日化協LRI研究成果報告会

劣化マイクロプラスチック由来吸着化学物質の体内動態モデルの構築と影響評価
令和4年8月26日

九州大学農学研究院 水産生物環境学研究室
代表研究者 大嶋雄治

背景プラスチック
高分子物質を主原料として人工的に有用な形状に形作られた固体

プラスチックの生産量
150万トン/年（1950年）3億2200万トン/年（2015年）

生産量が年々増加している。
（Plastic Europe, 2016年）
プラスチックごみ• 2010年、9950万トンものプラスチックごみが沿岸地域で発生した。
（ Jambeck et al., 2015年）• うち、480～1270万トンものプラスチックごみが海洋に流出している。（Jambeck et al., 2015年）

海洋には多くのプラスチックが存在していると考えられる。

メダカ（Oryzias latipes）を用いたMPの体内動態解析
なぜメダカか？
• 科学的バックグラウンドが充実している• 生物試験の世界標準魚として用いられている• 海産メダカも使用可能• 飼育・繁殖が容易である。
• 遺伝子のゲノム解析が進んでいる。

なぜ体内動態解析か？
−＞得られたデータをモデル化（ベクターモデル）−＞予測

MPの蓄積・体内動態
MPの取り込み・蓄積・排出等の挙動についてはほとんど分かっていない。
ku, 取り込み速度
生物濃縮(BCF)

MPMP

体内濃度

MPke, 排泄速度

MPの体内動態を知ることは将来の影響予測において必要不可欠。
時間

2, 20, 200 µmMPの曝露試験
Exposure ( 14 day )0 day

24 day14 day×25×252 µm

Elimination ( 10 day)

20 µm

Polystyrene (PS)（10６ p/ L） （10６ p/ L）= 0.004 mg/L= 4 mg/L

×25×2520 µm

200 µmPolyethylene (PE)（10６ p/ L）= 4 mg/L（104 p/ L）= 40 mg/L×25Control

実験方法
消化管に存在するマイクロプラスチックの計測
蛍光顕微鏡を用いて蛍光標識されたマイクロプラスチックを観察し、消化管の中に存在するマイクロプラスチックの個数を計測した。

消化管
MP

レンズ
フォーカスの位置を変更しながらMP を観察し計測。

（BZ-X810, Keyence）

MPを取り込んだメダカ（蛍光および明視野のオーバーレイ）

すべての暴露区において、メダカの消化管内にMPが取り込まれていた。
PS 20 mmControl

1 mm

1 mm

0.5 mm
PE 20 µm

PE 200 µm

1 mm

1 mm

2, 20, 200µmMPs曝露試験の結果

MPは急速に体から出て行く・(2µm PS-MPを除く）

2, 20, 200µmMPs曝露試験の結果?

?
20, 200 µmMPのBCFは<100と推定された. 体内残留性はない

メダカ体内MP濃度の予測（将来の環境濃度）

2066 年の海洋環境（予想濃度 1 mg/L）では魚体中の濃度は74 mg/Lになる可能性があ2 µm ポリスチレンマイクロプラスチックはメダカに残留する

MPは急速に体から出て行くが 消化管内に残留する

再生産への影響：

Figure 7. Effect of microplastics (MPs)exposure on reproduction of Japanese
medaka (O. latipes). (A) Number ofembryos collected; (B) survival of embryos
to hatching (Assas et al, 2020).

2 µm MP(10^7p/L, 44 µg/L)に曝露したメダカの産卵数と次世代の生存率再生産へ影響はなかった

2µm MP(10^7p/L, 44 µg/L)に曝露したメダカ消化管における遺伝子発現変動
List of genes in Japanese medaka (O. latipes) that significantly changed in expression from MPs
exposure (P < 0.01 and false-discovery rate [FDR] < 0.01). The fold change (FC) value represents
the change in gene expression between control and exposed groups (Assas et al, 2020)
Seq-Name

DescriptionlogFC

p-Value

FDR

ENSORLT00000045133

Cadherin 3

6.42

3.61E–06

8.02E–03

ENSORLT00000031811

Unknown

6.39

1.23E–07

4.58E–04

ENSORLT00000031379

Chromatin modeling

5.25

3.90E–05

4.38E–02

ENSORLT00000042619

Sulfotransferase family, cytosolic, 6b, member 1

4.27

5.49E–13

6.15E–09

ENSORLT00000044335

Cadherin 3

4.05

1.85E–07

5.18E–04

ENSORLT00000036258

Cadherin 3

1.93

1.04E–05

1.30E–02

ENSORLT00000016162

Arsenite methyltransferase–1.09

4.81E–05

4.80E–02

ENSORLT00000017443

Trans-golgi network vesicle protein 23 homolog B–1.25

6.21E–06

9.95E–03

ENSORLT00000044553

Nucleotide binding–1.41

5.14E–05

4.80E–02

ENSORLT00000021695

Cathepsin Bb–1.92

4.29E–06

8.02E–03

ENSORLT00000046774

Retrovirus-related Pol polyprotein from transposon 412–2.20

7.94E–06

1.11E–02

ENSORLT00000028145

Yippee-like a–5.08

1.49E–08

8.37E–05

Cadherin:細胞接着系遺伝子の発現上昇＝何らかの物理的刺激？腸内環境への影響

メダカ体内MP濃度の予測（消化管内遺伝子変動した濃度）

2µm MP(10^7p/L, 44 µg/L)に曝露したメダカで消化管内細胞接着系遺伝子変動する
体内濃度は5.56 mg/kgと予想される。

MPによる化学物質蓄積へのベクター効果とその劣化による影響

化学物質＋
MP

吸着

体内移行=ベクター効果

環境中MPにPAHs は結合している

Anthracene (ANT)をモデル物質として用いた

MPによる化学物質蓄積へのベクター効果は起こるか？
化学物質
アントラセン(ANT)

体内移行=ベクター効果

吸着＋MP

取り込み係数(ku)1-compartment

体内濃度

排出係数(ke)ベクター効果検証実験とシミュレーションI) アントラセン(ANT) 曝露

MPANT

水からのみ曝露

排泄

水からの吸収速度係数II) アントラセン(ANT)の水+MP同時曝露
MP共曝露

排泄

水およびMPを介した吸収速度係数

III) シミュレーションでMPを介した吸収を推定しベクター効果を評価

粒状PE (高結晶度、低分子)とANTを同時曝露したメダカ
における体内ANT濃度

MP経由ANT(推定）=MPのベクター効果
水経由のANTThe concentration of anthracene in medaka bodies exposed to0.1 mg L–1 for 14-day exposure and 3-day depuration in ANTexposure and ANT+MP co-exposure groups (n=5)

Simulation of ANT concentration in fish bodies
from ANT exposure and ANT+MP co-exposuregroup

水中ANT濃度はANT+MP区で水曝露区の0.6倍低いにもかかわらず、ANT魚体濃度が水曝露区とANT+MP区でほぼ同じ↓
MPに吸着したANTが体内で放出されたと考えらる（ベクター効果）ベクター効果におけるMP濃度の影響

MP経由ANT(推定）=MPのベクター効果

ANTにおける58 µmPSMPベクター効果はMP濃度が高いと起こるMPの劣化がベクター効果へ及ぼす影響
ベクター効果に影響を及ぼす予想因子⚫ 劣化度⚫ MP濃度
⚫ 粒径・形状⚫ 化学物質の種類
蛍光モデルPE粒子（環境中のMPとは形状や劣化が異なる）

実環境のMPと標品では分子量、結晶度が異なる場合がある

まとめ• MPのベクター効果がANTで確認された。

• 劣化によるベクター効果は影響を受けにくい。
• マイクロプラスチック由来吸着化学物質の体内動態モデルが構築できた。
• 化学物質の種類、MPのサイズや濃度に対応できるモデルに発展させ、実環境中でのベクター効果の推定を行う。

謝辞・発表論文
本研究は以下の研究支援により行われた• 日本化学工業協会LRI (19_R05-01)• 環境研究総合推進費(SII-2-2(2), JPMEERF18S20206)• CERI 共同研究
1. Assas, M., Qiu, X., Chen, K., Ogawa, H., Xu, H., Shimasaki, Y., Oshima, Y., 2020.
Bioaccumulation and reproductive effects of fluorescent microplastics in medaka fish. Mar.
Pollut. Bull. 158, 111446.
2. Liu, Y., Qiu, X., Xu, X., Takai, Y., Ogawa, H., Shimasaki, Y., Oshima, Y., 2021. Uptake anddepuration kinetics of microplastics with different polymer types and particle sizes in Japanese
medaka (Oryzias latipes). Ecotoxicol. Environ. Saf. 212, 112007.
3. Qiu, X., Saovany, S., Takai, Y., Akasaka, A., Inoue, Y., Yakata, N., Liu, Y., Waseda, M.,
Shimasaki, Y., Oshima, Y., 2020. Quantifying the ベクター effects of polyethylene microplastics
on the accumulation of anthracene to Japanese medaka (Oryzias latipes). Aquat. Toxicol. 228,105643.
4. Takai, Y., Tokusumi, H., Sato, M., Inoue, D., Chen, K., Takamura, T., Enoki, S., Ueno, Y., Kang,
I.J., Shimasaki, Y., Qiu, X., Oshima, Y., 2022. Combined effect of diazepam and polystyrene
microplastics on the social behavior of medaka (Oryzias latipes). Chemosphere 299, 134403.
5. 大嶋雄治, 島崎洋平, 2020, メダカにおけるマイクロプラスチックの動態とその影響. マテリアルライ
フ, 32, 1-5.
6. 大嶋雄治, 2020, 生物によるマイクロプラスチックの細粒化とその体内動態. 環境技術, 49, 1-5.
7. マイクロプラスチックを介した化学物質の蓄積における劣化と形状の影響．2022, 大嶋雄治、島崎洋平、高井優生、内田祐紀哉. 日本接着学会誌, 58, 44-49.
8. マイクロプラスチックのメダカ体内動態とそのベクター効果の推定 大嶋雄治、島崎洋平. 2022, 科
学と工業, 95 (12), 377-382.