Bakır oksit ve silikon dioksit nanopartiküllerinin Allium cepa'daki genotoksik etkileri
Genotoxic effects of copper oxide and silicon dioxide nanoparticles in Allium cepa
Yazar: ÖZLEM ÇALBAY
Danışman: PROF. DR. FATMA ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Genetik = Genetics

Özet:
Bakır oksit nanopartikülleri (CuO NP) ve silikon dioksit nanopartikülleri (SiO2 NP) nanoteknolojide birçok üründe yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Bu nedenle hem üretim, hem kullanım ve hem de çevreye salınmaları her geçen gün artış göstermektedir. Yapılan bazı çalışmalarda, nanopartiküllerin toksik ve özellikle genotoksik etkileri olduğu belirtilmektedir. Bu çalışmanın amacı, indikatör bir organizma olan Allium cepa  kök ucu hücreleri kullanılarak CuO ve SiO2 nanopartiküllerinin genotoksik etkilerini incelemektir. Allium cepa kök uçları, CuO NP'lerinin 25, 50, 75 ve 100 µg/ml'lik ve SiO2 NP'lerinin 50, 250, 500 ve 1000 µg/ml'lik konsantrasyonları ile 24, 48 ve 72 saat muamele edilmiştir. CuO nanopartiküllerinin bütün konsantrasyonları ve uygulama süreleri, Allium cepa  kök ucu hücrelerinde mitotik indekste kontrole kıyasla önemli düzeyde düşüşe sebep olmuştur. Özellikle en yüksek konsantrasyonda, mitotik indeks en düşük seviyeye ulaşmıştır. Bu nanopartiküller mitotik faz frekanslarında da değişikliklere sebep olmuştur. SiO2 NP'leri de Allium cepa kök uçlarında mitotik indekste düşüşe sebep olmuş ancak bu düşüş, kontrole kıyasla, 24 saatlik uygulamada sadece 50 ve 1000 µg/ml'de, 48 saatlik uygulamada sadece 1000 µg/ml'de ve 72 saatlik uygulamada ise 50 µg/ml'de anlamlı düzeydedir. CuO ve SiO2 NP'lerinin bütün konsantrasyonları her üç uygulama süresinde de kontrole göre kromozom anormalliklerinde önemli düzeyde artışa sebep olmuştur. Geçirmeli elektron mikroskobu analizleri, CuO ve SiO2 NP'lerinin hücre duvarına, sitoplazmaya, çekirdeğe, mitokondriye ve diğer bazı organellere alınabildiklerini göstermiştir. Bütün bu sonuçlar, CuO ve SiO2 NP'lerinin hücre içine, organellere ve genetik materyale ulaşabildiklerini ve hücre bölünmesinde C-metafaz, yapısı bozulmuş pro-, meta- ve ana-telofaz, kromozom kırığı, asenkron bölünme, multipolarlık, geri ve ileri kromozomlar, yıldız anafaz, mikronukleus ve genetik materyal kaybı gibi anormalliklere sebep olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar, CuO ve SiO2 NP'lerinin klastogenik/genotoksik ve sitotoksik ajanlar olabileceğini desteklemektedir. Bu bulgular aynı zamanda Allium cepa  sitogenetik testinin, bir çok tüketici ürününde kullanılan yeni nanomateryallerin genotoksisite açısından değerlendirilmesinde kullanılabileceğini de desteklemektedir.

Abstract:
Copper oxide nanoparticles (CuO NPs) and silicon dioxide nanoparticles (SiO2 NPs) are widely used in many nanotechnological products. So production, usage and release of these nanoparticles to the environment are increasing every day. It is reported in some studies that nanoparticles have toxic, particularly genotoxic effects. This study aims to investigate genotoxic impacts of CuO and SiO2  NPs using root tip cells of Allium cepa as an indicator organism. Allium cepa root tips were treated with 25, 50, 75 ve 100 µg/ml concentrations of CuO NPs and, 50, 250, 500 ve 1000 µg/ml concentration of SiO2 nanoparticles for 24, 48 and 72 hours. All the concentrations and treatment periods of CuO NP's significantly decreased the mitotic index in Allium cepa root tip cells compared to the control. Especially at the highest concentration, mitotic index reached its lowest level. These nanoparticles induced changes in mitotic phase frequencies. SiO2 NPs also decreased the mitotic index in Allium cepa root tips cells however this decrease was significant at 50 ve 1000 µg/ml concentrations at 24 h, 1000 μg/ml concentration at 48 h and, 50 μg/ml concentration at 72 h treatment, compared to the control. All of the concentrations of CuO and SiO2 NPs increased the frequency of chromosome abnormalities at all the concentrations and three treatment periods compared to the control. Transmission electron microscopy analyses have shown that CuO and SiO2 NP's can be taken into the cell wall, cytoplasm, cell nucleus, mitochondria and some other organelles. All of these results show that CuO and SiO2 NP's can reach to the cell, organelles and genetic material and, may impair stages of cell division causing C-metaphase, disturbed pro-, meta- and ana-telophase, chromosomal breaks, asenkron division, multipolarity, lagging and vagrant chromosomes, star anaphase, micronuclei and loss of genetic material. These results indicated that CuO and SiO2 NPs can be clastogenic/genotoxic and cytotoxic agents. This finding also suggest that Allium cepa cytogenetic test can be used fort he genotoxicity monitoring of novel nanomaterials which are used in many consumer products.