Çinko oksit (ZnO) nanopartiküllerin zebra balığı (Danio rerio) larvaları üzerine genotoksik etkileri ve gen ekspresyon değişimlerinin belirlenmesi

Abstract

Endüstriyel nanopartiküller, alışılmamış fizikokimyasal özelliklerinden dolayı canlılarda bulunan doku, organ, hücre, hücre içi yapılar, DNA ve protein düzeylerinde potansiyel olarak olumsuz etkiler oluşturabilmektedirler. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda, ZnO nanopartiküllerin etkilerinin kısmen mi yoksa tamamen mi Zn+2 iyonlarından kaynaklandığı tam olarak anlaşılamamıştır. Bu çalışmada, ZnO nanopartikülünün ve uygun konsantrasyonlarda suda çözünebilen ZnCl2 kaynaklı Zn+2 iyonlarının larval zebra balıkları (Danio rerio, 72 saatlik) üzerine potansiyel toksik etkileri, stres gen (p53, rad51 ve mt2) ekspresyonlarındaki değişimler eş zamanlı kantitatif PZR (RT-qPCR) tekniği kullanılarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca, ZnCl2 ve ZnO nanopartikülünün oluşturabileceği genotoksik etkiler belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda, 0-60 mg/L aralığındaki konsantrasyonlarda ZnCl2 ve ZnO nanopartikülüne maruz bırakılan zebra balığı larvalarının % 50'sini öldüren letal konsantrasyonlar sırasıyla 4,66 ± 0,11 ve 21,37 ± 1,81 mg/L olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, ZnCl2 ve ZnO nanopartikülüne 96 saat süreyle maruz bırakılan zebra balığı larvalarının kan hücrelerinde, konsantrasyona bağlı olarak DNA zincir kırıkları tespit edilmiştir. DNA hasarının ZnCl2'e (% 55,3) maruz bırakılan larvalarda, ZnO nanopartikülüne (% 25,4) maruz bırakılanlara oranla daha yüksek oranda olduğu tespit edilmiştir. Stres gen ekspresyon değişimlerinin ise direkt olarak konsantrasyona bağlı olmadığı tespit edilmesine rağmen ZnCl2 ve ZnO nanopartikülüne maruz bırakılan larvaların mt2 gen ekspresyonlarında kontrol grubuna oranla sırasıyla 20,5 ve 2,5 kat artış belirlenmiştir. Toksik etkilerin genel olarak benzerlik göstermesi, ZnO nanopartikülünün toksisitesinin iyonlaşma nedeniyle oluşan Zn+2 iyonlarından kaynaklandığını ortaya koymuştur. Engineered nanoparticles can potentially generate adverse effects on tissue, organ, cellular, subcellular, DNA, and protein levels due to their unique physico-chemical properties. To date it is not yet completely understood, whether effects of zinc oxide (ZnO) nanoparticles are solely or partly due to dissolved Zn2+. The present study compare potential effects of ZnO nanoparticles and corresponding concentrations of ion Zn2+ by water soluble ZnCl2 to larval (72 h post fertilization) zebrafish (Danio rerio) by analysing changes in expression levels of stress-related genes (p53, rad51, and mt2) by real-time quantitative PCR (RT-qPCR). Another objective was to assess genotoxicity of ZnO nanopartciles and ZnCl2. The lethal concentrations for 50% mortality (LC50) in larval zebrafish exposed (96 h) to 0-60 mg/L ZnO nanoparticles and ZnCl2 were 21.37 ± 1.81 and 4.66 ± 0.11 mg/L, respectively. A concentration-dependent increase in DNA strand breaks was detected in blood cells from larvae exposed (96 h) to ZnO nanoparticles and ZnCl2. DNA damage was higher in ZnCl2 (% 55.3) than ZnO nanoparticles (% 25.4) exposed larvae. Induction of stress-related genes in larvae was complex and not directly related to ZnO nanoparticles and ZnCl2 concentrations, although there was 20.5 and 2.5 fold increase in mt2 gene expression of larvae exposed to ZnCl2 and ZnO nanoparticles relative to control. The similarities of the effects lead to the coclusion that effects of ZnO nanoparticles are mainly related to the release of Zn2+ ions.