Bewertung der Zytotoxizität von Metaboliten typischer Triazol-Pestizide in Pflanzen

Kulturpflanzen, die auf landwirtschaftlichen Flächen angebaut werden, können verschiedenen organischen Schadstoffen ausgesetzt sein, die aus anthropogenen Aktivitäten stammen ^1,2. Die Schadstoffe können von Pflanzen aufgenommen werden, was das Ökosystem und die menschliche Gesundheit über die Nahrungsketten weiter gefährdet ^3,4. Die Xenobiotika in Pflanzen durchlaufen wahrscheinlich eine Reihe von Biotransformationen, wie z. B. den Phase-I- und II-Metabolismus⁵, wobei eine Reihe von Metaboliten erzeugt werden. Nach dem Konzept der grünen Leber in Pflanzen kann der pflanzliche Stoffwechsel die Toxizität von Xenobiotika verringern ^6,7. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Toxizität einiger Metaboliten höher sein kann als die ihrer Eltern. So haben sich beispielsweise das debromierte Produkt von Tetrabromisphenol A (TBBPA) und das O-methylierte Produkt von Bisphenol A (BPA) als wesentlich toxischer erwiesen als ihre Eltern ^8,9, und die Debromierung und O-Methylierung stellen die Hauptstoffwechselwege der Phase I in Pflanzen dar. Daher ist die Toxizitätsbewertung, die ausschließlich auf den Schadstoffeltern in Pflanzen beruht, nicht korrekt, während die entsprechenden Metaboliten berücksichtigt werden sollten.

Die Metaboliten von Xenobiotika in Pflanzen sind äußerst komplex ^10,11, so dass es schwierig ist, sie umfassend zu identifizieren und zu trennen. Darüber hinaus können nur wenige Standards für identifizierte Metaboliten gewonnen werden. Daher liegen nicht alle toxikologischen Daten für alle Metaboliten vor, was eine umfassende Toxizitätsbewertung erschwert. In dieser Studie wurde eine Strategie zur Bewertung der integralen Toxizität von Schadstoffmetaboliten in Pflanzen vorgeschlagen, indem sie in toxikologischen Tests als Ganzes behandelt werden, wodurch neue Daten für eine präzise Bewertung der Toxizität von Schadstoffen in Pflanzen bereitgestellt werden. Unsere frühere Studie hat gezeigt, dass die pflanzliche Kalluskultur einen einfachen und effektiven Weg eröffnet, um Metaboliten von Xenobiotika in Pflanzen zu erhalten¹². Dementsprechend wurde in dieser Studie die pflanzliche Kalluskultur eingesetzt, um die Metaboliten von Schadstoffen in Pflanzen zu erzeugen, gefolgt von einer chemischen Extraktion und toxikologischen Tests an einer menschlichen Zelllinie. Der Darmtrakt ist eines der direkten Zielorgane von Xenobiotika, die Tieren und Menschen ausgesetzt sind. Die Caco-2-Zelllinie hat sich als das beste Modell für die Untersuchung des Darmverhaltens und der Toxizität von Xenobiotika in vitro erwiesen 13,14,15. Daher wurde in dieser Studie das Caco-2-Zellmodell ausgewählt.

Triazol-Pestizide, eine Klasse von Breitbandfungiziden, werden in der landwirtschaftlichen Produktion in großem Umfang eingesetzt¹⁶. Ihre Rückstandsbelastung auf landwirtschaftlichen Flächen hat zunehmend Aufmerksamkeit auf sich gezogen^17,18. Hier wurden vier häufig verwendete Triazol-Pestizide, darunter Flusilazol, Diniconazol, Tebuconazol und Propiconazol, als typische Schadstoffe ausgewählt. Die Karotte wurde in dieser Studie als repräsentative Pflanze für frisches, verzehrfertiges Gemüse ausgewählt. Karottenkallus wurde zunächst den getesteten Pestiziden in einer Konzentration von 100 mg/L ausgesetzt. Nach einer Exposition von 72 h wurden die Metaboliten extrahiert, um die Zytotoxizität anhand der Caco-2-Zelllinie zu beurteilen. Diese Methode kann leicht erweitert werden, um die integrale Zytotoxizität von Metaboliten anderer Arten von Schadstoffen in Pflanzen zu bewerten.