Zvýšení produkce potravin je nezbytné pro uspokojení potřeb světové populace. V tomto ohledu jsou pesticidy nedílnou součástí moderních zemědělských postupů zaměřených na zvyšování výnosů plodin. Bylo prokázáno, že rozšířené používání syntetických pesticidů v zemědělství způsobuje vážné znečištění životního prostředí a problémy s lidským zdravím. Pesticidy se mohou bioakumulovat na buněčných membránách lidských buněk a poškozovat lidské funkce přímým kontaktem nebo konzumací kontaminovaných potravin, což je důležitou příčinou zdravotních problémů.
Cytogenetické parametry použité v této studii ukázaly konzistentní vzorec naznačující, že omethoát vykazuje genotoxické a cytotoxické účinky na meristémy cibule. Ačkoli v existující literatuře neexistují jasné důkazy o genotoxických účincích omethoátu na cibuli, velké množství studií zkoumalo genotoxické účinky omethoátu na jiné testovací organismy. Dolara a kol. prokázali, že omethoát indukoval na dávce závislý nárůst počtu výměn sesterských chromatid v lidských lymfocytech in vitro. Podobně Arteaga-Gómez a kol. prokázali, že omethoát snižuje životaschopnost buněk v keratinocytech HaCaT a lidských bronchiálních buňkách NL-20 a genotoxické poškození bylo hodnoceno pomocí kometového testu. Podobně Wang a kol. pozorovali zvýšenou délku telomer a zvýšenou náchylnost k rakovině u pracovníků vystavených omethoátu. Ekong a kol. dále na podporu této studie... prokázali, že omethoát (kyslíkatý analog omethoátu) způsobil snížení MI u A. cepa a způsobil lýzu buněk, retenci chromozomů, fragmentaci chromozomů, prodloužení jádra, erozi jádra, předčasné zrání chromozomů, shlukování v metafázi, kondenzaci jádra, lepkavost v anafázi a abnormality můstků v c-metafázi a anafázi. Pokles hodnot MI po léčbě omethoátem může být způsoben zpomalením buněčného dělení nebo neschopností buněk dokončit mitotický cyklus. Naproti tomu zvýšení MN a chromozomálních abnormalit a fragmentace DNA naznačovalo, že pokles hodnot MI přímo souvisel s poškozením DNA. Mezi chromozomálními abnormalitami zjištěnými v této studii byly nejčastější lepkavé chromozomy. Tato konkrétní abnormalita, která je vysoce toxická a nevratná, je způsobena fyzikální adhezí chromozomálních proteinů nebo narušením metabolismu nukleových kyselin v buňce. Alternativně může být způsobena rozpuštěním proteinů zapouzdřujících chromozomální DNA, což může nakonec vést k buněčné smrti42. Volné chromozomy naznačují možnost aneuploidie43. Chromozomální můstky navíc vznikají rozbitím a fúzí chromozomů a chromatid. Tvorba fragmentů přímo vede k tvorbě MN, což je v souladu s výsledky kometárního testu v této studii. Nerovnoměrné rozložení chromatinu je způsobeno selháním separace chromatid v pozdní mitotické fázi, což vede k tvorbě volných chromozomů44. Přesný mechanismus genotoxicity omethoátu není jasný; nicméně jako organofosfátový pesticid může interagovat s buněčnými složkami, jako jsou nukleobáze, nebo způsobit poškození DNA generováním reaktivních forem kyslíku (ROS)45. Organofosfátové pesticidy tak mohou způsobit akumulaci vysoce reaktivních volných radikálů, včetně O2−, H2O2 a OH−, které mohou reagovat s bázemi DNA v organismech, a tím přímo či nepřímo způsobit poškození DNA. Bylo také prokázáno, že tyto ROS poškozují enzymy a struktury zapojené do replikace a opravy DNA. Naproti tomu se předpokládá, že organofosfátové pesticidy po požití lidmi procházejí složitým metabolickým procesem, kdy interagují s mnoha enzymy. Domnívají se, že tato interakce vede k zapojení různých enzymů a genů kódujících tyto enzymy do genotoxických účinků omethoátu40. Ding a kol.46 uvádějí, že pracovníci vystavení omethoátu měli prodlouženou telomeru, což bylo spojeno s aktivitou telomerázy a genetickým polymorfismem. Ačkoli byla u lidí objasněna souvislost mezi enzymy pro opravu DNA omethoátu a genetickým polymorfismem, u rostlin zůstává tato otázka nevyřešena.
Buněčné obranné mechanismy proti reaktivním kyslíkovým radikálům (ROS) jsou zesíleny nejen enzymatickými antioxidačními procesy, ale také neenzymatickými antioxidačními procesy, z nichž volný prolin je důležitým neenzymatickým antioxidantem v rostlinách. U stresovaných rostlin byly pozorovány hladiny prolinu až 100krát vyšší než normální hodnoty56. Výsledky této studie jsou v souladu s výsledky33, které uváděly zvýšené hladiny prolinu v sazenicích pšenice ošetřených omethoátem. Podobně Srivastava a Singh57 také pozorovali, že organofosfátový insekticid malathion zvýšil hladiny prolinu v cibuli (A. cepa) a také zvýšil aktivitu superoxiddismutázy (SOD) a katalázy (CAT), což snižovalo integritu membrány a způsobovalo poškození DNA. Prolin je neesenciální aminokyselina, která se podílí na řadě fyziologických mechanismů, včetně tvorby struktury proteinů, určování funkcí proteinů, udržování buněčné redoxní homeostázy, zachycování singletového kyslíku a hydroxylových radikálů, udržování osmotické rovnováhy a buněčné signalizace57. Prolin navíc chrání antioxidační enzymy, a tím udržuje strukturální integritu buněčných membrán58. Zvýšení hladiny prolinu v cibuli po expozici omethoátu naznačuje, že tělo využívá prolin jako superoxiddismutázu (SOD) a katalázu (CAT) k ochraně před toxicitou vyvolanou insekticidy. Podobně jako enzymatický antioxidační systém se však ukázalo, že prolin není dostatečný k ochraně buněk kořenových špiček cibule před poškozením insekticidy.
Přehled literatury ukázal, že neexistují žádné studie o anatomickém poškození kořenů rostlin způsobeném insekticidy na bázi omethoátu. Výsledky předchozích studií jiných insekticidů jsou však v souladu s výsledky této studie. Çavuşoğlu a kol.67 uvedli, že širokospektrální insekticidy na bázi thiamethoxamu způsobily anatomické poškození kořenů cibule, jako je buněčná nekróza, nejasná cévní tkáň, deformace buněk, nejasná epidermální vrstva a abnormální tvar meristémových jader. Tütüncü a kol.68 uvedli, že tři různé dávky methiokarbových insekticidů způsobily nekrózu, poškození epidermálních buněk a ztluštění kortikální buněčné stěny kořenů cibule. V jiné studii Kalefetoglu Makar36 zjistil, že aplikace avermektinových insekticidů v dávkách 0,025 ml/l, 0,050 ml/l a 0,100 ml/l způsobila nedefinovanou vodivou tkáň, deformaci epidermálních buněk a poškození zploštělého jádra kořenů cibule. Kořen je vstupním bodem pro škodlivé chemikálie do rostliny a je také hlavním místem nejvíce náchylným k toxickým účinkům. Podle výsledků MDA naší studie může oxidační stres vést k poškození buněčné membrány. Na druhou stranu je důležité si uvědomit, že kořenový systém je také počátečním obranným mechanismem proti těmto nebezpečím69. Studie ukázaly, že pozorované poškození buněk kořenového meristému může být způsobeno obranným mechanismem těchto buněk, který brání příjmu pesticidů. Zvýšení počtu epidermálních a kortikálních buněk pozorované v této studii je pravděpodobně výsledkem snížení příjmu chemikálií rostlinou. Toto zvýšení může vést k fyzickému stlačení a deformaci buněk a jader. Kromě toho70 bylo navrženo, že rostliny mohou akumulovat určité chemikálie, aby omezily pronikání pesticidů do buněk. Tento jev lze vysvětlit jako adaptivní změnu v buňkách kortikální a cévní tkáně, při které buňky ztlušťují své buněčné stěny látkami, jako je celulóza a suberin, aby zabránily pronikání omethoátu do kořenů.71 Poškození zploštělého jádra může být navíc výsledkem fyzické komprese buněk nebo oxidačního stresu ovlivňujícího jadernou membránu, nebo může být způsobeno poškozením genetického materiálu způsobeným aplikací omethoátu.
Omethoát je vysoce účinný insekticid, který je široce používán, zejména v rozvojových zemích. Stejně jako u mnoha jiných organofosfátových pesticidů však přetrvávají obavy ohledně jeho dopadu na životní prostředí a lidské zdraví. Cílem této studie bylo zaplnit tuto informační mezeru komplexním posouzením škodlivých účinků omethoátových insekticidů na běžně testovanou rostlinu A. cepa. U A. cepa vedla expozice omethoátu ke zpomalení růstu, genotoxickým účinkům, ztrátě integrity DNA, oxidačnímu stresu a poškození buněk v kořenovém meristému. Výsledky zdůraznily negativní dopady omethoátových insekticidů na necílové organismy. Výsledky této studie naznačují potřebu větší opatrnosti při používání omethoátových insekticidů, přesnějšího dávkování, zvýšeného povědomí zemědělců a přísnějších předpisů. Tyto výsledky dále poskytnou cenný výchozí bod pro výzkum zkoumající účinky omethoátových insekticidů na necílové druhy.
Experimentální studie a terénní studie rostlin a jejich částí (cibulových cibulí), včetně sběru rostlinného materiálu, byly provedeny v souladu s příslušnými institucionálními, národními a mezinárodními normami a předpisy.
Čas zveřejnění: 4. června 2025