Het verhogen van de voedselproductie is noodzakelijk om aan de behoeften van de wereldbevolking te voldoen. In dit opzicht vormen pesticiden een integraal onderdeel van moderne landbouwmethoden die gericht zijn op het verhogen van de gewasopbrengst. Het wijdverbreide gebruik van synthetische pesticiden in de landbouw leidt aantoonbaar tot ernstige milieuvervuiling en gezondheidsproblemen bij de mens. Pesticiden kunnen zich ophopen in 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 talrijke studies de genotoxische effecten van omethoaat op andere testorganismen onderzocht. Dolara et al. toonden aan dat omethoaat in vitro een dosisafhankelijke toename van het aantal zusterchromatidenuitwisselingen in menselijke lymfocyten veroorzaakte. Arteaga-Gómez et al. toonden eveneens aan dat omethoaat de cellevensvatbaarheid verminderde in HaCaT-keratinocyten en NL-20 menselijke bronchiale cellen, en genotoxische schade werd beoordeeld met behulp van een comet-assay. Wang et al. observeerden een toename van de telomeerlengte en een verhoogde gevoeligheid voor kanker bij werknemers die aan omethoaat waren blootgesteld. Ter ondersteuning van de huidige studie toonden Ekong et al. aan dat... Uit onderzoek is gebleken dat omethoaat (de zuurstofanaloog van omethoaat) een afname van de mitotische index (MI) in A. cepa veroorzaakte en leidde tot cellysis, chromosoomretentie, chromosoomfragmentatie, kernverlenging, kernerosie, premature chromosoomrijping, metafaseclustering, kerncondensatie, anafasekleverigheid en afwijkingen van c-metafase- en anafasebruggen. De afname van de MI-waarden na behandeling met omethoaat kan te wijten zijn aan een vertraging van de celdeling of het niet voltooien van de mitotische cyclus door de cellen. Daarentegen duidde de toename van de mitotische index (MN), chromosomale afwijkingen en DNA-fragmentatie erop dat de afname van de MI-waarden direct verband hield met DNA-schade. Van de in dit onderzoek gedetecteerde chromosomale afwijkingen 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. Alternatief kan het worden veroorzaakt door de ontbinding van eiwitten die chromosomaal DNA omhullen, wat uiteindelijk kan leiden tot celdood42. Vrije chromosomen suggereren de mogelijkheid van aneuploïdie43. Daarnaast worden chromosomale bruggen gevormd door het breken en samensmelten 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 deze studie. De ongelijke verdeling van chromatine is te wijten aan het mislukken van de chromatidenscheiding in de late mitotische fase, wat leidt tot de vorming van vrije chromosomen44. Het exacte mechanisme van de genotoxiciteit van omethoaat is niet duidelijk; als organofosforpesticide kan het echter interageren met cellulaire componenten zoals nucleobasen of DNA-schade veroorzaken door de aanmaak van reactieve zuurstofsoorten (ROS)45. Organofosforpesticiden kunnen dus leiden tot de accumulatie van zeer reactieve vrije radicalen, waaronder O2−, H2O2 en OH−, die kunnen reageren met DNA-basen in organismen en zo direct of indirect DNA-schade veroorzaken. Het is ook aangetoond dat deze ROS enzymen en structuren beschadigen die betrokken zijn bij DNA-replicatie en -reparatie. Daarentegen wordt gesuggereerd dat organofosforpesticiden na inname door mensen een complex metabolisch proces ondergaan, waarbij ze interageren met meerdere enzymen. Men stelt dat deze interactie resulteert in de betrokkenheid van verschillende enzymen en de genen die deze enzymen coderen bij de genotoxische effecten van omethoaat40. Ding et al.46 rapporteerden dat werknemers die aan omethoaat waren blootgesteld een verhoogde telomeerlengte hadden, wat verband hield met telomerase-activiteit en genetisch polymorfisme. Hoewel het verband tussen omethoaat-DNA-reparatie-enzymen en genetisch polymorfisme bij mensen is opgehelderd, blijft deze vraag voor planten onbeantwoord.
Cellulaire afweermechanismen tegen reactieve zuurstofsoorten (ROS) worden niet alleen versterkt door enzymatische antioxidantprocessen, maar ook door niet-enzymatische antioxidantprocessen, waarvan vrij proline een belangrijke niet-enzymatische antioxidant in planten is. Prolineniveaus tot wel 100 keer hoger dan normale waarden werden waargenomen in gestreste planten56. De resultaten van deze studie komen overeen met de resultaten33 die verhoogde prolineniveaus rapporteerden in met omethoaat behandelde tarwezaailingen. Op vergelijkbare wijze observeerden Srivastava en Singh57 ook dat het organofosfaat-insecticide malathion de prolineniveaus in uien (A. cepa) verhoogde en tevens de activiteit van superoxide dismutase (SOD) en catalase (CAT) verhoogde, waardoor de membraanintegriteit afnam en DNA-schade ontstond. Proline is een niet-essentieel aminozuur dat betrokken is bij diverse fysiologische mechanismen, waaronder de vorming van eiwitstructuren, de bepaling van eiwitfuncties, het handhaven van de cellulaire redoxhomeostase, het wegvangen van singletzuurstof en hydroxylradicalen, het handhaven van de osmotische balans en celsignalering57. Bovendien beschermt proline antioxidantenzymen, waardoor de structurele integriteit van celmembranen behouden blijft58. De toename van prolinegehaltes in uien na blootstelling aan omethoaat suggereert dat het lichaam proline gebruikt als superoxide dismutase (SOD) en catalase (CAT) om zich te beschermen tegen door insecticiden veroorzaakte toxiciteit. Net als bij het enzymatische antioxidantsysteem is echter aangetoond dat proline onvoldoende is om de worteltopcellen van uien te beschermen tegen schade door insecticiden.
Uit een literatuuronderzoek bleek dat er geen studies zijn verricht naar de anatomische schade aan plantenwortels veroorzaakt door omethoaat-insecticiden. De resultaten van eerdere studies naar andere insecticiden komen echter overeen met de resultaten van deze studie. Çavuşoğlu et al.67 rapporteerden dat breedspectrum thiamethoxam-insecticiden anatomische schade aan uienwortels veroorzaakten, zoals celnecrose, onduidelijk vaatweefsel, celvervorming, een onduidelijke epidermislaag en een abnormale vorm van meristeemkernen. Tütüncü et al.68 gaven aan dat drie verschillende doses methiocarb-insecticiden necrose, beschadiging van epidermiscellen en verdikking van de schorscelwand in uienwortels veroorzaakten. In een ander onderzoek 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 ongedefinieerde geleidingsweefselvorming, vervorming van epidermiscellen en afgeplatte kernschade in uienwortels. De wortel is het toegangspunt voor schadelijke chemicaliën in de plant en tevens de belangrijkste plek die het meest gevoelig is voor toxische effecten. Volgens de MDA-resultaten van ons onderzoek kan oxidatieve stress leiden tot schade aan het celmembraan. Aan de andere kant is het belangrijk te erkennen dat het wortelstelsel ook het eerste verdedigingsmechanisme is tegen dergelijke gevaren69. Studies hebben aangetoond dat de waargenomen schade aan wortelmeristeemcellen te wijten kan zijn aan het verdedigingsmechanisme van deze cellen dat de opname van pesticiden voorkomt. De toename van epidermis- en cortexcellen die in dit onderzoek is waargenomen, is waarschijnlijk een gevolg van de verminderde opname van chemicaliën 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 corticale en vasculaire weefselcellen, waarbij cellen hun celwanden verdikken met stoffen zoals cellulose en suberine om te voorkomen dat omethoaat de wortels binnendringt.71 Bovendien kan de afgeplatte kernbeschadiging het gevolg zijn van fysieke compressie van cellen of oxidatieve stress die het kernmembraan aantast, of het kan te wijten zijn aan schade aan het genetisch materiaal veroorzaakt door de toepassing van omethoaat.
Omethoaat is een zeer effectief insecticide dat veelvuldig wordt gebruikt, met name in ontwikkelingslanden. Net als bij veel andere organofosfaatpesticiden bestaan er echter nog steeds zorgen over de impact ervan op het milieu en de menselijke gezondheid. Deze studie had als doel deze informatiekloof te vullen door de schadelijke effecten van omethoaat-insecticiden op een veel geteste plant, A. cepa, uitgebreid te onderzoeken. Bij A. cepa leidde blootstelling aan omethoaat tot groeivertraging, genotoxische effecten, verlies van DNA-integriteit, oxidatieve stress en celbeschadiging in het wortelmeristeem. De resultaten benadrukten de negatieve impact van omethoaat-insecticiden op niet-doelorganismen. De resultaten van deze studie wijzen op de noodzaak van grotere voorzichtigheid bij het gebruik van omethoaat-insecticiden, nauwkeurigere dosering, meer bewustwording onder boeren en strengere regelgeving. Bovendien vormen deze resultaten een waardevol uitgangspunt voor onderzoek naar de effecten van omethoaat-insecticiden op niet-doelsoorten.
Experimentele studies en veldstudies van planten en hun onderdelen (uienbollen), inclusief het verzamelen van plantmateriaal, werden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante institutionele, nationale en internationale normen en regelgeving.
Geplaatst op: 4 juni 2025