Yüksek karbondioksit ve sıcaklık koşullarında titanyum dioksit nanopartikülünün Zebra Balığı (Danio rerio) üzerindeki genotoksik etkileri - GÜLSOY, NAGİHAN (My University, 2023)
Küresel ısınma nedeniyle atmosferdeki mevcut karbondioksit miktarı ve sıcaklık seviyeleri her geçen gün artmakta ve bu artış sucul ekosistemleri de etkilemektedir. Ayrıca nanoteknolojinin artan uygulamaları sonucu endüstride büyük miktarlarda nanopartikül üretimi mevcuttur. Bu nanopartiküllerin doğrudan ve dolaylı olarak sucul ekosistemlere karışması kaçınılmazdır. Ancak giderek yükselen karbondioksit ve sıcaklık seviyesinin metal nanopartiküllerinin toksisitesini etkileyip etkilemediği veya nasıl etkileyeceği belirsizdir. Bu çalışma ile gelecekte küresel ısınma sonucu yükselmesi beklenen karbondioksit düzeyinin ve sıcaklığın günümüzde yaygın olarak kullanılan titanyum dioksit (TiO2) nanopartiküllerinin toksisitesi üzerindeki etkilerinin incelenmesi ve ileride ekosistemlerde oluşması beklenen etkilerinin ortaya koyulması amaçlanmaktadır.Yapılan deneylerde zebra balıkları 10 µg/L ve 100 µg/L olmak üzere iki farklı TiO2 konsantrasyonuna ve küresel ısınma sonucu oluşması öngörülen yüksek sıcaklık seviyeleri ve CO2 miktarlarına (6.7 pH ve 32°C) maruz bırakılmış ve genotoksik etkileri belirlemek için 1., 4. ve 7. günlerdeki mikronukleus testi ve comet analizi sonuçları incelenmiştir. Mikronükleus testi için her bir deney grubundan üç farklı Dano rerio bireyine ait toplamda 1000 eritrosit incelenmiş ve gruplar arasında mikronükleus oluşumu açısından anlamlı bir fark gözlenmemiştir. Bu durum, balıklar için mikronukleus testinin düşük duyarlılık göstermesi ve bu balıklarda mikronükleus hücrelerinin çok düşük bir sıklıkta meydana gelmesi ile ilişkilendirilebilir. Comet analizi sonucu için kuyruk yüzde DNA değerleri karşılaştırılmıştır. Bu analizde tüm deney grupları negatif kontrole göre anlamlı fark göstermiş ve incelenen faktörlerin genotoksisiteye sebep oldukları ispatlanmıştır (p<0,05). Ayrıca TiO2 uygulanmayan, sadece yüksek sıcaklık ve CO2 uygulanan deney grubu (6.7 pH ve 32°C) her bir uygulama süresi içerisinde negatif kontrole göre anlamlı bir artış göstermiştir, yani yüksek sıcaklık ve CO2’in de tek başına genotoksik etki gösterdiği ispatlanmıştır (p<0,05). Normal CO2 ve sıcaklık koşularında (7.5 pH ve 27°C) 10 µg/L ve 100 µg/L TiO2 nanopartikülü uygulanan gruplar arasında konsantrasyona bağlı anlamlı bir artış görülmemiştir (p>0,05). Fakat yüksek CO2 ve sıcaklık koşularında 10 µg/L ve 100 µg/L TiO2 nanopartikülü uygulanan gruplar arasında aynı uygulama süresi içerisinde anlamlı bir fark kaydedilmiştir (p<0,05). Sanayi devrimi ve birçok insan faaliyeti neticesinde dünyamızın artan CO2 gazı salınımı ve buna bağlı olarak hava sıcaklığı artışı ile karşı karşıya olduğu bilinmektedir. CO2 artışına bağlı pH’ın düşmesi sucul ekosistemlerde asitleşmeye neden olup canlı yaşamını etkilemektedir. CO2 artışı sonucu suyun asitlenmesi, metal iyonlarının potansiyel etkilerini değiştirebilir. Aynı zamanda sıcaklık düzeyindeki değişikliklerin, nanopartiküller gibi kimyasal kirleticilerin toksisitesini etkilediği bilinmektedir. Bu çalışma bu öngörülerin test edilmesi için önem arz etmektedir.

Due to global warming, the amount of carbon dioxide and temperature levels in the atmosphere are increasing daily, affecting aquatic ecosystems. In addition, because of the increasing applications of nanotechnology, a large amount of nanoparticle manufacturing in the industry. These nanoparticles inevitably contaminate aquatic ecosystems directly or indirectly. However, it is unclear whether or not rising levels carbon dioxide and temperature affect the toxicity of metal nanoparticles, and how. This study aims to examine the effects of carbon dioxide and temperature levels, which are expected to rise by the cause of global warming in the future, on the toxicity of widely-used titanium dioxide (TiO2) nanoparticles and to reveal the potential future effects on the ecosystems. In the experiments, zebrafishes exposed to two different TiO2 concentrations, 10 µg/L and 100 µg/L, and high-temperature levels and CO2 amounts (6.7 pH and 32°C) predicted to occur as a result of global warming, and to determine the genotoxic effects of these factors, the results of the micronucleus test and comet analysis on the 1st, 4th, and 7th days were examined. For the micronucleus test, a total of 1000 erythrocytes belonging to three different Danio rerio individuals from each experimental group were examined, and no significant difference was observed between the groups in terms of micronucleus occurrence. These results may be attributed to the low sensitivity of the micronucleus test for fish and the sparse frequency of micronucleus formation in the cells of this species. For Comet analysis DNA tail percentages were compared, and as a result, all experimental groups showed a significant difference compared to the negative control, proving the genotoxicity of examined factors (p<0.05). In addition, the experimental group that did not exposed to TiO2, but only high temperature and CO2 (6.7 pH and 32°C), showed a significant increase compared to the negative control in each application period, confirming high temperature and CO2 has genotoxic effects on their own (p< 0.05). Under normal CO2 and temperature conditions (7.5 pH and 27°C), there was no significant concentration-dependent increase between the groups treated with 10 µg/L and 100 µg/L TiO2 nanoparticles (p>0.05). However, under high CO2 and temperature conditions, a significant difference was noted between the groups that exposed to 10 µg/L and 100 µg/L TiO2 nanoparticles within the same application period (p<0.05). It is known that as a result of the industrial revolution and various human activities, our world is faced with increasing CO2 gas emissions, and consequently an escalation in atmosphere temperature. The decrease in pH due to the increase in CO2 causes acidification in aquatic ecosystems, and affects organisms. Water acidification resulting increased CO2 can alter the potential effects of metal ions. It is also noted that changes in temperature level affect the toxicity of chemical pollutants such as nanoparticles. This study is important for testing these predictions.Yapılan deneylerde zebra balıkları 10 µg/L ve 100 µg/L olmak üzere iki farklı TiO2 konsantrasyonuna ve küresel ısınma sonucu oluşması öngörülen yüksek sıcaklık seviyeleri ve CO2 miktarlarına (6.7 pH ve 32°C) maruz bırakılmış ve genotoksik etkileri belirlemek için 1., 4. ve 7. günlerdeki mikronukleus testi ve comet analizi sonuçları incelenmiştir. Mikronükleus testi için her bir deney grubundan üç farklı Dano rerio bireyine ait toplamda 1000 eritrosit incelenmiş ve gruplar arasında mikronükleus oluşumu açısından anlamlı bir fark gözlenmemiştir. Bu durum, balıklar için mikronukleus testinin düşük duyarlılık göstermesi ve bu balıklarda mikronükleus hücrelerinin çok düşük bir sıklıkta meydana gelmesi ile ilişkilendirilebilir. Comet analizi sonucu için kuyruk yüzde DNA değerleri karşılaştırılmıştır. Bu analizde tüm deney grupları negatif kontrole göre anlamlı fark göstermiş ve incelenen faktörlerin genotoksisiteye sebep oldukları ispatlanmıştır (p<0,05). Ayrıca TiO2 uygulanmayan, sadece yüksek sıcaklık ve CO2 uygulanan deney grubu (6.7 pH ve 32°C) her bir uygulama süresi içerisinde negatif kontrole göre anlamlı bir artış göstermiştir, yani yüksek sıcaklık ve CO2’in de tek başına genotoksik etki gösterdiği ispatlanmıştır (p<0,05). Normal CO2 ve sıcaklık koşularında (7.5 pH ve 27°C) 10 µg/L ve 100 µg/L TiO2 nanopartikülü uygulanan gruplar arasında konsantrasyona bağlı anlamlı bir artış görülmemiştir (p>0,05). Fakat yüksek CO2 ve sıcaklık koşularında 10 µg/L ve 100 µg/L TiO2 nanopartikülü uygulanan gruplar arasında aynı uygulama süresi içerisinde anlamlı bir fark kaydedilmiştir (p<0,05). Sanayi devrimi ve birçok insan faaliyeti neticesinde dünyamızın artan CO2 gazı salınımı ve buna bağlı olarak hava sıcaklığı artışı ile karşı karşıya olduğu bilinmektedir. CO2 artışına bağlı pH’ın düşmesi sucul ekosistemlerde asitleşmeye neden olup canlı yaşamını etkilemektedir. CO2 artışı sonucu suyun asitlenmesi, metal iyonlarının potansiyel etkilerini değiştirebilir. Aynı zamanda sıcaklık düzeyindeki değişikliklerin, nanopartiküller gibi kimyasal kirleticilerin toksisitesini etkilediği bilinmektedir. Bu çalışma bu öngörülerin test edilmesi için önem arz etmektedir.
Genotoxic effects of titanium dioxide nanoparticle on zebrafish (danio rerio) at high carbon dioxide and temperature conditions
Keywords: Yaşam Bilimleri; Hidrobiyoloji; Tatlı Su Biyolojisi; Temel Bilimler; Life Sciences; Hydrobiology; Fresh-Water Biology; Natural Sciences; Temel Bilimler (SCI); Yaşam Bilimleri (LIFE); Doğa Bilimleri Genel; Biyoloji ve Biyokimya; ÇOK DİSİPLİNLİ BİLİMLER; BİYOLOJİ; Natural Sciences (SCI); Life Sciences (LIFE); NATURAL SCIENCES, GENERAL; BIOLOGY & BIOCHEMISTRY; MULTIDISCIPLINARY SCIENCES; BIOLOGY; Multidisipliner; Multidisciplinary