Çinko oksit nanopartikülleri (zno-np) ve yüksek co₂ içerikli sularda yaşayan zebra balıkları (danio rerio) üzerindeki er stres mekanizmasının değerlendirilmesi

Abstract

Çinko oksit nanopartikülleri (zno-np) ve yüksek co₂ içerikli sularda yaşayan zebra balıkları (danio rerio) üzerindeki er stres mekanizmasının değerlendirilmesi Teknolojik gelişmeler ve aşırı sanayileşme sonucu artan küresel ısınma ve nanopartikül salınımı, sucul organizmaların hayati fizyolojik süreçlerini olumsuz yönde etkilemektedir. Buna ek olarak, küresel ısınmanın önemli etkilerinden biri olan atmosferdeki yüksek CO₂ seviyesi, suyun kimyasal yapısını değiştirerek asitleşmeye yol açmakta ve su içerisindeki diğer moleküllerin davranışlarını değiştirerek canlılar üzerinde olumsuz etkilere neden olmaktadır. Bu durum balıkların hem artan CO₂ seviyelerine hem de çevresel nanopartikül maruziyetine aynı anda maruz kalarak, çoklu stres koşullarıyla başa çıkmak zorunda kalmaktadır. Bu bağlamda, bu çalışmanın amacı, çinko oksit nanoparçacıklarının (ZnO-NP) ve yüksek CO₂ seviyelerinin (pH: 7,7) birlikte uygulanmasının, yetişkin zebra balıklarının karaciğer ve solungaç dokuları üzerindeki etkilerini değerlendirmektir. Çalışmamızda, zebra balıkları 2,5 mg/ L, 5 mg/ L ve 10 mg/ L ZnO-NP konsantrasyonlarına ve yüksek CO₂ seviyesine (pH: 7,7) 96 saat süreyle maruz bırakıldı. Hem karaciğer hem de solungaç dokularında ER stres belirteçleri olan BIP, IRE1, XBPs, PERK, elf2α ve CHOP gen ekspresyonları RTqPCR kullanılarak analiz edildi. Ayrıca dokularda biyokimyasal ve histopatolojik analizler de yapıldı. Gen ekspresyon analizleri, ZnO-NP ve CO₂’nin birlikte etkisinin ER stresini indüklediğini ancak bu durumun dokuya özgü olduğunu gösterdi. Karaciğer dokusunda ER stresi IRE1 yolağı üzerinde indüklenirken, solungaç dokusunda PERK yolağı üzerinden indüklendi. Karaciğer dokusunda antioksidan savunma mekanizmaları aktive olurken, solungaç dokusunda oksidatif stres indüklendi ve solungaç dokusunun oksidatif strese karşı daha duyarlı olduğu tespit edildi. Artan CO₂ seviyeleri ile birlikte yükselen ZnO-NP konsantrasyonlarının karaciğer dokusunda hücre kaybına neden olduğu; solungaç dokusunda ise doku hasarının şiddetinde belirgin bir artışa yol açtığı gözlendi. Sonuç olarak, küresel ısınma sonucunda artan CO₂ seviyesinin ZnO-NP toksisitesini etkileyen bir faktör olabileceği görüldü. Bu nedenle çevresel stres faktörlerinin hem tek başına hem de birlikte gösterdikleri toksik etkilerin araştırılması gelecekte oluşabilecek risklerin analiz edilebilmesi için önem arz etmektedir.

Evaluation of the er stress mechanism in zebrafish (danio rerio) living in waters with zinc oxide nanoparticles (zno-np) and high co2 level Global warming and the release of nanoparticles, resulting from technological advances and excessive industrialisation, have a negative impact on vital physiological processes in aquatic organisms. Furthermore, high CO₂ levels in the atmosphere, a significant impact of global warming, alter the chemical structure of water, leading to acidification and altering the behaviour of other molecules in the water. This has negative effects on living organisms. This situation forces fish to cope with multiple stress conditions by exposing them simultaneously to elevated CO₂ levels and environmental nanoparticles. The aim of this study was therefore to evaluate the effects of the co-administration of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NP) and elevated CO₂ levels (pH 7.7) on the liver and gill tissues of adult zebrafish. In our study, zebra fish were exposed to concentrations of 2,5 mg/ L, 5 mg/ L, and 10 mg/ L ZnO-NP, as well as a high CO₂ level (pH:7.7), for 96 hours. The expression of ER stress marker genes, BIP, IRE1, XBP1s, PERK, elf2α, and CHOP, was analysed in both liver and gill tissues using RT-qPCR. Biochemical and histological analyses were also performed on the tissues. Gene expression analyses showed that the combined effects of ZnO-NP and CO₂ induced ER stress, but this was tissue-specific. In liver tissue, ER stress was induced via the IRE1 pathway, while in gill tissue, it was induced through the PERK pathway. While antioxidant defense mechanisms were activated in liver tissue, oxidative stress was induced in gill tissue, and gill tissue was found to be more susceptible to oxidative stress. It was observed that increasing ZnO-NP concentrations, combined with elevated CO₂ levels, resulted in cell loss in liver tissue and led to a significant increase in the severity of tissue damage in gill tissue. As a result, it was found that increasing CO₂ levels due to global warming may affect ZnO-NP toxicity. Therefore, it is important to investigate the toxic effects of environmental stress factors both individually and in combination in order to analyse potential future risks.