Nano TiO2 partiküllerinin yüksek CO2 içerikli sularda yaşayan Japon balıkları (Carassius auratus) üzerindeki genotoksik ve sitotoksik etkilerinin değerlendirmesi
Genotoxic and cytotoxic assessment of elevated CO2 levels with nano TiO2 particle on goldfish (Carassius auratus)
Yazar: IRMAK BİLGİSEVEN
Danışman: PROF. DR. NAGİHAN GÜLSOY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoloji = Biology ; Zooloji = Zoology

Özet:
Sanayi devriminden sonra artan popülasyon ve karbon salınımı günümüzde en yüksek seviyeye ulaşmıştır. Artan karbon salınımı hem havadaki karbon miktarını arttırmış hem de sucul sistemlere geçerek, sistemlerin stabilitesini etkilemeye başlamıştır. Sucul sistemlerde artan CO2 miktarı suyun fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkilemekte ve bu değişimler canlılar için zarar verici olabilmektedir. 
Metal nanopartiküller boyutları 1-100 nanometre arasında değişen parçacıklardır. Boyutlarının bu kadar küçük olması diğer moleküllere göre daha farklı elektriksel, kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmasını sağlamaktadır.  Günümüzde yemek, ilaç endüstrilerinde sıklıkla kullanılmakta, hastalıkların görüntülenmesinde faydalanılmaktadır, mekanik araçlarda iletim hızından yararlanılmaktadır. Kullanımı bu kadar yoğun olan metal nanopartiküllerin canlı vücuduna alındığı, biriktiği ve canlı yaşamına zararlı etkiler yarattığı bilinmektedir. 
Bu çalışmanın asıl amacı yükselen CO2 konsantrasyonları ile TiO2 NP'nün beraber sinerjik bir toksisite yaratıp yaratmadığını tayin etmektir. Bu sebeple Carassius auratus bireyleri öncelikle iki gruba ayrılarak 20 mg/L ve 30 mg/L olmak üzere CO2 seviyesi arttırılmış akvaryum suyunda belirli sürelerde bekletildi. Deney 1, 2 ve 3 hafta olarak üç farklı süre için kurgulandı. Her iki grup da artan konsantrasyonlarda TiO2 NP maruz bırakıldı. Uygulanacak konsantrasyonlar 5, 10 ve 20 µg/L olarak belirlendi.
Farklı konsantrasyonlar içeren Nano TiO2 ve yüksek CO2 seviyelerindeki sulara maruz bırakılan bireylerin eritrositlerinden mikronükleus testi ve comet analizi yapılarak genotoksik ve sitotoksik araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Comet analizinin sonucunda yüksek CO2 derişimine maruz kalan balıklarda gözlemlenen DNA kırıkları düşük derişime göre yüksek bulunmuştur. Özellikle olive kuyruk momentleri karşılaştırıldığında yüksek CO2'e sahip grupların değerleri ile düşük grup arasındaki dramatik fark gözlemlenebilmektedir (20mg/L için 5 µg/L TiO2 NP 8,5 iken 30mg/L CO2 için bu değer 29,1). Bununla beraber eritrositlere uygulanan mikronükleus analizi sonuçlarında gruplar ve süreler arasında anlamlı bir mikronükleus oluşumu gözlemlenmemiştir.
Histopatolojik araştırmalar için solungaç ve karaciğerler dokuları rutin histolojik işlemlerden geçirildikten sonra incelenmiştir. Bütün doz ve gruplarda histopatolojik bulgulara rastlanmaktadır. Özellikle solungaç dokularında meydana gelen hasar ve değişimler dramatiktir. Bunun hem CO2 hem de TiO2 nanopartikülünün vücuda girmek için asıl yol olarak solungaçları kullanması ile yakından ilişkisi olduğu düşünülmektedir. Karaciğerde görülen histopatolojik bulguların solungaçlardan daha az olduğu tespit edilmiştir. Bunun altında yatan nedenler TiO2 nanopartikülünün agrega olması sebebiyle karaciğere ulaşamaması, CO2'in karaciğer dokusuna direkt zarar vermemesi gibi seçenekler sıralanabilmektedir.
Küresel ısınma sonucunda sucul çevrede artan CO2 seviyelerinin TiO2 NP'ünün toksik etkilerini arttırması nedeniyle bu sinerjik etkinin daha yakından takip edilmesi gerekmektedir.

Abstract:
Increasing population and carbon emissions after the industrial revolution have reached their highest point today. Carbon emissions has increased and cousing the increasing the amount of carbon in the air and started to affect the stability of the systems by switching to aquatic systems. In aquatic systems, the increasing amount of CO2 affects the physical and chemical properties of water and these changes can be harmful for living things.
Metal nanoparticles are particles ranging in size from 1 to 100 nanometers. Its size is so small that it has different electrical, chemical and physical properties than other molecules. Today, frequently used in pharmaceutical and food industries, imaging of diseases and transmission speed is utilized in mechanical devices. It is known that uptake and accumulation of metal nanoparticles, which are so intense to use, create toxic effects on living life.
The main purpose of this study was to determine whether the rising CO2 concentrations together with the TiO2 NP create a synergistic toxicity. Fort his purpose, Carassius auratus individuals were first divided into two groups and were kept in aquarium water with increased CO2 levels of 20mg/L and 30mg/L. The experiment was designed for three different periods as 1, 2 and 3 weeks. Both groups were exposed to TiO2 NP at increasing concentrations. The concentrations to be applied were 5, 10 and 20µg/L.
Genotoxic and cytotoxic studies were performed by performing micronucleus test and comet analysis from erythrocytes of individuals exposed to different nano TiO2 concentrations and high levels of CO2. As a result of Comet analysis, DNA fractures observed in fish exposed to high CO2 concentration were higher than low concentration. Especially when the olive tail moments are compared, the dramatic difference between the values of high CO2 groups and low group can be observed (For 20mg/L, 5 µg/L TiO2 NP is 8,5 while for 30mg/L CO2 this value 29,1). However, the results of micronucleus analysis on erythrocytes showed no significant micronucleus formation between groups and durations.
For histopathological investigations, gill and liver tissues were examined after rutin histological procedures. Histopathological findings are observed in all doses and groups. Especially damages and changes in gill tissues are dramatic. This is thought to be closely related to the fact that both the CO2 and TiO2 nanoparticles use the gills as the main route to enter the body. Histopathological findings in the liver were found to be less than the gills. The reasons underlying this are options such as the fact that the TiO2 nanoparticle cannot reach the liver due to the aggregate and CO2 does not directly damage the liver tissue.
This synergistic effect needs to be closely monitored, as the increased CO2 levels in the aquatic environment as a result of global warming increase the toxic effects of TiO2 NP.