Siansiittiötesti

Siansiittiötesti on vasteperusteinen solutoksikologinen koe, jonka avulla voidaan mitata kemiallisten aineiden biologista myrkyllisyyttä sian siittiöiden avulla. Testiä on sovellettu pääasiassa toksisten ruokamyrkytys- ja hometalomikrobien tutkimiseen. Testi soveltuu erityisen hyvin biologisten myrkkyjen läsnäolon todentamiseen, sillä sian siittiöt reagoivat useisiin toksiineihin. Myrkkyvaikutukset näkyvät usein solun lamaantumisena, mikä voidaan havaita mikroskoopitarkastelussa. Sian siittiön voi odottaa oleva siittiöistä herkin reagoimaan myrkkyaltistuksille, koska sen solukalvo sisältää vain vähän kolesterolia verrattuna muiden tuotantoeläinten siittiöihin. 

Sian siittiö liikkuu mitokondrioiden tuottaman energian voimalla. Jos mitokondriot vaurioituvat, siittiö lamaantuu. Tämän vuoksi siittiöt soveltuvat mitokondriovaikutusten tutkimiseen. Siittiösolussa ei tapahdu DNA-, RNA- tai proteiinisynteesiä, joten solu ei reagoi aineisiin, joiden ensisijainen vaikutus kohdistuu solun makromolekyylisynteeseihin. Siittiöillä on useita signaaliaktivoituvia reaktioita, kuten uintinopeus, -suunta ja -tapa sekä akrosomireaktion ja kapasitaation käynnistyminen. Näitä voidaan tutkia mikroskoopilla. Akrosomin aktivoituminen on tärkeä osa monien elimistön muidenkin solujen kuin siittiöiden toiminnassa. Siittiöillä akrosomin aktivoitumiseen johtavia biokemiallisia viestintäjärjestelmiä on erityisen paljon tutkittu, koska ne ovat merkittäviä ihmisen ja tuotantoeläinten lisääntymisen kannalta. Siittiösolun ATP:n kokonaissisältöä voidaan suoraan mitata, jolloin nähdään glykolyysin ATP-tuotantoaktiivisuus sytoplasmassa ja mitokondrioissa, tai kumpikin erikseen, jos käytetään toista inhiboivia metaboliamyrkkyjä apuna. Sian siittiön plasmamembraanissa eli solukalvossa on asetyylikoliini-reseptoreita, jotka säätelevät siittiön liikkeitä. Asetyylikoliini on parasympaattisen autonomisen hermojärjestelmän impulssien välittäjäaine. Koska siittiöllä on tämä reseptori, se reagoi autonomisen hermoston välittäjäaineiden eli neurotransmitterien toimintaan vaikuttaville myrkyille, kuten esimerkiksi alfa-bungarotoksiinille. Asetyylikoliini vaikuttaa siittiöön edistämällä kalsiumionien kulkua solun ulkopuolelta solun sisään. Siittiöiltä voi näin ollen odottaa reaktioita myös ionikanaviin vaikuttaville biologisille myrkyille. 

Sian siittiöitä on saatavilla kaupallisesti keinosiemennystä varten ja ne säilyvät laimennusnesteessä huoneenlämmössä toimintakykyisinä 1-2 viikkoa. Sian siittiöitä myy Suomessa esimerkiksi Faba Sika oy. Sian siittiötestiä käytetään muun muassa kosteusvauriomikrobien tuottamien toksiinien myrkyllisyysmittauksiin. Testi on kehitetty Helsingin yliopistossa.

Testin periaate

Siittiötestillä mitataan näytteen toksisuutta eli kykyä vaurioittaa solua, tarkemmin sanottuna pitoisuutta, joka lamaannuttaa puolet soluista. Pitoisuus, joka lamaannuttaa puolet soluista, on arvoltaan EC50. Tällaista testiä voidaan kutsua EC50-testiksi, joka sananmukaisesti tarkoittaa half maximal effective concentration (= puolet maksimaalisesti vaikuttavasta pitoisuudesta). Monille toksiineille on määritetty edellä mainittu arvo.

Siittiötestattuja yhdisteitä 

Sian siittiötestillä on mitattu useiden toksiinien solumyrkyllisyyttä. Tähän mennessä siittiömyrkyllisimmäksi tutkituksi yhdisteeksi on osoittautunut kereulidi. Sian siittiön liikuntakyvyn halvaannuttamiseen riittää 5400 molekyyliä / siittiö, eli 77 kereulidimolekyyliä / mitokondrio. Kereulidi on tiettävästi ensimmäinen bakteerimyrkky, jonka tuhoisa annos voidaan laskea  painoyksiköiden sijasta molekyyleissä. Muita erittäin siittiömyrkyllisiä, hometaloista löytyneitä toksiineja ovat esimerkiksi valinomysiini ja amylosiini.

Siittiömyrkyllisten yhdisteiden rakenteita 

Kuvissa esitetyt molekyylit ovat erilaisten homeiden ja bakteerien tuottamia biologisesti aktiivisia yhdisteitä. Esimerkiksi antimysiini A on joidenkin streptomykeettien tuottama, biologisesti aktiivinen yhdiste. Se estää soluhengitystä siten, että elektroninsiirto sytokromista b sytokromille c estyy. Monensiini A taas on Streptomyces cinnamonensin tuottama natriumionofori. Molekyyli asettuu solukalvolle ja kuljettaa natriumioneja solukalvon "väärälle" puolelle, jolloin solukalvon sähkökemiallinen gradientti saattaa järkkyä.

Siittiötestaus tekstiilien turvallisuuden tutkimisessa

Erityisesti allergiset ja herkistyneet kuluttajat voivat reagoida voimakkaasti tekstiilien sisältämiin kemikaaleihin, mutta tekstiilituotteiden turvallisuudesta on varsin vähän tietoa saatavilla. Tekstiilien käyttöturvallisuudesta saadaan kuitenkin tietoa solukokeiden avulla, joissa on käytetty muun muassa karjun siittiöitä. Solukokeilla saadaan kuitenkin suuntaa antavia tuloksia, eikä täydellistä varmuutta turvallisuudesta voida taata niiden perusteella. Siittiötesti on kuitenkin herkkä menetelmä, joka antaa arvokasta tietoa silloin, kun tutkitaan esimerkiksi täysin tuntemattomia tekstiilimateriaaleja. Siittiötestauksella on tutkittu tekstiilivärien ja värjättyjen kankaiden akuuttia toksisuutta, jolloin lyhytkestoisella analyysillä saadaan tietoa haitattomuudesta tai haitallisuudesta. Tekstiilitoksikologisissa tutkimuksessa on käytetty karjun siittiöiden lisäksi ihmisen ihosoluja (HaCaT-soluja) ja hiiren maksan syöpäsoluja (hepa-1-soluja).

Esimerkiksi useat reaktiiviväreillä värjätyt kankaat on todettu siittiömyrkyttömiksi, mutta toisaalta valkaistu, värjäämätön puuvillakangas voi olla hyvin toksinen soluille. Tekstiilin solutoksisuus johtuu kemikaaleista, joita tekstiilin prosessoinnissa on käytetty. Tämän vuoksi tekstiilin solumyrkyllisyyttä ei voida ennustaa, vaan toksisuus on todettava kokeellisesti. Tämä johtuu siitä, että tekstiilin myrkyllisyyteen vaikuttavat useat tekijät. Esimerkiksi itse kankaan käsittelyprosessi vaikuttaa kemikaalien myrkyllisyyteen: tutkimuksissa jotkut reaktiivivärit ovat osoittautuneet myrkyllisiksi vapaina kemikaaleina, mutta myrkyttömiksi tekstiilin käsittelyn jälkeen. Lisäksi kankaaseen kemiallisesti sitoutuneena aine ei välttämättä aiheuta haittaa.

Lähteet

Sisäympäristön toksikologia
In vitro -toksikologia