and genetics at the University of Turku and will present her thesis for public examination on the 22nd April 2016 at 12.15 in Natura lecture room X. Besides working on her thesis with fish, she has spent the last year researching bats and White Nose Syndrome in the United States. To keep a straight head, she enjoys relaxing with friends and doing yoga. Wherever she may be, it is pretty easy to reach her in Twitter (@jm_prokkola) or by emailing jmprok @ utu.fi.
Jätevedet sekoittavat signalointia kalojen kudoksissa
Lähes jokainen on kuullut ehkäisypillereiden aiheuttamasta koiraskalojen feminisaatiosta, jotkut jopa suojelevat lapsiaan muoviyhdisteiltä, mutta mitä vaikutuksia jätevesiemme kemikaaleilla on kaloihin kudostasolla? Muun muassa tähän kysymykseen olen etsinyt vastauksia viiden vuoden ajan tehdessäni väitöskirjaa ympäristömuutosten merkityksestä kalojen kudosten toiminnan ja biologisen kellon kannalta. Työni tuloksia voidaan soveltaa jätevesikemikaalien riskien arvioinnissa.
Väitöskirjassani tutkin millaisia yhteisvaikutuksia hypoksialla eli happipitoisuuden alenemisella ja vesistöihin valuneella tulehduskipulääke diklofenaakilla on kaloille. Jätevesien lääkejäämät ovat keränneet huomiota Suomen mediassa tälläkin viikolla kun tutkijat kerääntyivät pohtimaan tarvetta niiden poistamiseen jätevesistä.
Huolta tutkijoissa herättää etenkin kipulääkegeelissä käytettävä diklofenaakki (geeleistä imeytyykin elimistöön huomattavasti vähemmän lääkeainetta kuin suun kautta nautitusta tabletista, jolloin enemmän lääkettä päätyy jätevesiin). Diklofenaakki valikoitui tutkimusryhmämme kiinnostuksen kohteeksi, sillä useat aikaisemmat kokeet näyttivät sen kerääntyvän kalojen kudoksiin. Testasimme diklofenaakin yhteisvaikutuksia kaloihin hypoksian kanssa, sillä rehevöitymisen aiheuttamasta hajottajien hapenkulutuksen kasvusta voi seurata hapenpuutetta vesieliöille. Kalat altistuvatkin usein samanaikaisesti sekä rehevöitymiselle että jätevesipäästöille. Käytin tutkimukseen kolmipiikkiä; Suomessa ja muualla pohjoisella pallonpuoliskolla esiintyvää pikkukalaa, joka on ollut todellinen aarre ympäristöön sopeutumisen ja ympäristömuutosten vaikutusten tutkijoille.
Laboratorio-oloissa kuvattuja kolmipiikkejä (kuva: Jenni Prokkola)
Tulosteni mukaan hypoksian ja diklofenaakin yhteisvaikutukset voivat olla haitallisia ja välittyä osittain biologisen kellon kautta, mutta havaitut vaikutukset riippuvat paitsi tutkitusta kudoksesta, myös altistuksen kestosta ja tutkitusta vuorokaudenajasta. Vasteiden monimutkaisuus kuvastaa niitä haasteita, joita stressitekijöiden kokonaisvaikutusten arviointiin sisältyy. Vuorokaudenajan osuutta moniin eliöiden toimintoihin aletaan vasta hiljalleen ymmärtää, ja tulokseni kannustavat ottamaan tämän huomioon vastaisuudessa yhä paremmin.
Tutkin kolmipiikillä myös sitä, miten jätevesissä esiintyvät hormonihäiritsijät – ftalaatit ja estradioli – muuttavat koiraskalojen sukuelinten toimintaa. Hormonihäiritsijöillä tarkoitetaan elimistön ulkopuolisia yhdisteitä, jotka muuttavat elimistön omien hormonien toimintaa tai matkivat niitä päästessään elimistöön. Havaitsimme muun muassa ehkäisyvalmisteissa käytetyn estradiolin vaikuttavan moniin samoihin geeneihin kolmipiikillä kuin nisäkkäilläkin. Ftalaatin vaikutukset taas olivat erilaisia kuin estradiolin, ja osittain kaloille ominaisia.
Nämä tulokset auttavat ymmärtämään kemikaalien aiheuttamia hormonaalisia muutoksia, kuten koiraskalojen feminisaatiota ja ftalaattien aiheuttamia muutoksia siittiöiden toiminnassa. Sekä diklofenaakki- että hormonihäiritsijöiden tutkiminen auttoi lisäksi ymmärtämään kalojen biologiaa, sillä usein vasta muuttamalla elimistön normaalitilaa ymmärrämme esimerkiksi eri geenien merkityksen elimistön toiminnalle.
Tuntuu hurjalta ajatella miten paljon muutamme luontoa tietämättä tekojemme pitkäaikaisia vaikutuksia. Olemmekin jo pian tilanteessa, jossa ilmastonmuutos, ympäristön tuhoutuminen ja saastuminen pakottavat miettimään: Tarvitsemmeko luontoa, ja jos tarvitsemme, mitä aiomme tehdä sen pelastamiseksi? Mielestäni luonnon säästäminen tuleville sukupolville on tärkeä itseisarvo, ja yhtenä keinona siihen meidän tulisi vähentää lääkeaineiden ja muoviyhdisteiden määrää jätevesissä.
(kuva: Paula Haipus)
Väitöskirjani on saatavilla Turun yliopiston Doria-tietokannassa.
Lue aiheesta lisää:
Environment and Water: proposal to reduce water pollution risks.
Effluents disturb signaling in fish tissues
Most people are aware of the feminization of male fish by hormonal contraceptive pills, and some may even try to protect their children from plasticizers, but what effects do our effluent chemicals have on fish tissues? I have pondered in this question among others for the past five years while doing my PhD thesis on the impacts of environmental changes on tissue function and biological clocks in fish. In this post I’m focusing on the results that can be applied in the environmental risk assessment of effluent chemicals.
In the first half of my doctoral studies I focused on the effects of a simultaneous exposure to the painkiller diclofenac and decreased oxygen availability (hypoxia) on fish. EU-wide, the non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac has raised concerns on the risks it poses for aquatic wildlife.
Diclofenac is used especially in a painkiller gel that is often sold over-the-counter (and unfortunately the amount of medicine absorbed through the skin is much lower than when the drug is taken orally). We became interested in diclofenac after previous studies had shown it accumulates in the tissues of fish. Because fish are frequently simultaneously exposed to effluent chemicals and hypoxia –caused by the respiration of decomposers in eutrophic environments– we tested the effect of concurrent exposure to diclofenac and hypoxia on them. The species I investigated was the three-spined stickleback, which is a small, spiny fish that has been a huge asset for research on adaptation and responses to environment, due to the terrific ease and good resources for studying it.
Based on our results, the effects of diclofenac and hypoxia on fish can be negative and at least partially mediated through biological clocks. However, the effects we observed were entirely dependent on the studied tissue, the duration of exposure and the hour of sampling. This complexity reflects the challenges of evaluating the environmental risks of chemicals. In addition, the significance of daily rhythms in these responses is just slowly starting to emerge, and should be receiving a lot more attention in the future.
Using three-spined sticklebacks, I also investigated how two endocrine disrupting chemicals present in effluents affect the function of gonads in male fish. Endocrine disrupting chemicals are compounds that are able to interfere with or mimic the hormones produced naturally upon entering the body. We found that an artificial estrogen commonly used in contraceptive pills, ethinyl oestradiol, regulated expression in similar genes in the stickleback as in humans. In contrast, di-n-butyl phthalate, which is widely used in plastics and even nail polish, affected overall different genes than estradiol, including a fish-specific gene that is not found in humans.
Three-spined sticklebacks swimming in the laboratory (Picture: Jenni Prokkola)
These results help us understand previously described endocrine effects, such as the feminization of male fish by estradiols and disruptions in sperm development by phthalates. Overall, my results on diclofenac and on endocrine disrupters increased our understanding on fish biology, as sometimes disturbing the normal state or organisms is the best way to get insight into the genes and processes important for maintaining homeostasis.
After researching the molecular pathways affected by environment in fish, I find it terrifying to think how much humans are changing the natural environment without a good understanding of the consequences. The dramatic changes we’re observing now – climate change, habitat destruction and increasing chemicalization– are soon forcing us to ask: Do we really need nature, and if yes, how are we going to preserve it? I think conserving the environment is an important value in its own right, and as one part of the means for doing so we should decrease the amount of pharmaceuticals and plasticizers in wastewater effluents.
(Picture: Paula Haipus)
For more details see my thesis
Further reading
Environment and Water: proposal to reduce water pollution risks