Registration Number
0824U002376, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
30-07-2024
popup.evolution
o
Чому дисертація має статус "Запланована"?
Title
Physiological and biochemical adaptation mechanisms of cyprinids to the effects of organophosphate and triazine pesticides on the example of Danio rerio.
Author
Ihab Khatib,
popup.head Igorivna B. Oksana
popup.opponent Inna M. Kurbatova
popup.opponent Igor Konovets
popup.opponent Roman V. Petrov
popup.review Volodymyr O. Khomenchuk
popup.rada
Ternopil National Pedagogical University named after Volodymyr Hnatyuk
Description
Органофосфатні та триазинові пестициди (включаючи інсектициди, такі як хлорпірифос, і гербіциди, такі як раундап та тербутилзин) є широко використовуваними агрохімікатами (Yang et al., 2020а), метаболіти яких все частіше виявляються у зразках поверхневих вод як поокремо так і в суміші, що ускладнює передбачення ефектів їх впливу на живі організми (Albuquerque et al., 2016; Alvarez et al., 2019; Barata et al., 2006).
Маючи здатність до акумуляції у живих організмах, пестициди, перебуваючи навіть у незначних концентраціях у товщі води або донних відкладеннях, можуть накопичуватися в тканинах риб (Olsvik et al., 2019), викликаючи при цьому істотні порушення молекулярних та біохімічних процесів з подальшою їх проекцією на організменний та популяційний рівень, що, у віддаленій перспективі, може викликати зменшення чисельності популяцій, і відтак, і біорізноманніття в цілому.
Риба даніо Danio rerio (Hamilton, 1822) широко використовується як модель у біомедичних та екотоксикологічних дослідженнях (Hollert and Keiter, 2015), у зв’язку з чим її генетика, фізіологія та розвиток добре вивчені. Саме це спонукало нас використати D. rerio як модельний вид для оцінки біологічних ефектів і молекулярних механізмів токсичності широко використовуваних та детектованих у середовищі пестицидів (раундапу, хлорпірифосу, малатіону та тербутилазину) та їх сумішей.
Незважаючи на те, що використані нами концентрації фосфорорганічних (раундап: 15 мкг/л та 500 мкг/л; хлорпірифос: 0,1 мкг/л та 3,0 мкг/л; малатіон: 5 мкг/л та 50 мкг/л) та триазинового (тербутилазин: 2 мкг/л та 30 мкг/л) гербіцидів та інсектицидів були значно нижчі, ніж зазвичай використовувані в екотоксикологічних експериментах, та відповідали їх фоновому вмісту у водоймах, ми виявили палітру деструктивних змін на молекулярному та клітинному рівнях у даніо, які за умов хронічного впливу, очевидно, можуть мати незворотні наслідки на стан організму та призводити до загибелі особин.
Встановлено роль оксидативного стресу як важливого токсичного механізму та клітинної відповіді за впливу раундапу (гліфосат), хлорпірифосу та їх сумішей в екологічно реальних концентраціях. Досліджувані пестициди та їх суміші викликали у даніо пригнічення антиоксидантів, надлишкове вироблення активних форм оксигену, накопичення продуктів перекисного окиснення ліпідів і підвищений рівень фрагментації ДНК. Хлорпірифос був значно токсичнішим, ніж раундап, і додатково викликав нітрозативний і карбонільний стрес. У групах тербутилазину і малатіону ознаки окисного стресу поєднувалися із порівняно більш інтесивними процесами апоптозу та аутофагії, що забезпечує в експонованих тварин більш ефективне виведення продуктів окисного ушкодження, зокрема фрагментованих молекул ДНК.
Досліджувані нами пестициди проявляли помірні ознаки ендокрин-дизруптивної дії. Найбільш істотними докази ендокринних порушень, спричинених пестицидами, були за сумісного впливу тербутилазину і малатіону, однак обмежувалися вітелогенезом та гіпоталамо-гіпофізарно-наднирковою віссю. Зважаючи на приналежність тербутилазину до класу хлоротриазинів, до яких належить атразин (відомий ендокрин-дизраптор) відсутність істотних розладів гормонального дзеркала вказує на переваги його використання, як замісника атразину.
Пошкодження мітохондрій та лізосом можна віднести до неспецифічних ознак впливу досліджуваних фосфорорганічних песцтицидів та тербутилазину, які, в свою чергу, створюють передумови до метаболічних розладів та енергодефіциту.
Комбіновані ефекти досліджуваних пестицидів для смугастого даніо мали характер антагонізму. Логічно припустити, що в таких випадках ефекти поокремих пестицидів, які входять до складу сумішей, можна спрогнозувати на основі окремих ефектів більш токсичного пестициду. Для хлорпірифосу це відповідає дійсності, однак у випадку тербутилазину та його поєднання з малатіоном призводить до виникнення ознак, які не були характерні для індивідуальної їх дії. Тому навіть якщо моніторинг більш токсичних пестицидів (таких як хлорпірифос) може бути виправданим, коли ресурси обмежені, майбутні оцінки токсичності пестицидних сумішей на основі біологічного аналізу необхідні для покращення оцінки ризику для навколишнього середовища та здоров’я, зосереджуючись на найбільш релевантних біомаркерах, такі як окислювальний стрес, гепато- та нейротоксичність.
На підставі застосування методів машинного навчання нами вперше визначено мінімальний набір показників для оцінки ризиків пестицидного забруднення для нецільових організмів, який включає на першому етапі показники імунної системи (IgM), ендокринних розладів (вітелогенін Vtg), репарації ДНК (RAD51) та цитотоксичності (LDH), з подальшою деталізацією оцінки стану організму на підставі визначення показників окисного стресу (ТБК-АП, Nrf2, загальної антиоксидантної здатності, GSSG), стрес-гормону кортизолу та ключового ензиму апоптозу Cas3.
Registration Date
2024-07-01
popup.nrat_date
2024-07-30 / 2025-01-17
