Glioksilik Asit’in, Toksik Gösterge Parametreleri Kullanılarak İn Vivo Etkilerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, parfüm, gıda ve ilaç endüstrilerinde yaygın kullanılan glikoksilik asidin (GA) toksisitesi, Allium cepa L. testi kullanılarak değerlendirilmiştir. Toksisitesi değerlendirilirken fizyolojik parametreler açısından kök uzunlukları, ağırlık artışları ve çimlenme yüzdelerine, sitogenetik parametreler açısından mitotik indeks (Mİ), mikronükleus (MN) oranı ve kromozom hasarların oluşumuna, anatomik parametreler açısından ise meydana gelen anatomik farklılıklar belirlenerek elde edilen veriler istatistiksel açıdan değerlendirilmiştir. Bu kapsamında soğan yumruları birbirine yakın ağırlıkta olmak üzere biri kontrol ve beşi uygulama grubu olarak ayrılmıştır. Kontrol de bulunan A.cepa yumruları distile su ile işleme tabi tutulurken, deney gruplarındaki soğanlar 10, 25, 50, 100 ve 250 ppm GA konsantrasyonlarıyla 20˚C sıcaklıkta karanlık bir ortamda 72 saat boyunca bekletilmiştir. Araştırma sonucunda, kontrol grubuna kıyasla GA uygulanmış gruplarda kök uzunluğu, ağırlık artışı ve çimlenme yüzdesi oranlarında azalış, yine Mİ oranınında da azalış olduğu tespit edilirken; sitogenetik parametrelerden kromozomal anormalliklerin ve MN sıklığının uygulama doz miktarının artmasıyla istatistiksel açıdan arttığı belirlenmiştir. GA uygulamasına bağlı olarak kök hücrelerinde fragment oluşumu, eşit olmayan kromatin dağılımı, vagrant kromozom, yapışık kromozom, c-mitoz ve kromozom köprüleri gibi kromozomal hasarlar belirlenmiştir. Anatomik hasarlar bakımından; kontrol grubu ile karşılaştırıldığında GA kök ucu hücrelerinde hücre deformasyonu, yassılaşmış hücre çekirdekleri, nekroz, korteks hücre deformasyonu, korteks hücrelerinde GA birikimi, korteks hücre duvarlarında kalınlaşma ve belirsiz vasküler doku gibi anatomik değişimlere neden olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra, anatomik hasarın derecesinin uygulanan doz miktarı arttıkça yükseldiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, fizyolojik, anatomik ve sitogenetik parametreler kullanılarak glikoksilik asitin A. cepa kök ucu hücrelerinde doz bağımlı toksik etki gösterdiği belirlenmiştir. Özellikle 100 ve 250 ppm gibi yüksek uygulama dozlarına ulaşıldığında, ciddi toksisiteye neden olabileceği belirlenmiş ve MN sıklığı dikkate alınarak değerlendirilen etkiler, klastojenik etkinin varlığını göstererek genotoksik hasar açısından önemli bir bulgu olarak kabul edilmiştir.

Keywords

• Glioksilik asit,
• A.cepa L
• Klastojenik etki
• Mikronükleus

Investigation of the In Vivo Effects of Glyoxylic Acid Using Toxic Indicator Parameters

Abstract

In this study, the toxic effects of glyoxylic acid (GA), commonly used in the perfume, food, and pharmaceutical industries, were evaluated using the Allium cepa L. test system. The toxicity was assessed by examining physiological parameters such as root length, weight gain, and germination percentage; cytogenetic parameters including mitotic index (MI), micronucleus (MN) frequency, and chromosomal damage formation; and anatomical parameters by identifying anatomical differences. The obtained data were also statistically analyzed. In this experiment, onion bulbs of similar weight were divided into a total of six groups, including one control and five treatment groups. The onions in the control group were treated with distilled water, while those in the treatment groups were exposed to GA at doses of 10, 25, 50, 100, and 250 ppm for 72 hours in a dark environment at 20°C.The study results indicated that, compared to the control group, the groups treated with GA exhibited an increase in root length, weight gain, and germination percentage, while the MI showed a significant decrease. Cytogenetic parameters, including chromosomal abnormalities and MN frequency, increased statistically with the rising GA dose. Chromosomal damage observed in root cells due to GA exposure included fragment formation, unequal chromatin distribution, vagrant chromosomes, sticky chromosomes, C-mitosis, and chromosome bridges. Regarding anatomical damage, compared to the control group, GA exposure led to necrosis, cell deformation, flattened cell nuclei, cortex cell deformation, accumulation of specific substances in cortex cells, thickening of cortex cell walls, and an unclear vascular structure in root tip cells. Additionally, a dose-dependent increase in the severity of anatomical damage was also observed. In conclusion, glyoxylic acid exhibited a dose-dependent toxic effect on A. cepa root tip cells. Severe toxicity was evident at 100 ppm and 250 ppm. The increase in MN size confirmed the presence of clastogenic activity, highlighting its genotoxic potential.

Keywords

• Glyoxylic acid,
• Allium cepa L.,
• Clastogenic effect
• Micronucleus

References

1. ABD Çevre Koruma Ajansı (US EPA). 1990 Yüksek üretim hacimli (hpv) kimyasallar programı listesi. Çevre Koruma Ajansı; Washington, Dc. 1990.
2. ABD Çevre Koruma Ajansı (US EPA). Akrilik asit için kimyasal özet. Kirliliği Önleme Ve Zehirli Maddeler Ofisi; Washington, DC, 1994.
3. Acar A., Türkmen Z., Çavuşoğlu K., Yalçın E. Investigation of benzyl benzoate toxicity with anatomical, physiological, cytogenetic and biochemical parameters in in vivo. Caryologia 2020; 73(3): 21-32.
4. Akgündüz MÇ., Çavuşoğlu K., Yalçın E. The potential risk assessment of phenoxyethanol with a versatile model system. Sci Rep 2020; 10: 1209.
5. Anderson SE., Ham JE., Munson AE. Irritancy and sensitization potential of glyoxylic acid. Journal of Immunotoxicology 2008; 5(2): 93-98.
6. Bıçakçı U., Çavuşoğlu K., Yapar K., Acar A., Yalçın E. The ınvestigation of diazinon toxicity in root tip cells of Allium cepa (Onion) L. Iğdır Üni. Fen Bilimleri Enst. Dergisi 2017; 7(3): 49-56.
7. Bruggink A. Synthesis of β-lactam antibiotics: Chemistry, Biocatalysis & Process Integration. Netherlands: Springer-Science Business Media, B.V; 2001.
8. Çavuşoğlu D., Çavuşoğlu K., Çavuşoğlu K. Identification of cyto- and genotoxic effects of lunularic acid in Allium cepa L. root tip meristem cells. Cytol. Genet. 2024; 58(2): 178–189.

9. Çavuşoğlu K., Yalçin E., Türkmen Z., Yapar K., Sağir S. Physiological, anatomical, biochemical, and cytogenetic effects of thiamethoxam treatment on Allium cepa (amaryllidaceae) L.. Environ Toxicol 2012; 27(11): 635-643.
10. Debus H. On the action of nitric acid on alcohol at common temperatures, "This residue consisted almost entirely of the aldehyde of glyoxylic acid; I proposed to call it Glyoxal, C2H4O3. Philosophical Magazine, 4th series, 1857; 13(89): 39–49.
11. Evandri MG., Mastrangelo S., Costa LG., Bolle P. In vitro assessment of mutagenicity and clastogenicity of BDE-99, a pentabrominated diphenyl ether flame retardant. Environmental and Molecular Mutagenesis 2003; 42(2): 85-90.
12. Fan X., Zhou X., Chen H., Tang M., Xie X. Crosstalks between macro-and micronutrient uptake and signaling in plants, Front. Plant Sci. 2021; 12: 663477.
13. Fenech M., Chang WP., Kirsch-Volders M., Holland N., Bonassi S., Zeiger E. Human micronnucleus project. HUMN Project: Detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using ısolated human lymphocyte cultures. Mutation Research 2003; 534(1-2): 65-75.
14. Fiskesjö G. The allium test as standard in environmental monitoring. Hereditas 1985; (102): 99-112.
15. Grosjean E., Williams EL., Grosjean D. Atmospheric chemistry of acrolein. Sci. Total Environ. 1994; 153: 195–202.
16. Herrero O., Pérez Martín JM., Fernández Freire P., Carvajal López L., Peropadre A., Hazen MJ. Toxicological evaluation of three contaminants of emerging concern by use of the A. cepa test. Mutat Res 2012; 743(1-2): 20–24.
17. Kalefetoğlu Macar T., Macar O., Yalçın E., Çavuşoğlu K. Protective roles of grape seed (Vitis vinifera L.) extract against cobalt (II) nitrate stress in Allium cepa L. root tip cells. Environ Sci Pollut Res 2021; 28(1): 270–279.
18. Karaismailoğlu MC. The evaluation of the genotoxic and cytotoxic effects of pyriproxyfen insecticide on Allium cepa somatic chromosomes with mitotic activity, chromosome abnormality and micronucleus frequency Turk. J. Life Sci. 2016; 1(2): 65-69.
19. Kurt D., Acar A., Cavusoglu D., Yalcin E., Cavusoglu K. Genotoxic efects and molecular docking of 1,4-dioxane: combined protective efects of trans-resveratrol. Environ Sci Pollut Res 2021; 28: 54922–54935.
20. Leme DM., Angelis DF., MarinMorales MA. Action mechanisms of petroleum hydrocarbons present in waters impacted by an oil spill on the genetic material of Allium cepa root cells. Aquatic Toxicology 2008; 88(4): 214-219.
21. Lerda D., Bistoni MB., Peralta N., Ychari S., Vazquez M., Bosio G. Fumonisins in foods from Cordoba (Argentina), presence and genotoxicity. Food and Chemical Toxicology 2005; 43: 691-698.
22. Lui D., Jiang W., Li M. Effects of trivalent and hexavalent chromium on root growt hand cell division of Allium cepa. Hereditas 1992; 117(1): 23-29.
23. Öztürk G., Çavuşoğlu K., Yalçın E. Dose-response analysis of potassium bromate-induced toxicity in Allium cepa L. meristematic cells. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020; 27(34): 43312–43321.
24. Pozdniakov MA., Zhuk IV., Lyapunova MV. Glyoxylic acid: synthesis, isolation, and crystallization. Russ Chem Bull 2019; 68(3): 472–479.
25. Robert T., Tang E., Kervadec J., Desmons A., Hautem JY., Zaworski J., Daudon M., Letavernier E. Hair-straightening cosmetics containing glyoxylic acid induce crystalline nephropathy, Kidney International 2024; 106(6): 1117-1123,0085-2538.
26. Sidorenko SV., Yakovlev SV., Rus. Med. Zh. [Russ. Med. J.], 1997; 21, 2.
27. Staykova TA., Ivanova EN., Velcheva IG. Cytogenet-ic effect of heavy metal and cyanide in contaminedwaters from the region of Southwest Bulgaria. J CellMol Biol. 2005; 4(1): 41-46.
28. Todorovac E., Durmisevic I., Cajo S., Haverić A., Mesic A. Evaluation of DNA and cellular damage caused by methyl-, ethyl- and butylparaben in vitro. Toxicol Environ Chem 2020; 103(1): 85–103.
29. Türkmen Z., Çavuşoğlu K., Çavuşoğlu K., Yapar K., Yalçın E. Protective role of royal jelly (honeybee) on genotoxicity and lipid peroxidation, induced by petroleum wastewater, in Allium cepa L. root tips. Environmental Technology 2009; 30(11): 1205-1214.
30. Türkoğlu Ş. Genotoxicity of five food preservatives tested on root tips of Allium cepa L. Mutat Res. 2007; 626(1): 4-14.
31. Üstündağ Ü., Çavuşoğlu K., Yalçın E. Comparative analysis of cyto-genotoxicity of zinc using the comet assay and chromosomal abnormality test. Environ Sci Pollut Res Int. 2024; 31(44): 56140-56152.
32. Wiez AD., Analysis of the cell in the root meristemof Allium cepa under the influence of Ledakrin. Folia Histo-chem Cytobiol 1990; 26: 79–96.
33. Yalçın E., Kalefetoğlu Macar T., Macar O., Çavuşoğlu K. Protective role of green coffee against cytotoxic and genotoxic effects of food dye tartzanine in A. cepa L root tip cells. Acad. Food J. 2021; 19(1): 49–58.