Determination of Genotoxic Damage for Vimba Vimba in the Presence of Heavy Metals

Abstract

The concentration of cadmium (Cd), lead (Pb), arsenic (As), aluminium (Al), nickel (Ni), chrome (Cr), iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu), manganese (Mn), cobalt (Co) were determined in water, sediment and muscle, gill and liver tissues of Vimba vimba which were seasonally sampled from the Kıranyağmur region. In this study, it was aimed to investigate the genotoxic potential of the determined elements by using micronucleus (MN) test and comet assay parameters. Al, As, Fe in water and As, Pb, Mn in muscle were found high concentration in some seasons. MN frequency in erythrocytes was determined in summer, winter, autumn, and spring seasons as ‰ 5.20, ‰ 1.80, ‰ 1.40 and ‰ 1.10, respectively (P<0.05). According to the results of comet assay parameters, tail length values which occurred due to DNA damage in erythrocyte cells were determined in the summer, spring, autumn and winter as 26.32 μm, 25.12 μm, 22.16 μm and 17.78 μm, respectively. DNA damage in summer, spring and autumn is higher than in winter (P<0.05). Also, the % DNA in head and the % DNA in tail supported the tail length values (P<0.05). In this study, a genotoxicity assessment was performed for the first time in V. vimba inhabiting Kıranyağmur region. The research findings revealed that especially the water of Kıranyağmur region had a genotoxic potential on V. vimba specimens.

Keywords

• Vimba vimba
• comet assay
• DNA damage
• micronucleus test
• genotoxicity

Ağır Metal Varlığında Vimba vimba Bireylerindeki Genotoksik Hasarın Tespiti

Abstract

Kıranyağmur bölgesinden mevsimsel olarak örneklenen su, sediment ve Vimba vimba bireylerinin kas, solungaç ve karaciğer dokularında kadmiyum (Cd), kurşun (Pb), arsenik (As), alüminyum (Al), nikel (Ni), krom (Cr), demir (Fe), çinko (Zn), bakır (Cu), mangan (Mn), kobalt (Co) konsantrasyonları belirlenmiştir. Bu çalışmada, comet assay parametreleri ve mikronükleus (MN) testinden yararlanılarak varlığı belirlenen elementlerin genotoksik potansiyellerinin araştırılması amaçlanmıştır. Suda Al, As, Fe ve balıkların kas dokusunda As, Pb, Mn bazı mevsimlerde yüksek bulunmuştur. Eritrositlerdeki MN frekansı yaz, kış, sonbahar ve ilkbahar mevsimlerinde sırasıyla ‰5.20, ‰1.80 ‰1.40 ve ‰1.10 olarak tespit edilmiştir (P<0.05). Comet assay parametrelerinin sonuçlarına göre, eritrosit hücrelerindeki DNA hasarına bağlı olarak oluşan kuyruk boyu değerleri yaz, ilkbahar, sonbahar ve kış mevsimlerinde sırasıyla 26.32 μm, 25.12 μm, 22.16 μm ve 17.78 μm olarak tespit edilmiştir. Yaz, ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde DNA hasarı kış mevsimine göre daha yüksektir (P<0.05). Baştaki %DNA ve kuyruktaki %DNA değerleri de kuyruk boyu değerlerini desteklemektedir (P<0.05). Bu çalışmada, Kıranyağmur bölgesinde yaşayan V. vimba türünde ilk kez bir genotoksisite değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Araştırma bulguları, Kıranyağmur bölgesinin özellikle suyunun V. vimba türü üzerinde genotoksik bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymuştur.

Keywords

• Vimba vimba
• comet assay
• DNA hasarı
• mikronükleus testi
• genotoksisite

References

1. Al-Sabti K, 1994. Micronuclei induced by selenium, mercury, methylmercury and their mixtures in binucleated blocked fish erythrocyte cells. Mutation Research, 320 (1-2): 157-163.
2. Anonim, 2011. Ordu çevre durum raporu. T. C. Ordu Valiliği Çevre ve Şehircilik İl Müdürlüğü, Ordu, 209s.
3. Barlow S, Renwick AG, Kleiner J, Bridges JW, Busk L, Dybing E, Edler L, Eisenbrand G, Fink-Gremmels J, Knaap A, Kroes R, Liem D, Müller DJ, Page S, Rolland V, Schlatter J, Tritscher A, Tueting W, Würtzen G, 2006. Risk assessment of substances that are both genotoxic and carcinogenic report of an ınternational conference organized by EFSA and WHO with support of ILSI Europe. Food and Chemical Toxicology, 44 (10): 1636-1650.
4. Bat L, Gündoğdu A, Öztürk M, 1999. Ağır metaller. Süleyman Demirel Üniversitesi Eğirdir Su Ürünleri Fakültesi Dergisi, 6: 166-175.
5. Boettcher M, Grunda S, Keiter S, Kosmehl T, Reifferscheidb G, Seitz N, Rochaa PS, Hollert H, Braunbeck T, 2010. Comparison of in vitro and in situ genotoxicity in the Danube River by means of the comet assay and the micronucleus test. Mutation Research / Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 700 (1-2): 11-17.
6. Cicik B, 2003. Bakır-çinko etkileşiminin sazan (Cyprinus carpio L.)'nın karaciğer, solungaç ve kas dokularındaki metal birikimi üzerine etkileri. Ekoloji Çevre Dergisi, 12 (48): 32-36.
7. Ciftci H, Dayangac A, Ozkaya A, Cevrimli BS, Erdag R, Olcucu A, Ates S, 2011. Multi-Element Determination of Macro and Trace Elements in Kidney of DMBA and Linalool Applied Guinea Pigs by Inductively-Coupled Plasma Atomıc Emission Spectrometry (ICP-AES). Fresenius Environmental Bulletin, 20 (3A): 818-822.
8. Cornetta T, Padua L, Testa A, Levoli E, Festa F, Tranfo G, Baccelliere L, Cozzi R, 2008. Molecular biomonitoring of a population of nurses handling antineoplastic drugs. Mutation Research, 638 (1-2): 75-82.

9. Çavaş T, 2004. Endüstriyel atıkların genotoksik etkilerinin mikronükleus testi ve AgNOR analiz teknikleri kullanılarak in-situ ve laboratuvar koşulları altında araştırılması, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi (Basılmış).
10. Çavaş T, Garanko NN, Arkhipchuk VV 2005. Induction of micronuclei and binuclei in blood, gill and liver cells of fishes subchronically exposed to cadmium chloride and copper sulphate. Food and Chemical Toxicology, 43 (4): 569-574.
11. de Andrade VM, de Freitas TR, da Silva J, 2004. Comet assay using mullet (Mugil sp.) and sea catfish (Netuma sp.) erythrocytes for the detection of genotoxic pollutants in aquatic environment. Mutation Research, 560 (1): 57-67.
12. Dural M, Göksu MZL, 2006. Çamlık lagünü (Karataş, Adana), seston, bentoz ve sedimentinde mevsimsel ağır metal değişimi. Ege Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 23 (1): 65-69.
13. EC, 2008. Commission Regulation (EC) No 629/2008 of 2 July 2008 amending regulation (EC) No 1881/2006 setting maximum levels for certain contaminants in foodstuffs. Official Journal of the European Union. L173, 0006–0009.
14. Factori R, Leles SM, Novakowski GC, Rocha CLSC, Thomaz SM, 2014. Toxicity and genotoxicity of water and sediment from streams on dotted duckweed (Landoltia punctata). Brazilian Journal of Biology, 74 (4): 769-778.
15. FAO (Food and Agriculture Organization), 1983. Compilation of legal limits for hazardous substances in fish and fishery products. FAO Fishery Circulars No:764, Fish and Agriculture Organization, Roma, Italy.
16. Güner U, Gökalp Muranlı FD, 2013. Balıklarda tek hücre jel elektroforezi (comet assay). Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 3 (9): 103-114.
17. IAEA (International Atomic Energy Agency), 2003. World-wide intercomparison exercise for the determination of trace elements and methylmercury in fish homogenate international atomic energy agency - 407 Report No: IAEA/AL/144 IAEA/MEL/72.
18. Javed M, Ahmad I, Usmani N, Ahmad M, 2016. Bioaccumulation, oxidative stress and genotoxicity in fish (Channa punctatus) exposed to a thermal power plant effluent. Ecotoxicology and Environmental Safety, 127: 163-169.
19. Kammann U, Biselli S, Hühnerfuss H, Reineke N, Theobald N, Vobach M, Wosniok W, 2004. Genotoxic and teratogenic potential of marine sediment extracts investigated with comet assay and zebrafish test. Environmental Pollution, 132 (2): 279-287.
20. Kontaş S, 2018. Melet Irmağı Su, Sediment ve Bazı Balık Türlerinde Ağır Metal Birikimi ve Genotoksik Etkilerinin Araştırılması, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi (Basılmış).
21. Llorente MT, Martos A, Castaño A, 2002. Detection of cytogenetic alterations and blood cell changes in natural populations of carp. Ecotoxicology, 11 (1): 27-34.
22. Marple T, Li H, Hasty P, 2004. A genotoxic screen: rapid analysis of cellular dose-response to a wide range of agents that either damage DNA or alter genome maintenance pathways. Mutation Research, 554 (1-2): 253-266.
23. Mitchelmore CL, Chipman JK, 1998. Detection of DNA strand breaks in brown trout (Salmo trutta) hepatocytes and blood cells using the single cell gel electrophoresis (comet) assay. Aquatic Toxicology, 41 (1-2): 161-182.
24. Mitkovska VI, Dimitrov HA, Chassovnikarova TG, 2017. In vitro genotoxicity and cytotoxicity assessment of allowable concentrations of nickel and lead: comet assay and nuclear abnormalities in acridine orange stained erythrocytes of common carp (Cyprinus carpio L.). Acta Zoologica Bulgarica, 8: 47-56.
25. Okuşluk Ö, 2008. Mogan Gölü’ndeki olası kirlenmenin sazan balıklarında (Cyprinus carpio L.) comet testi kullanılarak araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış).
26. Omar WA, Zaghloul KH, Abdel-Khalek AA, Abo-Hegab S, 2012. Genotoxic effects of metal pollution in two fish species, Oreochromis niloticus and Mugil cephalus, from highly degraded aquatic habitats. Mutation Research, 746 (1): 7-14
27. Scalon MCS, Rechenmacher C, Siebel AM, Kayser ML, Rodrigues MT, Maluf SW, Rodrigues MAS, Silva LB, 2010. Evaluation of Sinos River water genotoxicity using the comet assay in fish. Brazilian Journal of Biology, 70 (4): 1217-1222.
28. Singh NP, McCoy MT, Tice RR, Schneider EL, 1988. A simple technique for quantitation of low levels of DNA damage in individual cells. Experimental Cell Research, 175: 184–191.
29. SKKY, 2004. Su kirliliği kontrolü yönetmeliği. Çevre ve Orman Bakanlığı, Resmi Gazete Tarihi: 31.12.2004, Resmi Gazete Sayısı: 25687, Ankara.
30. Summak Ş, 2009. Bursa Nilüfer Çayı suyunun genotoksik etkilerinin balık mikronukleus testi ile değerlendirilmesi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış).
31. Şenol N, Tekin Özan S, 2016. The histomorphological changes in Carassius carassius (Linnaeus, 1758), liver and kidney tissues of some heavy metals. Indian Journal of Geo-Marine Sciences, 45 (9): 1123-1127.
32. Tice RR, Agurell E, Anderson D, 2000. Single cell gel/comet assay: guidelines for in vitro and in vivo genetic toxicology testing. Environmental and Molecular Mutagenesis, 35 (3): 206-221.
33. Turekian KK, Wedepohl KH, 1961. Distribution of the elements in some major units of the Earth’s Crust. Geological Society of America Bulletin, 72 (2): 175-191.
34. TGK (Türk Gıda Kodeksi), 2002. Gıda maddelerinde belirli bulaşanların maksimum seviyelerinin belirlenmesi hakkında tebliğ, türk gıda kodeksi yönetmeliği. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı, Resmi Gazete (23 Eylül 2002), Sayı: 24885.
35. Udroiu I, 2006. The micronucleus test in piscine erythrocytes. Aquatic Toxicology, 79 (2): 201-204.
36. WHO (World Health Organization), 1989. National research council recommended dietary 626 Allowances10th ed. National Academy Press., Washington, DC. USA.
37. Yazıcı Z, Şişman T, 2015. Karasu Nehri’ndeki su kirliliğinin Barbus plebejus’daki genotoksik etkileri. Yunus Araştırma Bülteni, 2: 9-16.
38. Yılmaz M, Teber Ç, Akkan T, Er Ç, Kariptas E, Çiftci H, 2016. Determination of heavy metal levels in different tissues of tench (Tinca tinca L., 1758) from Sıddıklı Küçükboğaz Dam Lake (Kırşehir), Turkey. Fresenius Environmental Bulletin, 25 (6): 1972-1977.
39. YSKY, 2012. Yerüstü su kalitesi yönetmeliği. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Resmi Gazete Tarihi: 10.08.2016, Resmi Gazete Sayısı: 29797, Ankara.
40. Zhuang P, Li ZA, Wang G, Zou B, 2013. Concentration of heavy metals in fish from a mine-affected area and potential health risk. Fresenius Environmental Bulletin, 22 (8): 2402-2408.