Reliability of pesticide toxicity evaluation: Effects of pesticides on cellular respiration under conventional versus physiological growth conditions.
Environ Toxicol Pharmacol · 2025 · 115:104675 · PMID 40097081 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 사람
요약 생성 대기 중입니다.
초록 전문 번역 · gemma4:e4b
농작물 수확량 증대를 위한 살충제 사용은 잠재적인 유해 부작용에 대한 지속적인 우려에도 불구하고 만연해 있다. 더욱이, 대부분의 세포 생존력 연구는 조직 내의 생체 내(in vivo) 조건을 정확하게 반영하지 못하는 배양 배지 및 산소 농도에서 수행되어 독성 평가 결과에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구의 목적은 배양 조건이 살충제가 미토콘드리아 에너지 생성에 미치는 영향을 어떻게 변화시키는지 조사하는 것이었다. 이를 위해 두 가지 세포주인 Caco-2(인간 대장암 세포)와 HepG2(인간 간종 세포주)를 널리 사용되는 세 가지 식물 보호 제품, 즉 살균제 보스칼리드(boscalid), 제초제 글리포세이트(glyphosate), 그리고 살충제 니마잘(NeemAzal)의 낮은 농도로 장기간 배양하였다. 세포들은 일반 DMEM 및 혈장 성분을 모방하는 Plasmax 배지에서 정상 산소 조건(19%)과 생리학적 산소 조건(5%) 하에 배양되었다. 미토콘드리아 대사에 대한 살충제 유도 변화를 평가하고 이러한 효과가 일반적인 환경과 생리적으로 관련 있는 환경 간에 어떻게 다른지를 평가하기 위해 고해상도 호흡 측정법이 사용되었다. 그 결과, 니마잘 노출 시에는 최소한의 변화가 관찰된 반면, 보스칼리드는 미토콘드리아 생체 에너지 지수 감소, ATP 합성효소 연관 산소 소비 감소, 그리고 호흡 사슬 복합체 I 및 II와 관련된 호흡 장애를 포함하여 가장 뚜렷한 영향을 유도하였다. 특히, 이러한 미토콘드리아 에너지 생성의 손상은 DMEM에서 배양된 세포에 비해 Plasmax 배지에서 배양된 세포에서 더 두드러지게 나타났다. 본 연구 결과는 보다 정확하고 생리적으로 관련성 있는 통찰력을 얻기 위해 배지 조성 및 산소 분압과 같은 조직 특이적 조건을 모방하는 것이 독성 연구에서 매우 중요함을 강조한다.ORIGINAL ABSTRACT
The use of pesticides to enhance crop yields remains prevalent despite persistent concerns about their potential harmful side effects. Moreover, most cell viability studies are conducted in growth media and oxygen concentrations that do not accurately reflect the in vivo conditions in tissues, and therefore may influence the outcomes of toxicity assessments. The aim of the study was to examine how culture conditions alter the influence of pesticides on mitochondrial energy production. For this purpose, two cell lines - Caco-2 (human colorectal adenocarcinoma cells) and HepG2 (a human hepatoma cell line) - were cultured over an extended period with low doses of three widely used plant protection products: the fungicide boscalid, the herbicide glyphosate, and the insecticide NeemAzal. Cells were grown in conventional DMEM and Plasmax media, the latter resembling blood plasma composition, under normoxic (19 %) and physoxic (5 %) oxygen concentrations. High-resolution respirometry was employed to assess pesticide-induced alterations on mitochondrial metabolism and to evaluate how these effects differed between conventional and physiologically relevant environments. The results revealed minimal alterations with NeemAzal exposure, while boscalid induced the most pronounced effects, including a decreased mitochondrial bioenergetics index, reduced ATP-synthase-linked oxygen consumption, and impaired respiration associated with respiratory chain complexes I and II. Notably, these impairments in mitochondrial energy production were more pronounced in cells cultured in Plasmax media compared to DMEM. These findings highlight the critical importance of mimicking tissue-specific conditions, such as media composition and oxygen tension, in toxicity studies to obtain more accurate and physiologically relevant insights.| 저자 | Tepp, K.; Auditano, G. L.; Puurand, M.; Kaambre, T. |
|---|---|
| 저널 | Environmental toxicology and pharmacology |
| 권·호·쪽 | 115, 104675 |
| PMID | 40097081 |
| DOI | 10.1016/j.etap.2025.104675 |
| MeSH | Humans; Pesticides; Hep G2 Cells; Caco-2 Cells; Cell Respiration; Glycine; Mitochondria; Glyphosate; Niacinamide; Cell Survival; Toxicity Tests; Biphenyl Compounds |