Toxicity assessment of products for the agri-food sector potentially implicated in human wellbeing

Abstract

The improvement of pesticides and its increased use was highly influenced by the growth of the world population in the last centuries. The use of pesticides improved agri-food production by decreasing the loss of crops caused by many pests and diseases. The production of wine is important for the Portuguese culture and economy and has increased in the last decades. Since many grapevine diseases are caused by fungi, various fungicides like tebuconazole and cymoxanil are used to control such diseases. Fungicides often represent a higher risk for mammals, namely humans. Despite their broad use, the possible impact of both fungicides on human health and in the ecosystem is poorly understood. Since ingestion represents one of the most important ways of human exposure to surrounding chemicals, the digestive tract is one of the most affected. The incidence of different pathologies in the colon has increased in the last years namely colorectal cancer. In this work, we aimed to explore the effect that two of the most commonly used fungicides (tebuconazole and cymoxanil) may have in the human colon, investigating the possible effects related to acute and chronic exposure. For this purpose, we used normal human colon-derived cells to assess cytotoxic concentrations of the fungicides in the human colon, and to uncover their effects and mode of action. We also used yeast S. cerevisiae reporter strains to assess the genotoxic potential of the two fungicides as a way to evaluate possible long-term effects resulting from chronic exposure. Our results indicate that cytotoxic concentrations of both fungicides induce colon cell death, which is associated with increased production of ROS. Concerning the genotoxic potential, we found that tebuconazole increased mutation rates in yeast. Our data indicate that there is no risk in terms of acute toxicity of fungicides for food consumers when concentrations are below legal limits. Our results suggest that tebuconazole might have chronic effects even at concentrations within the legal limits for food, however more studies are required to confirm this.

O desenvolvimento de pesticidas e o seu crescente uso foi altamente influenciado pelo crescimento da população mundial nos últimos séculos. O uso de pesticidas melhorou a produção de produtos agroalimentares diminuindo a perda de colheitas causadas por pestes e doenças. A produção de vinho é importante para a cultura e economia Portuguesa, e tem vindo a crescer nas últimas décadas. Uma vez que muitas doenças das vinhas são causadas por fungos, vários fungicidas, tais como o tebuconazol e o cymoxanil, são usados para controlar essas doenças. Os fungicidas representam um risco maior para mamíferos, e particularmente para a saúde humana. Apesar do seu uso extensivo, o possível impacto de ambos os fungicidas para a saúde humana e para o ecossistema não está bem estudado. Sendo a ingestão uma das principais formas de exposição dos humanos às substâncias químicas que o rodeiam, o trato digestivo é um dos mais afetados. A incidência de diferentes patologias no cólon tem vindo a aumentar nos últimos anos, nomeadamente o cancro colorretal. Neste trabalho, pretendemos explorar os efeitos que dois dos pesticidas mais usados (tebuconazol e cimoxanil) possam causar no cólon humano, investigando os possíveis efeitos relacionados com exposição aguda e crónica. Para este fim, usamos células normais do cólon para avaliar as concentrações citotóxicas dos fungicidas no cólon e explorar os seus modos de ação. Também usamos uma estirpe repórter de levedura S. cerevisiae para avaliar o potencial genotóxico dos dois fungicidas como forma de avaliar possíveis efeitos a longo prazo como resultado de uma exposição crónica. Os nossos resultados indicam que em concentrações citotóxicas, ambos os fungicidas induzem morte celular nas células do cólon, e que está associado a um aumento da produção de ROS. Acerca do potencial genotóxico, descobrimos que o tebuconazole potencialmente aumenta a taxa de mutações em leveduras. Os nossos dados sugerem que não há risco em termos de toxicidade aguda para consumidores quando os fungicidas estão presentes na comida a concentrações abaixo dos limites legais. Os nossos resultados sugerem que o tebuconazole poderá ter efeitos crónicos mesmo dentro do limite de concentrações legais para os alimentos, no entanto são necessários mais estudos para o confirmar.