Aumentar la producción de alimentos es necesario para satisfacer las necesidades de la población mundial. En este sentido, los plaguicidas son parte integral de las prácticas agrícolas modernas destinadas a aumentar el rendimiento de los cultivos. Se ha demostrado que el uso generalizado de plaguicidas sintéticos en la agricultura causa graves problemas de contaminación ambiental y de salud humana. Los plaguicidas pueden bioacumularse en las membranas celulares humanas y afectar las funciones humanas por contacto directo o consumo de alimentos contaminados, lo cual constituye una causa importante de problemas de salud.
Los parámetros citogenéticos utilizados en este estudio mostraron un patrón consistente que indica que el ometoato ejerce efectos genotóxicos y citotóxicos en los meristemos de cebolla. Aunque no hay evidencia clara de los efectos genotóxicos del ometoato en la cebolla en la literatura existente, un gran número de estudios han investigado los efectos genotóxicos del ometoato en otros organismos de prueba. Dolara et al. demostraron que el ometoato indujo un aumento dependiente de la dosis en el número de intercambios de cromátidas hermanas en linfocitos humanos in vitro. De manera similar, Arteaga-Gómez et al. demostraron que el ometoato redujo la viabilidad celular en queratinocitos HaCaT y células bronquiales humanas NL-20, y el daño genotóxico se evaluó utilizando un ensayo de cometa. De manera similar, Wang et al. observaron un aumento en la longitud de los telómeros y una mayor susceptibilidad al cáncer en trabajadores expuestos al ometoato. Además, en apoyo del presente estudio, Ekong et al. Se demostró que el ometoato (el análogo oxigenado del ometoato) provocó una disminución del MI en A. cepa y causó lisis celular, retención cromosómica, fragmentación cromosómica, elongación nuclear, erosión nuclear, maduración cromosómica prematura, agrupamiento en metafase, condensación nuclear, adherencia anafásica y anomalías de los puentes de la c-metafase y la anafase. La disminución de los valores de MI tras el tratamiento con ometoato puede deberse a la ralentización de la división celular o a la incapacidad de las células para completar el ciclo mitótico. Por el contrario, el aumento de MN y de las anomalías cromosómicas, así como la fragmentación del ADN, indicaron que la disminución de los valores de MI estaba directamente relacionada con el daño al ADN. Entre las anomalías cromosómicas detectadas en el presente estudio, los cromosomas pegajosos fueron los más comunes. Esta anomalía en particular, que es altamente tóxica e irreversible, se debe a la adhesión física de proteínas cromosómicas o a la alteración del metabolismo de los ácidos nucleicos en la célula. Alternativamente, puede deberse a la disolución de las proteínas que encapsulan el ADN cromosómico, lo que en última instancia puede conducir a la muerte celular42. Los cromosomas libres sugieren la posibilidad de aneuploidía43. Además, los puentes cromosómicos se forman por la rotura y fusión de cromosomas y cromátidas. La formación de fragmentos conduce directamente a la formación de MN, lo cual es consistente con los resultados del ensayo cometa en el presente estudio. La distribución desigual de la cromatina se debe a la falla de la separación de cromátidas en la fase mitótica tardía, lo que conduce a la formación de cromosomas libres44. El mecanismo exacto de la genotoxicidad del ometoato no está claro; sin embargo, como plaguicida organofosforado, puede interactuar con componentes celulares como las nucleobases o causar daño al ADN mediante la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS)45. Por lo tanto, los plaguicidas organofosforados pueden causar la acumulación de radicales libres altamente reactivos, incluidos O2−, H2O2 y OH−, que pueden reaccionar con las bases del ADN en los organismos, causando así daño al ADN de forma directa o indirecta. También se ha demostrado que estas ROS dañan enzimas y estructuras involucradas en la replicación y reparación del ADN. Por el contrario, se ha sugerido que los plaguicidas organofosforados experimentan un complejo proceso metabólico tras su ingestión por los humanos, interactuando con múltiples enzimas. Proponen que esta interacción da lugar a la participación de diversas enzimas y los genes que las codifican en los efectos genotóxicos del ometoato40. Ding et al.46 informaron que los trabajadores expuestos al ometoato presentaban una mayor longitud de los telómeros, asociada a la actividad de la telomerasa y al polimorfismo genético. Sin embargo, aunque la asociación entre las enzimas de reparación del ADN del ometoato y el polimorfismo genético se ha dilucidado en humanos, esta cuestión sigue sin resolverse en las plantas.
Los mecanismos de defensa celular contra las especies reactivas de oxígeno (ROS) se ven reforzados no solo por procesos antioxidantes enzimáticos, sino también por procesos antioxidantes no enzimáticos, entre los que la prolina libre es un importante antioxidante no enzimático en las plantas. Se observaron niveles de prolina hasta 100 veces superiores a los valores normales en plantas estresadas56. Los resultados de este estudio son consistentes con los resultados33 que informaron niveles elevados de prolina en plántulas de trigo tratadas con ometoato. De manera similar, Srivastava y Singh57 también observaron que el insecticida organofosforado malatión aumentó los niveles de prolina en la cebolla (A. cepa) y también aumentó las actividades de la superóxido dismutasa (SOD) y la catalasa (CAT), reduciendo la integridad de la membrana y causando daño al ADN. La prolina es un aminoácido no esencial que participa en una variedad de mecanismos fisiológicos, incluyendo la formación de la estructura de las proteínas, la determinación de la función de las proteínas, el mantenimiento de la homeostasis redox celular, la eliminación de oxígeno singlete y radicales hidroxilo, el mantenimiento del equilibrio osmótico y la señalización celular57. Además, la prolina protege las enzimas antioxidantes, manteniendo así la integridad estructural de las membranas celulares.58 El aumento de los niveles de prolina en las cebollas tras la exposición al ometoato sugiere que el organismo utiliza la prolina como superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT) para protegerse de la toxicidad inducida por insecticidas. Sin embargo, al igual que el sistema antioxidante enzimático, se ha demostrado que la prolina es insuficiente para proteger las células de la punta de la raíz de la cebolla del daño causado por los insecticidas.
Una revisión de la literatura mostró que no hay estudios sobre el daño anatómico de las raíces de las plantas causado por los insecticidas ometoato. Sin embargo, los resultados de estudios previos sobre otros insecticidas son consistentes con los resultados de este estudio. Çavuşoğlu et al.67 informaron que los insecticidas tiametoxam de amplio espectro causaron daño anatómico en las raíces de cebolla, como necrosis celular, tejido vascular poco definido, deformación celular, capa epidérmica poco definida y forma anormal de los núcleos del meristemo. Tütüncü et al.68 indicaron que tres dosis diferentes de insecticidas metiocarb causaron necrosis, daño a las células epidérmicas y engrosamiento de la pared celular cortical en las raíces de cebolla. En otro estudio, Kalefetoglu Makar36 encontró que la aplicación de insecticidas avermectínicos en dosis de 0,025 ml/L, 0,050 ml/L y 0,100 ml/L causó tejido conductor indefinido, deformación de células epidérmicas y daño nuclear aplanado en raíces de cebolla. La raíz es el punto de entrada para que los químicos dañinos entren a la planta y también es el sitio principal más susceptible a los efectos tóxicos. Según los resultados de MDA de nuestro estudio, el estrés oxidativo puede conducir al daño de la membrana celular. Por otro lado, es importante reconocer que el sistema radicular también es el mecanismo de defensa inicial contra tales peligros69. Los estudios han demostrado que el daño observado en las células del meristemo radicular puede deberse al mecanismo de defensa de estas células que impide la absorción de pesticidas. El aumento de células epidérmicas y corticales observado en este estudio es probablemente el resultado de que la planta reduce la absorción de químicos. Este aumento puede resultar en compresión física y deformación de células y núcleos. Además,70 se ha sugerido que las plantas pueden acumular ciertas sustancias químicas para limitar la penetración de pesticidas en las células. Este fenómeno puede explicarse como un cambio adaptativo en las células del tejido cortical y vascular, en el que las células engrosan sus paredes celulares con sustancias como la celulosa y la suberina para evitar que el ometoato penetre en las raíces.71 Además, el daño nuclear aplanado puede ser el resultado de la compresión física de las células o del estrés oxidativo que afecta a la membrana nuclear, o puede deberse al daño al material genético causado por la aplicación de ometoato.
El ometoato es un insecticida altamente eficaz y de amplio uso, especialmente en países en desarrollo. Sin embargo, al igual que con muchos otros plaguicidas organofosforados, persisten las preocupaciones sobre su impacto en el medio ambiente y la salud humana. Este estudio tuvo como objetivo subsanar esta falta de información mediante una evaluación exhaustiva de los efectos perjudiciales de los insecticidas a base de ometoato en una planta comúnmente estudiada, Arabidopsis cepa. En esta planta, la exposición al ometoato provocó retraso del crecimiento, efectos genotóxicos, pérdida de la integridad del ADN, estrés oxidativo y daño celular en el meristemo radicular. Los resultados evidenciaron los impactos negativos de los insecticidas a base de ometoato en organismos no objetivo. Los resultados de este estudio indican la necesidad de mayor precaución en el uso de estos insecticidas, una dosificación más precisa, una mayor concienciación entre los agricultores y regulaciones más estrictas. Además, estos resultados constituirán un valioso punto de partida para la investigación sobre los efectos de los insecticidas a base de ometoato en especies no objetivo.
Los estudios experimentales y de campo de las plantas y sus partes (bulbos de cebolla), incluida la recolección de material vegetal, se llevaron a cabo de acuerdo con las normas y regulaciones institucionales, nacionales e internacionales pertinentes.
Fecha de publicación: 4 de junio de 2025