Διερεύνηση της τοξικότητας ιοντικών υγρών με τη χρήση οργανισμών βιοενδεικτών και in vitro βιολογικών μοντέλων

Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η εκτίμηση του περιβαλλοντικού κινδύνου από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα ιμιδαζολικά ιοντικά υγρά (ILs), τετραφθοροβορικό 1-βούτυλο-3-μεθυλιμιδαζόλιο (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate /([bmim][BF4]) και τετραφθοροβορικό 1-μέθυλο-3-οκτυλιμιδαζόλιο (1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate /[omim][BF4]), με την χρήση οργανισμών βιο-ενδεικτών και in vitro βιολογικών μοντέλων. Παράλληλα, καθώς η πιθανότητα χρήσης διαλυμάτων ILs-οργανικού διαλύτη σε ένα πλήθος εφαρμογών είναι αυξημένη, μελετήθηκε η επίδραση της ακετόνης στην ικανότητα των ILs να επάγουν φαινόμενα τοξικότητας. Αναλυτικότερα, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές τοξικότητας με την χρήση των φυτοπλαγκτονικών ειδών Dunaliella tertiolecta και Scenedesmus rubescens, των καρκινοειδών Thamnocephalus platyurus και Artemia franciscana, των τροχοζώων Brachionus calyciflorus και Brachionus plicatilis, του δίθυρου μαλακίου Mytilus galloprovincialis, παρουσία ή απουσία ακετόνης (0.06% v/v). Πέραν της ικανότητάς τους να προκαλούν θνησιμότητα στους εκτιθέμενους οργανισμούς, διερευνήθηκε η πιθανότητα επαγωγής κυτταροτοξικών (τεχνική Neutral Red Retention Time), νευροτοξικών (ενζυμική δραστικότητα ακετυλ-χολινεστεράσης/AChE) και γενοτοξικών (συχνότητα εμφάνισης μικροπυρήνων/MN, τεχνική ανάλυσης κομητών/MS assay) επιπτώσεων, καθώς και φαινομένων οξειδωτικής καταπόνησης (προσδιορισμός επιπέδων σουπεροξειδικών ανιόντων, προσδιορισμός επιπέδων μηλονικής διαλδεϋδης/ MDA) σε ιστούς (αιμόλεμφος/αιμοκύτταρα και βράγχια) του είδους M. galloprovincialis. Επιπλέον, μελετήθηκε η κυτταροτοξική και μεταλλαξιγόνος δράση των ILs, εφαρμόζοντας την τεχνική των μικροπυρήνων με τη χρήση της κυτταροχαλασίνης-Β (CBMN), σε καλλιέργειες ανθρώπινων λεμφοκυττάρων. Παράλληλα, για να μελετηθεί καλύτερα ο μηχανισμός δράσης των ILs και η αλληλεπίδρασή τους με την ακετόνη πραγματοποιήθηκε ανάλυση LC-MS-TOF, και in vitro μελέτες σε απομονωμένα αιμοκύτταρα του μυδιού M. galloprovincialis, έπειτα από επώαση τους με τον χαοτροπικό παράγοντα υδροχλωρική γουανιδίνη (1 mM). Τέλος, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των φυσικοχημικών παραμέτρων, όπως η αλατότητα, στην φυσιολογική απόκριση των φυτοπλαγκτονικών οργανισμών (ρυθμός αύξησης, επίπεδα χλωροφύλλης α και ολικών καροτενοειδών), πραγματοποιήθηκε έκθεση καλλιεργειών D. tertiolecta στα ILs υπό διαφορετικές αλατότητες (30 και 35‰). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, τα ILs μειώνουν σημαντικά τη βιωσιμότητα των εκτιθέμενων οργανισμών και προκαλούν σημαντικές προ-παθολογικές καταστάσεις. Ειδικότερα, το [οmim][BF4] που φέρει μεγαλύτερη αλκυλική αλυσίδα, εμφανίζει μεγαλύτερη τοξικότητα, σε σχέση με το [bmim][BF4] και το μίγμα [bmim][BF4]-[οmim][BF4], προκαλώντας σημαντικές διαταραχές στη φυσιολογία των εκτιθέμενων ατόμων/κυττάρων, πιθανό λόγω της ικανότητας του IL να αλληλεπιδρά με τα φωσφολιπίδια και τις πρωτεΐνες των κυτταρικών μεμβρανών, ενεργοποιώντας μια σειρά αλυσιδωτών αντιδράσεων στο εσωτερικό των κυττάρων. Το είδος και η έκταση των επαγόμενων φαινομένων επηρεάζεται σημαντικά από την παρουσία της ακετόνης, η οποία αναστέλλει σε σημαντικό βαθμό τις τοξικές επιπτώσεις του [omim][BF4]. Σύμφωνα με την ανάλυση LC-MS-TOF, φαίνεται πως η ακετόνη μεταβάλλει το ιξώδες και την λιποφιλικότητα των ILs και κατ’ επέκταση την ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν με τις βιολογικές μεμβράνες. Τέλος, η τοξικότητα των ILs φαίνεται πως εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις φυσικοχημικές παραμέτρους του περιβάλλοντος, καθώς επηρεάζουν την ικανότητα των κυττάρων να ανταπεξέρχονται σε διαφορετικές συνθήκες stress. Συγκεκριμένα, η αλατότητα φάνηκε να παίζει σημαντικό ρόλο στο ρυθμό αύξησης του μικροφύκους D. tertiolecta. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αμφισβητούν την ορθότητα του χαρακτηρισμού των ιμιδαζολικών ILs ως «Πράσινοι» διαλύτες. Παράλληλα, αναδεικνύει για πρώτη φορά το σημαντικό ρόλο της ακετόνης στη ρύθμιση του τοξικού χαρακτήρα των ILs, συμβάλλοντας με αυτό τον τρόπο στην προσπάθεια παραγωγής, ανάπτυξης και χρήσης περισσότερο περιβαλλοντικά φιλικών ILs.

Biomarkers for the assessment of chlorpyrifos effects on earthworms and on soil functional parameters

The objective of this work was to evaluate the effects of chlorpyrifos on earthworms and on soil functional parameters. An integrated laboratory-field study was performed in a wheat field in Argentina, sprayed with chlorpyrifos at two recommended application rates (240 or 960 g ha-1 style='vertical-align:baseline'> a.i.). Laboratory tests included neutral red retention time, comet assay (single cell gel electrophoresis), and avoidance behavior, each using the earthworm Eisenia andrei exposed in soil collected 1 or 14 days after pesticide application, and the bait-lamina test. Field tests assessed organic matter breakdown using the litterbag and bait-lamina assays. Earthworm populations in the field were assessed using formalin application and hand-sorting. The neutral red retention time and comet assays were sensitive biomarkers to the effects of chlorpyrifos on the earthworm E. andrei; however, the earthworm avoidance test was not sufficiently robust to assess these effects. Feeding activity of soil biota, assessed by the bait lamina test, was significantly inhibited by chlorpyrifos after 97 days, but recovered by the 118th day of the test. Litterbag test showed no significant differences in comparison to controls. Earthworm abundance in the field was too low to adequately test the sensitivity of this assessment endpoint.