הערכה טוקסיקולוגית של קוטל החרקים אומתואט בבצל.

הגדלת ייצור המזון הכרחית כדי לענות על צרכי אוכלוסיית העולם. בהקשר זה, חומרי הדברה הם חלק בלתי נפרד משיטות חקלאיות מודרניות שמטרתן להגדיל את יבולי היבולים. השימוש הנרחב בחומרי הדברה סינתטיים בחקלאות הוכח כגורם לזיהום סביבתי חמור ולבעיות בריאותיות אנושיות. חומרי הדברה יכולים להצטבר ביולוגית על קרומי תאים אנושיים ולפגוע בתפקודים אנושיים באמצעות מגע ישיר או צריכה של מזון מזוהם, שהוא גורם חשוב לבעיות בריאותיות.
הפרמטרים הציטוגנטיים ששימשו במחקר זה הראו דפוס עקבי המצביע על כך שאומתואט מפעיל השפעות גנוטוקסיות וציטוטוקסיות על מריסטמות הבצל. למרות שאין ראיות ברורות להשפעות הגנוטוקסיות של אומטואט על בצל בספרות הקיימת, מספר רב של מחקרים חקרו את ההשפעות הגנוטוקסיות של אומטואט על אורגניזמים אחרים שנבדקו. דולארה ועמיתיו הראו כי אומטואט גרם לעלייה תלוית מינון במספר החלפות כרומטידות אחיות בלימפוציטים אנושיים במבחנה. באופן דומה, ארטגה-גומז ועמיתיו הראו כי אומטואט הפחית את כדאיות התאים בקרטינוציטים של HaCaT ובתאי סימפונות אנושיים מסוג NL-20, ונזק גנוטוקסי הוערך באמצעות מבחן שביט. באופן דומה, וואנג ועמיתיו הבחינו באורך הטלומרים המוגבר ובעלייה ברגישות לסרטן בעובדים שנחשפו לאומתואט. יתר על כן, בתמיכה למחקר הנוכחי, אקונג ועמיתיו... הראה כי אומטואט (אנלוג החמצן של אומטואט) גרם לירידה ב-MI ב-A. cepa וגרם לליזה של תאים, אצירת כרומוזומים, פרגמנטציה של כרומוזומים, התארכות גרעינית, שחיקה גרעינית, התבגרות מוקדמת של כרומוזומים, צבירות מטאפאזה, עיבוי גרעינית, דביקות אנאפאזה וחריגות של גשרי c-מטאפזה ואנאפאזה. הירידה בערכי MI לאחר טיפול באומטואט עשויה לנבוע מהאטה בחלוקת התאים או מכישלון התאים להשלים את המחזור המיטוטי. לעומת זאת, העלייה ב-MN וחריגות כרומוזומליות ופרגמנטציה של DNA הצביעה על כך שהירידה בערכי MI הייתה קשורה ישירות לנזק ל-DNA. מבין החריגות הכרומוזומליות שזוהו במחקר הנוכחי, כרומוזומים דביקים היו הנפוצים ביותר. חריגה מסוימת זו, שהיא רעילה ביותר ובלתי הפיכה, נגרמת על ידי הידבקות פיזית של חלבונים כרומוזומליים או שיבוש מטבוליזם חומצות גרעין בתא. לחלופין, היא עשויה להיגרם על ידי פירוק חלבונים העוטפים DNA כרומוזומלי, מה שעלול בסופו של דבר להוביל למוות תאי42. כרומוזומים חופשיים מצביעים על אפשרות של אנאופלואידיה43. בנוסף, גשרי כרומוזומים נוצרים על ידי שבירה ואיזוך של כרומוזומים וכרומטידים. היווצרות שברים מובילה ישירות להיווצרות MN, דבר התואם את תוצאות בדיקת השביט במחקר הנוכחי. ההתפלגות הלא אחידה של הכרומטין נובעת מכישלון הפרדת הכרומטידים בשלב המיטוטי המאוחר, מה שמוביל להיווצרות כרומוזומים חופשיים44. המנגנון המדויק של גנוטוקסיות של אומתואט אינו ברור; עם זאת, כחומר הדברה אורגנו-זרחן, הוא עשוי לתקשר עם רכיבים תאיים כגון נוקלאובסיסים או לגרום נזק ל-DNA על ידי יצירת מיני חמצן ריאקטיביים (ROS)45. לפיכך, חומרי הדברה אורגנו-זרחן יכולים לגרום להצטברות של רדיקלים חופשיים ריאקטיביים ביותר, כולל O2−, H2O2 ו-OH−, שיכולים להגיב עם בסיסי DNA באורגניזמים, ובכך לגרום נזק ל-DNA באופן ישיר או עקיף. ROS אלו הוכחו גם כפוגעים באנזימים ובמבנים המעורבים בשכפול ותיקון DNA. לעומת זאת, הוצע שחומרי הדברה אורגנו-זרחן עוברים תהליך מטבולי מורכב לאחר בליעה על ידי בני אדם, תוך אינטראקציה עם אנזימים מרובים. הם מציעים כי אינטראקציה זו גורמת למעורבות של אנזימים שונים והגנים המקודדים לאנזימים אלה בהשפעות הגנוטוקסיות של אומתואט40. דינג ועמיתיו46 דיווחו כי עובדים שנחשפו לאומתואט הגדילו את אורך הטלומרים, דבר שהיה קשור לפעילות טלומראז ולפולימורפיזם גנטי. עם זאת, למרות שהקשר בין אנזימי תיקון DNA של אומתואט לפולימורפיזם גנטי הובהר בבני אדם, שאלה זו נותרה בלתי פתורה עבור צמחים.
מנגנוני הגנה תאיים כנגד מיני חמצן פעילים (ROS) משופרים לא רק על ידי תהליכים נוגדי חמצון אנזימטיים, אלא גם על ידי תהליכים נוגדי חמצון לא אנזימטיים, שביניהם פרולין חופשי הוא נוגד חמצון לא אנזימטי חשוב בצמחים. רמות פרולין גבוהות עד פי 100 מערכים רגילים נצפו בצמחים לחוצים56. תוצאות מחקר זה עולות בקנה אחד עם התוצאות33 שדיווחו על רמות פרולין מוגברות בשתילי חיטה שטופלו באומתואט. באופן דומה, סריוואסטבה וסינג57 הבחינו גם כי קוטל החרקים האורגנופוספטי מאלתיון הגביר את רמות הפרולין בבצל (A. cepa) וגם הגביר את פעילות סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) וקטלאז (CAT), מה שמפחית את שלמות הממברנה וגורם נזק ל-DNA. פרולין היא חומצת אמינו לא חיונית המעורבת במגוון מנגנונים פיזיולוגיים, כולל היווצרות מבנה חלבונים, קביעת תפקוד חלבונים, שמירה על הומאוסטזיס של חמצון-חיזור תאי, איסוף רדיקלים של חמצן ורדיקלים של הידרוקסיל, שמירה על איזון אוסמוטי ואיתות תאי57. בנוסף, פרולין מגן על אנזימים נוגדי חמצון, ובכך שומר על שלמות המבנה של קרומי התאים58. העלייה ברמות הפרולין בבצל לאחר חשיפה לאומתואט מצביעה על כך שהגוף משתמש בפרולין כסופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) וקטלאז (CAT) כדי להגן מפני רעילות הנגרמת על ידי קוטלי חרקים. עם זאת, בדומה למערכת נוגדת החמצון האנזימטית, פרולין הוכח כלא מספיק כדי להגן על תאי קצה שורש הבצל מפני נזק של קוטלי חרקים.
סקירת ספרות הראתה כי אין מחקרים על הנזק האנטומי לשורשי צמחים הנגרם על ידי קוטלי חרקים מסוג אומתואט. עם זאת, תוצאות מחקרים קודמים על קוטלי חרקים אחרים עולות בקנה אחד עם תוצאות מחקר זה. צ'בושולו ועמיתיו 67 דיווחו כי קוטלי חרקים רחבי טווח מסוג תיאמתוקסאם גרמו נזק אנטומי בשורשי בצל כגון נמק תאים, רקמת כלי דם לא ברורה, עיוות תאים, שכבת אפידרמיס לא ברורה וצורה חריגה של גרעיני המריסטם. טוטונצ'ו ועמיתיו 68 ציינו כי שלושה מינונים שונים של קוטלי חרקים מסוג מתיוקרב גרמו לנמק, נזק לתאי אפידרמיס ועיבוי דופן תאי קליפת המוח בשורשי בצל. במחקר אחר, קלפטוגלו מקר 36 מצא כי יישום של קוטלי חרקים מסוג אברמקטין במינונים של 0.025 מ"ל/ליטר, 0.050 מ"ל/ליטר ו-0.100 מ"ל/ליטר גרם לרקמה מוליכה לא מוגדרת, עיוות תאי אפידרמיס ונזק גרעיני שטוח בשורשי בצל. השורש הוא נקודת הכניסה לחדירה של כימיקלים מזיקים לצמח, והוא גם האתר העיקרי הרגיש ביותר להשפעות רעילות. על פי תוצאות המחקר שלנו, עקה חמצונית יכולה להוביל לנזק לקרום התא. מצד שני, חשוב להכיר בכך שמערכת השורשים היא גם מנגנון ההגנה הראשוני מפני סכנות כאלה69. מחקרים הראו כי הנזק שנצפה לתאי מריסטם של השורשים עשוי לנבוע ממנגנון ההגנה של תאים אלה המונע ספיגת חומרי הדברה. העלייה בתאי האפידרמיס והקורטיקליים שנצפתה במחקר זה היא ככל הנראה תוצאה של הפחתת ספיגת הכימיקלים של הצמח. עלייה זו עשויה לגרום לדחיסה פיזית ועיוות של תאים וגרעינים. בנוסף,70 הוצע כי צמחים עשויים לצבור כימיקלים מסוימים כדי להגביל את חדירת חומרי הדברה לתאים. ניתן להסביר תופעה זו כשינוי אדפטיבי בתאי רקמה קורטיקלית וכלי דם, שבו תאים מעבים את דפנות התא שלהם בחומרים כגון תאית וסוברין כדי למנוע חדירת אומטואט לשורשים.71 יתר על כן, הנזק הגרעיני השטוח עשוי להיות תוצאה של דחיסה פיזית של תאים או עקה חמצונית המשפיעה על קרום הגרעין, או שהוא עשוי להיות עקב נזק לחומר הגנטי הנגרם על ידי יישום אומטואט.
אומטואט הוא קוטל חרקים יעיל ביותר הנמצא בשימוש נרחב, במיוחד במדינות מתפתחות. עם זאת, כמו בחומרי הדברה אורגנו-פוספטיים רבים אחרים, נותרו חששות בנוגע להשפעתו על הסביבה ועל בריאות האדם. מחקר זה נועד למלא את פער המידע הזה על ידי הערכה מקיפה של ההשפעות המזיקות של קוטלי חרקים מסוג אומטואט על צמח נבדק בדרך כלל, A. cepa. ב-A. cepa, חשיפה לאומטואט הביאה לעיכוב בגדילה, השפעות גנוטוקסיות, אובדן שלמות ה-DNA, עקה חמצונית ונזק לתאים במריסטם השורש. התוצאות הדגישו את ההשפעות השליליות של קוטלי חרקים מסוג אומטואט על אורגניזמים שאינם מטרה. תוצאות מחקר זה מצביעות על הצורך בזהירות רבה יותר בשימוש בקוטלי חרקים מסוג אומטואט, מינון מדויק יותר, מודעות מוגברת בקרב חקלאים ותקנות מחמירות יותר. יתר על כן, תוצאות אלו יספקו נקודת התחלה חשובה למחקר החוקר את השפעות קוטלי החרקים מסוג אומטואט על מינים שאינם מטרה.
מחקרים ניסויים ומחקרי שטח של צמחים וחלקיהם (פקעות בצל), כולל איסוף חומר צמחי, בוצעו בהתאם לנורמות ולתקנות המוסדיות, הלאומיות והבינלאומיות הרלוונטיות.