Hee-kyu Choi;Yu Rim Kim;Soon Young Hwang;Yeounsu Chu;Pyoungbeom Kim;Hyuk Je Lee
Korean Journal of Environmental Biology
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v.41
no.4
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pp.637-656
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2023
River estuaries are dynamic and productive ecosystems with high regional biodiversity. Environmental DNA (eDNA) has become a useful approach to assessing biodiversity in aquatic ecosystems. This study was conducted to investigate fish community characteristics and species diversity in two river estuary ecosystems, the Taehwa River and Changwon Stream. We further compared conventional and eDNA metabarcoding analyses of the fish communities. The conventional survey was performed in May, July, and October 2022, while the eDNA analysis was conducted only in May. We observed various fish species with different life histories, including carp, goby, and marine fish. We also found that migratory fish, such as dace Tribolodon hakonensis, sweetfish Plecoglossus altivelis, and eel Auguilla japonica, occurred in the Taehwa River, suggesting high river connectivity. Marine fish species were predominant in the Changwon Stream, as this river is located close to the sea. The diversity indices showed that the Taehwa River generally had higher species richness, evenness, and diversity values than the Changwon Stream. A total of 9-19 species were detected in the conventional survey for the three sites, whereas 11-18 species were found from eDNA analysis. The findings indicate that the sensitivity of eDNA was similar to or higher than that of the conventional method. Our study findings suggest the efficiency and efficacy of eDNA-based fish community monitoring, although with some shortcomings in applying the genetic marker to Korean fish, including no clear-cut distinction for Korean endemic species and/or genetically closely related species groups.
Benzo[a]pyrene (B[a]P) is an environmental pollutant that has been implicated in carcinogenesis. Saccharomyces cerevisiae was treated with B[a]P, and the responses of its cytochrome P450 (CYP) enzyme and DNA-damage checkpoint genes were examined through gene expression profiles using a reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). The DNA-damage checkpoint genes tested were the chk1 and pds1 genes, involved in a metaphase arrest, the swi6 gene targeted by G1 arrest, the pol2 gene related to S phase arrest, and the cln2 gene encoding a cyclin protein, all of which are based on rad9 and rad24. Among these genes, no noticeable effect was found when the cells were exposed to various concentrations of B[a]P. However, the transcriptional activity of CYP51 was significantly different when the cells were exposed to B[a]P. Accordingly, the present results indicate that cytochrome P450 plays a more significant role than DNA-damage checkpoint genes in the response of S. cerevisiae to B[a]P.
Nakyung Yoo;Keun-Yong Kim;Jung Soo Heo;Ju-Duk Yoon;Keun-Sik Kim
Korean Journal of Environmental Biology
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v.40
no.2
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pp.199-205
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2022
Two tree frogs, Dryophytes suweonensis and Dryophytes japonicus, inhabiting Korea, are morphologically similar and share the same habitats. Therefore, they are identified mainly through their calls, especially for males. Dryophytes suweonensis is registered as an endangered (IUCN: EN grade) and protected species in South Korea. Thus, it is necessary to develop a method to rapidly identify and discriminate the two species and establish efficient protection and restoration plans. We identified significant genetic variation between them by sequencing a maternally-inherited mitochondrial 12S ribosomal DNA region. Based on the sequence data, we designed a pair of primers containing 7bp differences for high resolution melting(HRM) analysis to rapidly and accurately characterize their genotypes. The HRM analysis using genomic DNA showed that the melting peak for D. suweonensis was 76.4±0.06℃, whereas that of D. japonicus was 75.0±0.05℃. The differential melt curve plot further showed a distinct difference between them. We also carried out a pilot test for the application of HRM analysis based on immersing D. suweonensis in distilled water for 30 min to generate artificial environmental DNA(eDNA). The results showed 1.10-1.31℃ differences in the melting peaks between the two tree frog samples. Therefore, this HRM analysis is rapid and accurate in identifying two tree frogs not only using their genomic DNA but also using highly non-invasive eDNA.
Objectives: Oxidative stress and DNA damage have been proposed as mechanisms linking pesticide exposure to health effects such as cancer and neurological diseases. We investigated whether protective measures could significantly reduce the levels of biomarkers for oxidative stress and DNA damage in agricultural workers. Methods: In the present study, the levels of malondialdehyde (MDA) and 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG), biomarkers related to oxidative stress and DNA damage, respectively, were analyzed in urine samples collected from agricultural workers in two provinces of Korea (n=60). The influence of wearing personal protective equipment (PPE) and performing protective behaviors on the levels of these two biomarkers was also evaluated. Results: The median urinary levels of MDA and 8-OHdG were 10.45 nmol/mg creatinine and 14.42 ng/mg creatinine in subjects living in region A, while they were 6.25 nmol/mg creatinine and 24.77 ng/mg creatinine in subjects living in region B, respectively. The levels of MDA and 8-OHdG were higher in male farmers. Farmers wearing greater numbers of PPE and performing more protective behaviors had significantly lower levels of MDA. Greater numbers of protective behaviors was significantly associated with lower levels of 8-OHdG. Conclusion: The results of the present study indicate that pesticide exposure could induce oxidative stress and DNA damage in agricultural workers, and that protective measures are important for mitigating pesticide exposure.
Procarcinogen induced DNA single-strand breaks and unschduled DNA synthesis were measured in primary rat hepatocytes culture. For DNA single-strand breaks assay, rat liver DNA was prelabeled by injection 3H-thymidine during the peak of DNA synthesis following partial hepatectomy. Hepatocytes were isolated from the rat 2 weeks after surgery by a collagenase perfusion techinique and maintained as monolayers in serum free medium on collagen-coated culture dishes. DNA sigle-strand breaks were measured by the alkaline elution techinique.
Fumonisin B1, a mycotoxin, is thought to induce esophageal cancer in humans and apoptosis in animal cells by inhibiting ceramide synthase. Dumonisin Bl may also generate reactive oxygen species directly or indirectly, leading to DNA damage and lipid peroxidation. In this study, a DNA fragmentation assay, dichlorofluorescein (DCF) analysis, and single cell gel electrophoresis (SCGE) were used to investigate the involvement of cellular free radicals, specifically hydrogen peroxide, in the DNA damaging activity of fumonisin B1. From an in vitro DNA fragmentation assay, E. coli DNA, damage by fumonisin Bl was increased by the addition of superxide dismutase (SOD) and decreased by catalase. SCGE and DCF analysis in vivo showed that the nuclear DNA damage and intracellular free radicals in cultured rat hepatocytes treated with fumonisin B1 were increased with the concentration of fumonisin Bl . DNA damage and free radical generation were inhibited by the addition of catalase. Fumonisin Bl , in the presence of SOD, produces hydrogen peroxide causing oxidative DNA damage and protein malfunction, leading to genotoxicity and cytotoxicity of the toxin.
Aromatic compounds are of major concern among environmental pollutants due to their toxicity and persistence. To monitor aromatic compounds in a real time with a better sensitivity, a new method of SPR (surface plasmon resonance) based on DNA chip (Biacore 3000) was developed here. It is thought that CapR regulatory protein as a complex with phenol, could bind to their corresponding promoter, Po. Biotinylated DNA oligomers for the promoter was synthesized by PCR and coupled onto streptoavidin-linked CM5-chip. CapR regulatory proteins were purified after cloning their genes in pET21a (+) vector and expressing proteins. The interaction was assessed by the system where the regulatory proteins flowed with or without phenol through the cells of DNA chip. CapR regulatory protein even in the presence of phenol had no response to its promoter, Po, suggesting that other factor(s) might be required for the activation of Po promoter. The present work reveals a promising possibility of the SPR-based DNA chip in monitoring specific environmental pollutants in a real time.
Ginkgo biliba has been used for bronchitis and asthma in oriental countries and its leaf extract(GBE) contains 24% ginkgoflavone glycoside and 6% terpenoid. Flavonoids and terpenoids are known to have various antioxidant effects such as scavenging of free radicals and chelation of transtional metals. Antioxidant effect of GBE against 1,2,4-benzenetriol(BT), one of toxic metabolites of benzene, was demonstrated throughbsister chromatid exchange(SCE) analysis, single cell gel electrophoresis(SCGE) analysis, DNA cleavage assay and lipid peroxidation production analysis. The means of SCE frequencies at 10, 25 and 50$\mu$M concentration of BT were 7.72, 8.02, 9.22 respectively. In addition of GBE with concentration of 50, 200 and 500$\mu\textrm{g}$/$m\ell$, SCE frequencies were decreased significantly.(p<0.05) According to SCGE analysis, BT induced DNA damage in a dose-dependent manner at concentration of 10 and 50 $\mu$m and the DNA damage induced by BT was significantly protected by GBE(p<0.001). No genotoxicity was observed by GBE treatment alone on DNA cleavage. The effect of BT on lipid peroxidation product, Malondiadehyde(MDA), was increased with concentration of BT(10 and 50 $\mu$M) and reduction in MDA was noted when GBE was added. From above results it is suggested that GBE could protect the cell and DNA from pro-oxidant effect by reactive oxigen species induced by BT.
Di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) is the most commonly used phthalate ester in polyvinyl chloride formulations including food packing and storage of human blood. DEHP is a well known as non-genotoxic carcinogen and endocrine disrupting chemical (EDC). DEHP have shown all negative results in ICH-guildeline recommended standard genotoxicity test battery. In this study, to assess the clastogenic and DNA damaging effect in human-derived tissue specific cells, DEHP was treated in human derived MCE-7 cells, HepG2 cells, LNCap cells, BeWo cells, MCE-10A cells, and female peripheral blood cells using micronucleus assay and in human breast carcinoma MCF-7 cells up to $1.28$\times$10^{-2}$ M using Comet assay. The in vitro micronucleus assay is a mutagenicity test system for the detection of chemicals which induce the formation of small membrane bound DNA fragment i.e. micronuclei in the cytoplasm of interphase cells, originated from clastogenic and/or aneugenic mechanism. The single cell gel electrophoresis assay (Comet assay) is used to detect DNA strand-breaks and alkaline labile site. In our results, DEHP increased significantly and/or dose-depentently and time-dependently micronucleus frequency at the 6 and 24 hr without metabolic activation system only in MCE-7 cells. DEHP treated with 2 hrs in MCF-7 cells using Comet assay induced DNA damage dose-depentantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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