Verhoging van de voedselproductie is noodzakelijk om te voldoen aan de behoeften van de wereldbevolking. In dit opzicht vormen pesticiden een integraal onderdeel van moderne landbouwpraktijken die gericht zijn op het verhogen van de oogstopbrengsten. Het wijdverbreide gebruik van synthetische pesticiden in de landbouw blijkt ernstige milieuvervuiling en gezondheidsproblemen bij de mens te veroorzaken. Pesticiden kunnen zich ophopen op menselijke celmembranen en menselijke functies aantasten door direct contact met of consumptie van besmet voedsel, wat een belangrijke oorzaak is van gezondheidsproblemen.
De cytogenetische parameters die in deze studie werden gebruikt, vertoonden een consistent patroon dat erop wijst dat omethoaat genotoxische en cytotoxische effecten uitoefent op uienmeristemen. Hoewel er in de bestaande literatuur geen duidelijk bewijs is voor de genotoxische effecten van omethoaat op uien, hebben een groot aantal studies de genotoxische effecten van omethoaat op andere testorganismen onderzocht. Dolara et al. toonden aan dat omethoaat een dosisafhankelijke toename induceerde van het aantal zusterchromatide-uitwisselingen in humane lymfocyten in vitro. Evenzo toonden Arteaga-Gómez et al. aan dat omethoaat de cellevensvatbaarheid verminderde in HaCaT-keratinocyten en NL-20 humane bronchiale cellen, en genotoxische schade werd beoordeeld met behulp van een comet-assay. Evenzo observeerden Wang et al. een toegenomen telomeerlengte en een toegenomen vatbaarheid voor kanker bij aan omethoaat blootgestelde werknemers. Ter ondersteuning van de huidige studie, Ekong et al. toonde aan dat omethoaat (het zuurstofanaloog van omethoaat) een afname van MI in A. cepa veroorzaakte en cellysis, chromosoomretentie, chromosoomfragmentatie, nucleaire verlenging, nucleaire erosie, vroegtijdige chromosoomrijping, metafaseclustering, nucleaire condensatie, anafase-kleverigheid en afwijkingen van c-metafase- en anafasebruggen veroorzaakte. De afname van MI-waarden na behandeling met omethoaat kan te wijten zijn aan de vertraging van de celdeling of het onvermogen van cellen om de mitotische cyclus te voltooien. Daarentegen gaven de toename van MN en chromosomale afwijkingen en DNA-fragmentatie aan dat de afname van MI-waarden direct verband hield met DNA-schade. Van de chromosomale afwijkingen die in de huidige studie werden gedetecteerd, kwamen kleverige chromosomen het meest voor. Deze specifieke afwijking, die zeer toxisch en onomkeerbaar is, wordt veroorzaakt door fysieke adhesie van chromosomale eiwitten of verstoring van het nucleïnezuurmetabolisme in de cel. Het kan ook worden veroorzaakt door het oplossen van eiwitten die chromosomaal DNA inkapselen, wat uiteindelijk kan leiden tot celdood42. Vrije chromosomen suggereren de mogelijkheid van aneuploïdie43. Bovendien worden chromosomale bruggen gevormd door het breken en versmelten van chromosomen en chromatiden. De vorming van fragmenten leidt direct tot de vorming van MN, wat consistent is met de resultaten van de comet assay in de huidige studie. De ongelijkmatige verdeling van chromatine is te wijten aan het uitblijven van de chromatidescheiding in de late mitotische fase, wat leidt tot de vorming van vrije chromosomen44. Het exacte mechanisme van omethoaatgenotoxiciteit is niet duidelijk; als organofosforpesticide kan het echter interageren met cellulaire componenten zoals nucleobasen of DNA-schade veroorzaken door reactieve zuurstofspecies (ROS) te genereren45. Organofosforpesticiden kunnen dus de accumulatie van zeer reactieve vrije radicalen veroorzaken, waaronder O2−, H2O2 en OH−, die kunnen reageren met DNA-basen in organismen en zo direct of indirect DNA-schade kunnen veroorzaken. Deze ROS blijken ook enzymen en structuren te beschadigen die betrokken zijn bij DNA-replicatie en -herstel. Daarentegen is gesuggereerd dat organofosforpesticiden na inname door mensen een complex metabolisch proces ondergaan, waarbij ze interacteren met meerdere enzymen. Zij stellen dat deze interactie resulteert in de betrokkenheid van verschillende enzymen en de genen die voor deze enzymen coderen bij de genotoxische effecten van omethoaat40. Ding et al.46 rapporteerden dat aan omethoaat blootgestelde werknemers een toegenomen telomeerlengte hadden, wat geassocieerd was met telomerase-activiteit en genetisch polymorfisme. Hoewel de associatie tussen DNA-herstelenzymen met omethoaat en genetisch polymorfisme bij mensen is opgehelderd, blijft deze vraag echter onopgelost voor planten.
Cellulaire afweermechanismen tegen reactieve zuurstofsoorten (ROS) worden niet alleen versterkt door enzymatische antioxidantprocessen, maar ook door niet-enzymatische antioxidantprocessen, waarvan vrije proline een belangrijke niet-enzymatische antioxidant in planten is. Prolineniveaus tot 100 keer hoger dan normale waarden werden waargenomen in gestreste planten56. De resultaten van deze studie komen overeen met de resultaten33 die melding maakten van verhoogde prolineniveaus in met omethoaat behandelde tarwezaailingen. Srivastava en Singh57 observeerden eveneens dat het organofosfaatinsecticide malathion de prolineniveaus in ui (A. cepa) verhoogde en ook de activiteit van superoxidedismutase (SOD) en catalase (CAT), waardoor de membraanintegriteit afnam en DNA-schade ontstond. Proline is een niet-essentieel aminozuur dat betrokken is bij een verscheidenheid aan fysiologische mechanismen, waaronder de vorming van eiwitstructuur, bepaling van eiwitfunctie, handhaving van cellulaire redoxhomeostase, verwijdering van singletzuurstof en hydroxylradicalen, handhaving van de osmotische balans en celsignalering57. Bovendien beschermt proline antioxidantenzymen, waardoor de structurele integriteit van celmembranen behouden blijft. De toename van de prolinespiegels in uien na blootstelling aan omethoaat suggereert dat het lichaam proline gebruikt als superoxidedismutase (SOD) en catalase (CAT) om te beschermen tegen door insecticiden veroorzaakte toxiciteit. Net als het enzymatische antioxidantsysteem is echter aangetoond dat proline onvoldoende is om de wortelpuntcellen van uien te beschermen tegen schade door insecticiden.
Uit literatuuronderzoek bleek dat er geen studies zijn naar de anatomische schade aan plantenwortels veroorzaakt door omethoaat-insecticiden. De resultaten van eerdere studies met andere insecticiden komen echter overeen met de resultaten van deze studie. Çavuşoğlu et al.67 meldden dat breedspectrum-insecticiden met thiamethoxam anatomische schade veroorzaakten in uienwortels, zoals celnecrose, onduidelijk vaatweefsel, celvervorming, onduidelijke epidermislaag en een abnormale vorm van meristeemkernen. Tütüncü et al.68 gaven aan dat drie verschillende doses methiocarb-insecticiden necrose, epidermiscelschade en verdikking van de corticale celwand in uienwortels veroorzaakten. In een andere studie ontdekte Kalefetoglu Makar36 dat de toepassing van avermectine-insecticiden in doses van 0,025 ml/l, 0,050 ml/l en 0,100 ml/l leidde tot ongedefinieerd geleidend weefsel, vervorming van epidermale cellen en afgeplatte kernschade in uienwortels. De wortel is het toegangspunt voor schadelijke chemicaliën om de plant binnen te dringen en is tevens de belangrijkste locatie die het meest gevoelig is voor toxische effecten. Volgens de MDA-resultaten van onze studie kan oxidatieve stress leiden tot schade aan het celmembraan. Aan de andere kant is het belangrijk om te erkennen dat het wortelstelsel ook het eerste verdedigingsmechanisme tegen dergelijke gevaren is69. Studies hebben aangetoond dat de waargenomen schade aan wortelmeristeemcellen mogelijk te wijten is aan het verdedigingsmechanisme van deze cellen dat de opname van pesticiden verhindert. De toename van epidermale en corticale cellen die in deze studie werd waargenomen, is waarschijnlijk het gevolg van een verminderde chemische opname door de plant. Deze toename kan leiden tot fysieke compressie en vervorming van cellen en kernen. Daarnaast is gesuggereerd dat planten bepaalde chemicaliën kunnen accumuleren om de penetratie van pesticiden in cellen te beperken. Dit fenomeen kan worden verklaard als een adaptieve verandering in cellen van corticaal en vaatweefsel, waarbij cellen hun celwanden verdikken met stoffen zoals cellulose en suberine om te voorkomen dat omethoaat de wortels binnendringt. Bovendien kan de afgeplatte kernschade het gevolg zijn van fysieke compressie van cellen of oxidatieve stress die het kernmembraan aantast, of van schade aan het genetisch materiaal veroorzaakt door de toediening van omethoaat.
Omethoaat is een zeer effectief insecticide dat veel wordt gebruikt, vooral in ontwikkelingslanden. Net als bij veel andere organofosfaatpesticiden blijven er echter zorgen bestaan over de impact ervan op het milieu en de menselijke gezondheid. Deze studie had tot doel deze informatielacune te vullen door de schadelijke effecten van omethoaatinsecticiden op een veel geteste plant, A. cepa, uitgebreid te beoordelen. Bij A. cepa resulteerde blootstelling aan omethoaat in groeivertraging, genotoxische effecten, verlies van DNA-integriteit, oxidatieve stress en celschade in het wortelmeristeem. De resultaten benadrukten de negatieve effecten van omethoaatinsecticiden op niet-doelorganismen. De resultaten van deze studie wijzen op de noodzaak van grotere voorzichtigheid bij het gebruik van omethoaatinsecticiden, nauwkeurigere dosering, meer bewustzijn onder boeren en strengere regelgeving. Bovendien zullen deze resultaten een waardevol uitgangspunt vormen voor onderzoek naar de effecten van omethoaatinsecticiden op niet-doelsoorten.
Experimentele studies en veldstudies van planten en hun delen (uienbollen), inclusief het verzamelen van plantmateriaal, werden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante institutionele, nationale en internationale normen en voorschriften.
Plaatsingstijd: 04-06-2025