Zvýšenie produkcie potravín je nevyhnutné na uspokojenie potrieb svetovej populácie. V tomto ohľade sú pesticídy neoddeliteľnou súčasťou moderných poľnohospodárskych postupov zameraných na zvyšovanie výnosov plodín. Ukázalo sa, že rozsiahle používanie syntetických pesticídov v poľnohospodárstve spôsobuje vážne znečistenie životného prostredia a problémy s ľudským zdravím. Pesticídy sa môžu bioakumulovať na membránach ľudských buniek a poškodzovať ľudské funkcie priamym kontaktom alebo konzumáciou kontaminovaných potravín, čo je dôležitou príčinou zdravotných problémov.
Cytogenetické parametre použité v tejto štúdii preukázali konzistentný vzorec naznačujúci, že ometoát má genotoxické a cytotoxické účinky na cibuľové meristémy. Hoci v existujúcej literatúre neexistujú jasné dôkazy o genotoxických účinkoch ometoátu na cibuľu, veľké množstvo štúdií skúmalo genotoxické účinky ometoátu na iné testované organizmy. Dolara a kol. preukázali, že ometoát indukoval in vitro od dávky závislý nárast počtu výmen sesterských chromatid v ľudských lymfocytoch. Podobne Arteaga-Gómez a kol. preukázali, že ometoát znížil životaschopnosť buniek v keratinocytoch HaCaT a ľudských bronchiálnych bunkách NL-20 a genotoxické poškodenie bolo hodnotené pomocou kometového testu. Podobne Wang a kol. pozorovali zvýšenú dĺžku telomér a zvýšenú náchylnosť na rakovinu u pracovníkov vystavených ometoátu. Okrem toho na podporu tejto štúdie Ekong a kol. preukázali, že ometoát (kyslíkový analóg ometoátu) spôsobil pokles MI u A. cepa a spôsobil lýzu buniek, retenciu chromozómov, fragmentáciu chromozómov, predĺženie jadra, eróziu jadra, predčasné dozrievanie chromozómov, zhlukovanie metafázy, kondenzáciu jadra, lepkavosť v anafáze a abnormality mostíkov v c-metafáze a anafáze. Pokles hodnôt MI po liečbe ometoátom môže byť spôsobený spomalením bunkového delenia alebo neschopnosťou buniek dokončiť mitotický cyklus. Naproti tomu zvýšenie MN a chromozómových abnormalít a fragmentácie DNA naznačovalo, že pokles hodnôt MI priamo súvisel s poškodením DNA. Medzi chromozómovými abnormalitami zistenými v tejto štúdii boli najbežnejšie lepkavé chromozómy. Táto konkrétna abnormalita, ktorá je vysoko toxická a ireverzibilná, je spôsobená fyzikálnou adhéziou chromozómových proteínov alebo narušením metabolizmu nukleových kyselín v bunke. Alternatívne môže byť spôsobená rozpustením proteínov zapuzdrujúcich chromozómovú DNA, čo môže v konečnom dôsledku viesť k bunkovej smrti42. Voľné chromozómy naznačujú možnosť aneuploidie43. Okrem toho sa chromozomálne mostíky tvoria rozbitím a fúziou chromozómov a chromatíd. Tvorba fragmentov priamo vedie k tvorbe MN, čo je v súlade s výsledkami kométového testu v tejto štúdii. Nerovnomerné rozloženie chromatínu je spôsobené zlyhaním separácie chromatíd v neskorej mitotickej fáze, čo vedie k tvorbe voľných chromozómov44. Presný mechanizmus genotoxicity omethoátu nie je jasný; avšak ako organofosfátový pesticíd môže interagovať s bunkovými zložkami, ako sú nukleobázy, alebo spôsobiť poškodenie DNA tvorbou reaktívnych foriem kyslíka (ROS)45. Organofosfátové pesticídy teda môžu spôsobiť akumuláciu vysoko reaktívnych voľných radikálov vrátane O2−, H2O2 a OH−, ktoré môžu reagovať s bázami DNA v organizmoch, čím priamo alebo nepriamo spôsobujú poškodenie DNA. Ukázalo sa tiež, že tieto ROS poškodzujú enzýmy a štruktúry zapojené do replikácie a opravy DNA. Naproti tomu sa predpokladá, že organofosfátové pesticídy po požití ľuďmi prechádzajú zložitým metabolickým procesom, v ktorom interagujú s viacerými enzýmami. Predpokladajú, že táto interakcia vedie k zapojeniu rôznych enzýmov a génov kódujúcich tieto enzýmy do genotoxických účinkov omethoátu40. Ding a kol.46 uviedli, že pracovníci vystavení omethoátu mali zvýšenú dĺžku telomér, čo bolo spojené s aktivitou telomerázy a genetickým polymorfizmom. Hoci súvislosť medzi enzýmami omethoátu na opravu DNA a genetickým polymorfizmom bola u ľudí objasnená, táto otázka zostáva u rastlín nevyriešená.
Bunkové obranné mechanizmy proti reaktívnym kyslíkovým radikálom (ROS) sú posilnené nielen enzymatickými antioxidačnými procesmi, ale aj neenzymatickými antioxidačnými procesmi, z ktorých voľný prolín je dôležitým neenzymatickým antioxidantom v rastlinách. U stresovaných rastlín boli pozorované hladiny prolínu až 100-krát vyššie ako normálne hodnoty56. Výsledky tejto štúdie sú v súlade s výsledkami33, ktoré uvádzali zvýšené hladiny prolínu v sadenícach pšenice ošetrených omethoátom. Podobne Srivastava a Singh57 tiež pozorovali, že organofosfátový insekticíd malatión zvýšil hladiny prolínu v cibuli (A. cepa) a tiež zvýšil aktivitu superoxiddismutázy (SOD) a katalázy (CAT), čím znížil integritu membrány a spôsobil poškodenie DNA. Prolín je neesenciálna aminokyselina, ktorá sa podieľa na rôznych fyziologických mechanizmoch vrátane tvorby štruktúry proteínov, určenia funkcie proteínov, udržiavania bunkovej redoxnej homeostázy, zachytávania singletového kyslíka a hydroxylových radikálov, udržiavania osmotickej rovnováhy a bunkovej signalizácie57. Okrem toho prolín chráni antioxidačné enzýmy, čím udržiava štrukturálnu integritu bunkových membrán58. Zvýšenie hladiny prolínu v cibuli po expozícii omethoátu naznačuje, že telo využíva prolín ako superoxiddismutázu (SOD) a katalázu (CAT) na ochranu pred toxicitou vyvolanou insekticídmi. Podobne ako enzymatický antioxidačný systém sa však ukázalo, že prolín nie je dostatočný na ochranu buniek koreňových špičiek cibule pred poškodením insekticídmi.
Prehľad literatúry ukázal, že neexistujú žiadne štúdie o anatomickom poškodení koreňov rastlín spôsobenom ometoátovými insekticídmi. Výsledky predchádzajúcich štúdií o iných insekticídoch sú však v súlade s výsledkami tejto štúdie. Çavuşoğlu a kol.67 uviedli, že širokospektrálne insekticídy na báze tiametoxámu spôsobili anatomické poškodenie koreňov cibule, ako je nekróza buniek, nejasné cievne tkanivo, deformácia buniek, nejasná epidermálna vrstva a abnormálny tvar meristémových jadier. Tütüncü a kol.68 uviedli, že tri rôzne dávky metiokarbových insekticídov spôsobili nekrózu, poškodenie epidermálnych buniek a zhrubnutie kortikálnej bunkovej steny v koreňoch cibule. V inej štúdii Kalefetoglu Makar36 zistil, že aplikácia avermektínových insekticídov v dávkach 0,025 ml/l, 0,050 ml/l a 0,100 ml/l spôsobila nedefinované vodivé tkanivo, deformáciu epidermálnych buniek a sploštené jadrové poškodenie v koreňoch cibule. Koreň je vstupným bodom pre škodlivé chemikálie do rastliny a je tiež hlavným miestom najviac náchylným na toxické účinky. Podľa výsledkov MDA našej štúdie môže oxidačný stres viesť k poškodeniu bunkovej membrány. Na druhej strane je dôležité si uvedomiť, že koreňový systém je tiež počiatočným obranným mechanizmom proti takýmto nebezpečenstvám69. Štúdie ukázali, že pozorované poškodenie buniek meristému koreňov môže byť spôsobené obranným mechanizmom týchto buniek, ktoré bránia príjmu pesticídov. Zvýšenie epidermálnych a kortikálnych buniek pozorované v tejto štúdii je pravdepodobne výsledkom zníženia príjmu chemikálií rastlinou. Toto zvýšenie môže viesť k fyzickému stlačeniu a deformácii buniek a jadier. Okrem toho70 sa predpokladá, že rastliny môžu akumulovať určité chemikálie, aby obmedzili prenikanie pesticídov do buniek. Tento jav možno vysvetliť ako adaptačnú zmenu v bunkách kortikálneho a cievneho tkaniva, pri ktorej bunky zahusťujú svoje bunkové steny látkami, ako je celulóza a suberín, aby zabránili prenikaniu omethoátu do koreňov.71 Okrem toho môže byť sploštené jadrové poškodenie výsledkom fyzickej kompresie buniek alebo oxidačného stresu ovplyvňujúceho jadrovú membránu, alebo môže byť spôsobené poškodením genetického materiálu spôsobeným aplikáciou omethoátu.
Ometoát je vysoko účinný insekticíd, ktorý sa široko používa, najmä v rozvojových krajinách. Avšak, rovnako ako v prípade mnohých iných organofosfátových pesticídov, pretrvávajú obavy týkajúce sa jeho vplyvu na životné prostredie a ľudské zdravie. Cieľom tejto štúdie bolo vyplniť túto informačnú medzeru komplexným posúdením škodlivých účinkov ometoátových insekticídov na bežne testovanú rastlinu A. cepa. U A. cepa viedla expozícia ometoátu k spomaleniu rastu, genotoxickým účinkom, strate integrity DNA, oxidačnému stresu a poškodeniu buniek v koreňovom meristéme. Výsledky zdôraznili negatívne vplyvy ometoátových insekticídov na necieľové organizmy. Výsledky tejto štúdie naznačujú potrebu väčšej opatrnosti pri používaní ometoátových insekticídov, presnejšieho dávkovania, zvýšenej informovanosti medzi poľnohospodármi a prísnejších predpisov. Okrem toho tieto výsledky poskytnú cenný východiskový bod pre výskum skúmajúci účinky ometoátových insekticídov na necieľové druhy.
Experimentálne štúdie a terénne štúdie rastlín a ich častí (cibuľových cibúľ), vrátane zberu rastlinného materiálu, boli vykonané v súlade s príslušnými inštitucionálnymi, národnými a medzinárodnými normami a predpismi.
Čas uverejnenia: 4. júna 2025