Browsing by Subject "kirjolohi"

Pharmaceutical contaminants in waste and surface waters have been recognized as an emerging risk to environmental health. Bioaccumulation of pharmaceuticals increases the risk of adverse effects in off-target species, as the chemical concentration within the organism exceeds the concentration of the surrounding environment. An organism’s ability to metabolize foreign organic compounds influences the likelihood of bioaccumulation. Current methods for predicting bioaccumulation in aquatic organisms are labour intensive or too simplistic to cover the variety of chemical and physiological processes involved and may lead to over or underestimations of environmental risk. A promising approach to improve bioaccumulation predictions, without the need of excessive animal testing, is to incorporate in vitro biotransformation data into computational models. The primary aim of this study was to assess whether selected pharmaceuticals (diclofenac, gemfibrozil, haloperidol, levomepromazine, levonorgestrel, sertraline and risperidone), that are well metabolized in humans through key biotransformation pathways, are metabolized by rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) liver enzymes under physiologically relevant conditions (11°C, pH 7.8). A secondary aim was to produce fish in vitro intrinsic clearance (CLint, in vitro) data, that could potentially be used as input in computational models to predict bioaccumulation. In vitro biotransformation was studied using a single vial approach according to the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Test Guideline 319B: Determination of in vitro intrinsic clearance using rainbow trout liver S9 sub-cellular fraction (RT-S9). Depletion of the test compounds were measured during a 3-hour incubation period. High-performance liquid chromatography with ultraviolet detection (HPLC–UV) was used for qualitative and quantitative analysis of the samples. Levomepromazine, levonorgestrel and sertraline showed significant substrate depletion compared to negative controls while gemfibrozil, haloperidol, and risperidone did not seem to be metabolized. The results for verapamil were inconclusive. Levomepromazine displayed a higher in vitro intrinsic clearance rate (26 ml/h/g liver) than diclofenac (6.2 ml/h/g liver). These results are in accordance with previous studies and support the notion that a direct comparability between fish and human metabolism cannot be assumed, highlighting the need of fish in vitro biotransformation studies. The apparent lack of in vitro metabolism of risperidone, haloperidol, and gemfibrozil combined with their lipophilicity suggest that they are more likely to accumulate within rainbow trout, compared with the compounds that showed depletion during the assays, although repetitions and additional studies are needed to confirm this.

Kirjolohi (Oncorhynchus mykiss) on tärkein Suomessa viljeltävä ruokakalalaji, jonka taloudellisen merkityksen vuoksi Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos ja Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus ylläpitävät kirjolohen valintajalostusohjelmaa (JALO-valintaohjelma). Kirjolohen jalostusarvostelussa on mukana kasvua, sukukypsyysikää, lihanväriä ja ulkomuotoa kuvaavia ominaisuuksia. Lisäksi valintaohjelmassa tarkkaillaan muotovirheiden yleisyyttä sekä kaihin esiintymistä jalostuspopulaatiossa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää löytyykö kirjolohelta kvantitatiivisen ominaisuuden lokuksia (QTL:ia) fileen väri - ja kalan koko-ominaisuuksille. Tutkimuksessa käytetty F2-polven aineisto koostui neljästä risteytysperheestä, joissa P-polven isät olivat amerikkalaista kantaa ja emät JALO-kantaa. QTL-kartoitusta käyttämällä pyrittiin selvittämään löytyykö kirjolohen ruumiinkoko- ja fileen väriominaisuuksista suurivaikutteisia lokuksia, joihin kytkeytyneiden DNA-merkkien avulla kalamateriaalia pystyttäisiin tulevaisuudessa parantamaan merkkiavusteisella valinnalla. Geneettisinä merkkeinä käytettiin useilta eri lohilajeilta löydettyjä mikrosatelliitteja. F2-polven yksilöiden tutkimuksessa käytetyt ominaisuudet mitattiin kolmannen kasvukauden jälkeen Tervossa syksyllä 2006. Tutkimukseen valittiin kuusi ominaisuutta, jotka voitiin jaotella kalan kokoon ja fileen väriin liittyviin ominaisuuksiin. Koko-ominaisuuksia olivat kalan pituus (mm), paino (g) ja filepaino (kahden fileen paino grammoina) ja fileen väriin liittyviä ominaisuuksia roche, valoisuutta kuvaava lave ja värikylläisyys eli cave. Roche-arvo kuvaa visuaalisesti roche-värikortilla määritettyä fileen väriä. Fileenvärin valoisuus ja värikylläisyys mitattiin kolmesti fileen kyljestä spektrofotometrillä ja lopullinen arvo muodostui kolmen mittauksen keskiarvosta. Mittaustuloksista poistettiin ennen QTL-analyysia sukupuolen, sukukypsyyden ja kaihin vaikutus. Tilastolliseen testaukseen käytettiin varianssianalyysia, jolla analysoitiin onko tutkittavissa ominaisuuksissa tietyn DNA-merkin eri genotyyppien välillä tilastollisesti merkitseviä eroja. Jokaisessa tutkittavassa ominaisuudessa löydettiin useita suurivaikutteisia lokuksia, jotka alittivat tutkimuskohtaisesti valitun riskitason. Kalan kokoon vaikuttavia QTL-alueita, jotka vaikuttivat sekä pituuteen, painoon että filepainoon löydettiin yhdeksästä eri kytkentäryhmästä. Yhtään pelkästään pituuteen liittyvää suurivaikutteista lokusta ei havaittu, kuten ei myöskään pituuteen ja painoon tai pituuteen ja filepainoon liittyvää QTL:sta. Painoon ja filepainoon liittyviä QTL-alueita löydettiin kymmenestä kytkentäryhmästä. Filepaino oli kalan koko-ominaisuuksista ainoa, jolle löytyi pelkästään kyseiseen ominaisuuteen vaikuttavat QTL:t kahdesta kytkentäryhmästä. Fileen väriin vaikuttavia QTL-alueita löytyi useita. Viidestä kytkentäryhmästä löydettiin QTL, joka vaikutti sekä rocheen, fileen valoisuuteen että värikylläisyyteen. Rocheen ja valoisuuteen vaikuttavia QTL-alueita löydettiin kahdesta kytkentäryhmästä. Valoisuuteen ja värikylläisyyteen vaikuttava suurivaikutteinen lokus löydettiin yhdestä kytkentäryhmästä. Jokaiselle fileen värin muuttujista löydettiin vain kyseiseen ominaisuuteen vaikuttava QTL. Rochelle ja valoisuudelle löydettiin kummallekin yksi QTL ja värikylläisyydelle kaksi vain kyseiseen ominaisuuteen vaikuttavaa QTL:sta. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella merkkiavusteisella valinnalla on mahdollista parantaa tutkimuksessa mukana olleita kalan kokoon – ja fileen väriin liittyviä ominaisuuksia, sillä näihin ominaisuuksiin kytkeytyneitä DNA-merkkejä voitaisiin käyttää yhtenä valintakriteerinä parhaiden jalostusyksilöiden valinnassa.

Uhanalaisten lajien suojelussa käytetään usein luontoon palauttamista, jossa populaatioita pyritään vahvistamaan kasvattamalla yksilöitä kasvatuslaitoksessa ja vapauttamalla ne sen jälkeen luontoon. Luontoon palauttaminen kuitenkin usein epäonnistuu, koska laitoskasvatus alentaa yksilöiden kelpoisuutta luonnossa. Syyksi arvellaan geneettistä laitosolosuhteisiin sopeutumista eli laitostumista, jota tapahtuu lohikaloilla jo ensimmäisten laitoskasvatettujen sukupolvien aikana. Laitoskasvatetut yksilöt eroavat usein luonnonyksilöistä muun muassa käyttäytymisominaisuuksiltaan. Kuitenkaan laitostumisen taustalla olevia biologisia mekanismeja ei tunneta riittävän tarkasti. Tutkin työssäni, vaikuttaako laitostuminen uhanalaisen kirjolohen (Oncorhynchus mykiss) käyttäytymiseen jo ensimmäisen laitossukupolven aikana. Vertailin luonnonyksilöiden risteytyksistä peräisin olevien, vuoden ikäisinä Oregonin Wilson-jokeen vapautettujen laitoskasvatettujen kirjolohien jälkeläisiä saman populaation luonnonkirjolohien jälkeläisiin. Emoyksilöiden kasvuympäristöt erosivat toisistaan hedelmöityksestä poikasvaiheeseen, ja niiden tässä työssä tutkitut jälkeläiset kasvatettiin yhdenmukaisessa laitosympäristössä perheryhmittäin. Selvitin laitoskasvatuksen aiheuttamia käyttäytymiseen kohdistuvia muutoksia vertailemalla luonnonemojen poikasten ja laitosemojen poikasten käyttäytymistä Oregonin osavaltion yliopistolla toteutetuissa käyttäytymiskokeissa. Tutkimuskysymyksinä oli, erosivatko laitostaustaiset kirjolohenpoikaset luonnontaustaisista käyttäytymisen perusteella, missä eri käyttäytymispiirteissä erot näkyivät, ja miten erot ilmenivät ryhmien välillä. Hierarkkisella koejärjestelyllä, jossa perheet edustivat riippumattomia toistoja eri emoryhmien sisällä, ja poikaset riippumattomia toistoja eri perheiden sisällä, pystyin erottamaan emoyksilöiden kasvuympäristön vaikutukset mahdollisista sukulaisuuden vaikutuksista poikasten käyttäytymiseen. Tulosten perusteella laitostaustaisten perheiden poikaset uivat vähemmän aktiivisesti ja söivät harvemmin kuin luonnontaustaisten perheiden poikaset. Koska kasvatus- ja koeympäristöt eivät eronneet poikasryhmien välillä, havaitut erot olivat peräisin eri elinympäristöissä (laitos ja luonto) kasvaneiden emopopulaatioiden perinnöllisistä käyttäytymiseroista, mikä viittaa laitosemopopulaatiossa tapahtuneeseen geneettiseen laitostumiseen. Tämä osoittaa, että kirjolohen käyttäytymiseen kohdistuu laitoskasvatuksessa valintaa, joka poikkeaa luonnossa tapahtuvasta valinnasta ja johtaa luontoon palautettavan kirjolohen käyttäytymisen muutokseen jo yhden laitossukupolven aikana. Laitoskasvatuksen aiheuttama aktiivisuuden väheneminen saattaa heikentää yksilöiden kykyä hankkia ravintoa luonnossa tai löytää suojapaikkoja saalistuspainetta vastaan, ja siten selittää luontoon palauttamisen jälkeen havaittua kelpoisuuden alenemista. Luonnossa lisääntyessään laitoskasvatetut yksilöt saattavat lisätä haitallisten käyttäytymisominaisuuksien yleisyyttä luonnonpopulaatiossa. Tutkimukseni perusteella uhanalaisten populaatioiden suojeluun tähtäävässä laitoskasvatuksessa tulee huomioida laitostumisen aiheuttamat yksilöiden käyttäytymiseen kohdistuvat muutokset, jotka näkyvät jo ensimmäisessä luontoon palautettavassa laitossukupolvessa. Kasvatusolosuhteiden tulisi jäljitellä luonnonympäristöä mahdollisimman hyvin, jotta käyttäytymiseen kohdistuvat valintapaineet pysyisivät luonnonmukaisina. Näin geneettisen laitostumisen vaikutukset jäisivät vähäisiksi ja laitoskasvatettu populaatio pysyisi luonnonpopulaation kaltaisena. Kehittämällä kasvatusolosuhteita tutkimukseen perustuen on mahdollista parantaa luontoon palautettavien yksilöiden kelpoisuutta luonnossa ja siten suojeltavan populaation elpymistä ja luonnonvaraisena säilymistä. Käyttäytymisvaste laitostumiseen voi olla laji- tai populaatiokohtaista, joten laitoskasvatuksen vaikutuksia käyttäytymiseen tulisi tutkia useilla eri lajeilla.

D-vitamiini on välttämätön rasvaliukoinen vitamiini, jonka tärkeimpiä fysiologisia tehtäviä on muun muassa ylläpitää veren kalsiumpitoisuutta ja vaikuttaa luuston vahvuuteen. Pääasiassa D-vitamiinia saadaan auringon valon avulla, kun ihon 7-dehydrokolesterolia syntetisoidaan kolekalsiferoliksi (D3-vitamiiniksi). Lisäksi D-vitamiinia saadaan myös ravinnosta. Kolekalsiferolia esiintyy eläinkunnan tuotteissa kuten eri kalalajeissa ja kananmunan keltuaisessa ja toista yleisintä D-vitamiinimuotoa, ergokalsiferolia (D2-vitamiinia), esiintyy sienissä. D-vitamiinipitoisuudet elintarvikkeissa ovat kuitenkin erittäin pieniä, ja se luo haasteita D-vitamiinianalytiikalle. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää aiempia menetelmiä herkempi ja nopeampi tapa määrittää D3-vitamiinipitoisuuksia kaloista, kun yleisesti D-vitamiinianalytiikassa käytössä olevaan nestekromatografiin yhdistetään massaspektrometri. Samalla tässä tutkimuksessa oli tarkoitus selvittää perimän vaikutusta kirjolohien vaihteleviin kolekalsiferolipitoisuuksiin. Tutkimus toteutettiin Luonnonvarakeskuksen (Luke) toimeksi antamana. Tutkittavana oli sekä saman perimän omaavia kirjolohia että verrokki kirjolohia, joiden perimässä oli vaihtelua. Menetelmässä käytettiin yleisesti D-vitamiinianalytiikassa käytössä olevia esikäsittelymenetelmiä: saippuointia, uuttoa ja kiinteäfaasiuuttoa. Tarkoituksena oli kehittää määritysmenetelmä kvadrupolilentoaika-massaspektrometrille, mutta koska herkkyys tällä laitteella ei riittänyt näin pienille pitoisuuksille, jatkettiin menetelmän kehitystä kolmoiskvadrupolimassa-analysaattorilla. Näin saatiin määritettyä kirjolohien kolekalsiferolipitoisuudet, kun käytössä oli APCI-ionisaatiolähde ja MRM-menetelmä massa-analysaattorin pilkkoutumisreaktioissa. Kolmoiskvadrupolille kehitetyllä määritysmenetelmällä saatiin erinomainen toistettavuus. Tutkittujen kirjolohien kolekalsiferolipitoisuus oli noin 3 µg/100 g, mikä vastaa muiden tutkimusten tulostasoa. Vaihtelua eri kirjolohiryhmien välillä ei huomattu, mutta koska näytemäärä jäi tutkimuksessa melko pieneksi, on vaikea tehdä varmaa johtopäätöstä siitä, ettei perimällä olisi vaikutusta kirjolohien D3-pitoisuuksiin. Vaikka kolekalsiferolipitoisuudet saatiin hyvin määritettyä kirjolohinäytteistä, on menetelmässä vielä kehitettävää. Isot vaihtelut rinnakkaisissa sekä matalat takaisinsaantoprosentit viittaavat siihen, että kirjolohi näytematriisina on erittäin haastava. Esikäsittelyn eri vaiheisiin ja erityisesti kiinteäfaasiuuttoon tulisi vielä kiinnittää huomiota, jotta varmistettaisiin D-vitamiiniyhdisteiden kunnollinen eluoituminen ja näytteiden puhtaus niin, että näytemateriaalista tulevat häiriöt eivät vaikuttaisi määritykseen massaspektrometrillä.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia yleisellä tasolla koko suomalaisen vesiviljelyn kannattavuuden sekä tuottavuuden kehitystä vuosien 2010 ja 2017 välillä. Tutkimusaineisto kattoi suomalaisista vesiviljely-yrityksistä yli puolet. Tutkimusaineistona oli alalla toimivien yritysten aggregoidut tilinpäätöstiedot, joiden perusteella laskennat suoritettiin. Kirjolohen kasvatus on vuosien ajan ollut merkittävin osa suomalaista vesiviljelyä kattaen noin 90 prosenttia tuotetuista kilomääristä. Vaikkakin kirjolohen osuus kokonaistuotannon arvosta on vaihdellut vuosien välillä johtuen kirjolohen tuottajahinnan muutoksista, koko ala on riippuvainen kirjolohen kysynnästä Suomessa. Norjalaisen tuontilohen ollessa suurin kilpailija kotimaiselle kirjolohelle, se on herkkä tuontilohen kilohinnan muutoksille, mihin vaikuttavat suuresti koko maailman lohikalojen kysynnän ja tarjonnan suhteiden vaihtelut. Paineen kotimaisen kirjolohen hintaan niin kuluttajille kuin sen tuottajille selittää tuontikalan hallitseva 80 prosentin osuus Suomen koko kalamarkkinoista. Suomen vesiviljelyn kokonaistuotanto oli vuosien 2010 ja 2017 välillä kasvussa, vaikkakin kasvu on ollut melko maltillista. Vuonna 2017 kokonaistuotanto oli 14,6 miljoonaa kiloa, josta kirjolohen osuus oli noin 13,6 miljoonaa kiloa. Tarkastelujakson aikana suomalaisten vesiviljely-yritysten aggregoitu käyttökateprosentti pysyi positiivisena. Vuosikymmenen alun kannattavan liiketoiminnan jälkeen vuonna 2012 alkoi neljä vuotta kestänyt koko alaan vaikuttanut kannattavuuden heikkeneminen. Vuosina 2012 – 2015 suomalaisten vesiviljely-yritysten nettotulokset painuivat selvästi negatiivisiksi, kunnes vuonna 2016 kannattavuus parani merkittävästi. Pääsyy tähän oli kirjolohen tuottajahinnan nousu. Vuosien 2016 ja 2017 kannattavuuden parantuminen johtui Chilen lohentuotannon haasteista, joka pienensi maailmanlaajuisesti lohikalojen tarjontaa. Myös kokonaistuotanto on kasvanut hillitysti, mutta kirjolohen tuottajahinnan muutokset ovat yksinään määrittäneet koko alan kannattavuuden muutokset vuodesta toiseen. Tämän tutkimuksen mukaan suomalaisen vesiviljelyn kokonaistuottavuus on pysynyt lähes muuttumattomana tarkastelujakson aikana, vaikka vuosittaisia vaihteluita esiintyi.

The aim of this master’s thesis was to investigate whether drug-induced inhibition of cytochrome P450 enzymes (CYP), especially time-dependent inhibition (TDI), could be the reason for bioaccumulation of the pharmaceuticals present in the aquatic environment in fish and whether the in vitro method could identify pharmaceuticals causing an environmental risk, which should primarily be investigated more closely. The half-maximal inhibitory concentrations (IC50) of seven antimicrobial drugs detected in the environment (erythromycin, clarithromycin, ketoconazole, clotrimazole, miconazole, ciprofloxacin, and sulfamethoxazole) and three known human time-dependent inhibitors (furafylline, diltiazem and verapamil) chosen for the validation of the method, were determined by EROD (7-ethoxy-resorufin-O-deethylase) and BFCOD (7-benzyloxy-4-trifluoromethyl-coumarin-O-debenzyloxylase) activities. The IC50 shift method and commercially available rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) liver microsomes were used in determinations. The known human time-dependent inhibitors chosen for the validation of the method, furafylline (EROD) and diltiazem (BFCOD) proved to be possible time-dependent inhibitors also in rainbow trout in vitro, but this was not observed for verapamil (BFCOD). All antimicrobial drugs, except ciprofloxacin, inhibited more selectively BFCOD-reaction, as in human. In the case of sulfamethoxazole, inhibition was not observed at the concentrations used (0–500 µmol/L). Both enzyme activities (EROD and BFCOD) were inhibited in rainbow trout by ketoconazole, clotrimazole and miconazole. Among antimicrobial drugs acting as time-dependent inhibitors in human, erythromycin inhibited BFCOD activity in a time-dependent manner also in rainbow trout, but this was not observed for clarithromycin. Strongest inhibitors for CYP enzymes of rainbow trout in vitro were ketoconazole (EROD, IC50=4,19 µM and BFCOD, IC50=2,31 µM) and clotrimazole (EROD, IC50=33,78 µM and BFCOD, IC50=1,55 µM). The IC50 values of diltiazem, erythromycin, clarithromycin, ciprofloxacin, and verapamil were of the same order of magnitude as in human. The IC50 values of furafylline, ketoconazole, clotrimazole and miconazole were several times higher in rainbow trout than in human. Based on the results of this study, the IC50-shift method is also valid for fish, but there are differences in the inhibition potencies between human and fish, and the inhibition potency of human CYP enzymes cannot therefore directly predict enzyme inhibition of fish or the mechanism of inhibition. The In vitro measured IC50 values of rainbow trout were several orders of magnitude higher than the average concentrations of the pharmaceutical residues measured in the environment. Exposure to pharmaceutical mixtures is long-term, so interactions and bioaccumulation may still be possible due to inhibition of CYP enzymes. Developing a valid in vitro method for environmental risk assessment would be important, as animal experiments are ethically challenging.