Toxicity and teratogenicity in zebrafish Danio rerio embryos exposed to chromium

Abstract

Chromium (Cr) is an element present in nature in mineral form. It has a dual effect, both as an essential micronutrient and a carcinogenic agent depending on its chemical form and concentration. It is present in various environmental matrices such as water, soil, and air, coming from natural and anthropogenic sources, and causes harmful effects on biota, ecosystems, and even human beings. This study's objective was to evaluate chromium toxicity and teratogenicity in zebrafish embryos of Danio rerio exposed to chromium through the D. rerio teratology assay (DarTA) test by evaluating spine malformations. To this end, the chromium toxicity curve was calculated from zebrafish embryos exposed to potassium dichromate (K2Cr2O7), and the probit test was used to establish the mean lethal concentration (LC50) and three subtoxic concentrations LC25, LC12.5, and LC6.25 to evaluate the teratogenicity. The results showed that potassium dichromate was statistically positive for the teratogenic effect at the three highest concentrations evaluated. Potassium dichromate exposure causes abnormal embryonic development and teratogenic effects, including severe heart defects in zebrafish embryos. Therefore, we conclude that potassium dichromate is toxic to the zebrafish developmental stages. The finding that potassium dichromate is teratogenic in zebrafish embryos suggests that this metal should be tested and evaluate potential risk in mammalian systems.

Deformities in fish: A barrier for responsible aquaculture and sustainable fisheries

“…Cr is an essential micronutrient. It is also a carcinogenic agent depending on its chemical form and concentration; exposure to potassium dichromate induces abnormal embryonic development, teratogenic effects and severe heart defects in the developing embryos of zebrafish, D. rerio 74 . Toxic levels of Se are known to cause deformities in fish, birds, and mammals; their elevated level caused spinal deformities in wild Sacramento splittail, Pogonichthys macrolepidotus , and high levels of Se are also transferred from parents to the offsprings or accumulated in fish through Se‐contaminated prey 73 .…”

Pez cebra (Danio rerio): modelo experimental en la evaluación de compuestos xenobióticos

“…Una de las ramas en las que D. rerio destaca considerablemente es en el ámbito de la toxicología, ya que sus características morfológicas y fisiológicas lo convierten en un Pez cebra (Danio rerio): modelo experimental en la evaluación de compuestos xenobióticos Zebrafish (Danio rerio): experimental model in the evaluation of xenobiotic compounds bioensayo adaptable a condiciones de laboratorio, agregando que se puede inducir su conducta reproductiva, el desarrollo embrionario es externo (ovovivíparo), está ampliamente descrito y cuenta con una abundante descendencia en un corto periodo de eclosión (72 h), los huevos son manipulables con una membrana traslucida y semipermeable; amplio conocimiento de su biología básica y genoma, además de su alto grado de semejanza genética y fisiológica con el ser humano. Concluyendo así, que D. rerio es un organismo experimental óptimo para el estudio de múltiples efectos biológicos asociados a la exposición de xenobióticos (Rojas-Muñoz et al, 2007;Moreno, 2013;Mussali-Galante et al, 2013;Covarrubias-López, 2018;Estévez et al, 2019) como pueden ser embriotoxicidad y teratogénesis (Sánchez-Olivares et al, 2021;ATSDR, 2000), genotoxicidad (Qi et al, 2000;De Lemos et al, 2001;Normann et al, 2008;Shaw et al, 2019) y alteraciones en el metabolismo (Begum et al, 2006;Oner et al, 2008). Estas pruebas proporcionan información de referencia que puede ser utilizada para evaluar los riesgos de estos compuestos bajo diversos métodos de exposición (Rinkwitz et al, 2011;Zada et al, 2014).…”

“…La prueba DarTA, es un modelo alternativo de estudio de efecto teratogénico en un sistema no mamífero, con ventajas en costo, tiempo y cuestiones éticas. Evalúa a diferentes concentraciones, el daño teratogénico de compuestos xenobióticos durante el desarrollo embrionario y posterior a la eclosión, permitiendo registrar biomarcadores morfológicos como: malformaciones en columna vertebral, opérculo, aleta y alteraciones cardiacas (edemas del saco vitelino y pericárdico) (Rivera, 2006;Gaytán et al, 2008;Sánchez-Olivares et al, 2021;Sánchez-Olivares, 2021).…”

“…Siguiendo el método descrito por diversos autores, la prueba consiste en el tratamiento de entre 180 a 200 embriones (Rivera, 2006;Gaytán et al, 2008), o incluso 450 embriones (Sánchez-Olivares et al, 2021), en lotes experimentales con la finalidad de exponerlos embriones a diferentes concentraciones del compuesto xenobiótico a evaluar. La observación de daño morfo-fisiológico se realiza directamente en placas Petri utilizando microscopio estereoscópico a las 72 horas comenzada la exposición (Rivera, 2006;Gaytán et al, 2008;Sánchez-Olivares et al, 2021).…”

“…(Rodríguez-Anaya, 2015). Las alteraciones morfológicas a nivel cardiaco también pueden ser evaluadas y registradas durante la observación, estas pueden ser edemas del saco vitelino y edemas pericárdicos, entre otros (Nagel, 2002;Sánchez-Olivares et al, 2021).…”