Citotossicità e genotossicità indotta delle nanoplastiche in grano duro (Triticum turgidum subsp. durum)

Over the last few years, nanoplastic (NP), have been recognized as emerging pollutants whose global impacts have been observed in both marine and terrestrial ecosystems. Simultaneously, a growing number of studies highlighted the presence and their negative impact on living organisms, including humans. As plants are the primary producers in all ecosystems, understanding how they interact with these pollutants is essential for assessing risks to food chains and ensuring global food security. This work of thesis aimed to evaluate the impact of polystyrene (PS) nanoplastics (NPs) on cell viability and DNA integrity in two durum wheat (Triticum turgidum subsp. durum) varieties, Svevo and Catone. To this end, two specific sizes of NPs (50 nm and 100 nm) were administered at a concentration of 10 mg/L. Cell viability was assessed via Diffusion assay, while DNA damage was analysed using Single-Cell Gel Electrophoresis (SCGE), or Comet assay. The latter was performed under neutral conditions to quantify the presence of double-strand breaks (DSBs) and under alkaline conditions to quantify single-strand breaks (SSBs). Preliminary steps were carried out to optimize the protocols for the specific plant material. Additionally, gene expression analysis was performed on selected genes involved in the DNA damage response (DDR). The results showed that 50 nm NPs induce a significant reduction in cell viability compared to 100 nm NPs in both varieties. Regarding the accumulation of DNA damage, a non-significant increase in DSBs was observed following treatment with both NP sizes. For the gene expression analysis, contrasting profiles were observed in response to the treatments, with an accumulation in OGG1 and ATM transcript levels and a reduction for BRCA1, MRE11, NBS1, and TDP1 In conclusion, this study provides an optimized protocol for cytotoxicity and genotoxicity assays in durum wheat and offers insights into the molecular mechanisms underlying the effects of NPs on plant development.

Negli ultimi anni le nanoplastiche (NP) sono state riconosciute come inquinanti emergenti i cui impatti sono stati riscontrati a livello globale, sia in ecosistemi marini che in quelli terrestri. Parallelamente, un numero crescente di studi ha evidenziato la loro presenza e i loro potenziali effetti avversi in organismi viventi, compreso l’uomo. Poiché le piante sono alla base delle reti trofiche e della produzione alimentare, comprendere le loro interazioni con questi inquinanti è essenziale per garantire la sicurezza alimentare globale. Questo lavoro di tesi si e proposto di valutare l’impatto delle NP di polistirene (PS) sulla vitalità cellulare e sull’integrità del DNA in due varietà di grano duro (Triticum turgidum subsp. durum), Svevo e Catone. A tale scopo, due dimensioni specifiche di NP (50 nm e di 100 nm) sono state somministrate ad una concentrazione di 10 mg/l . La vitalità cellulare è stata valutata tramite Diffusion assay, mentre il danno al DNA è stato analizzato mediante Single Cell Gel Electrophoresis (SCGE), o Comet assay. Quest'ultimo è stato condotto in condizioni neutre per quantificare le rotture del doppio filamento (DSB) e in condizioni alcaline per quelle del singolo filamento (SSB). Preliminarmente, sono state eseguite delle fasi di ottimizzazione dei protocolli per il materiale vegetale in esame. Inoltre, è stata eseguita un analisi dell’espressione genica di alcuni geni coinvolti nella risposta al danno al DNA (DDR). I risultati hanno evidenziato che le NP di dimensione di 50 nm inducono una significativa riduzione della vitalità cellulare comparativamente alle NP di 100 nm in entrambe le varietà. Al riguardo l’accumulo del danno al DNA, un aumento non significativo delle DSB e stato osservato in seguito al trattamento con entrambe le tipologie di NP. Per l’analisi dell’espressione genica, invece, sono stati osservati dei profili contrastanti in risposta ai vari trattamenti, con accumulo nei livelli dei trascritti di OGG1 e ATM e una riduzione nel caso di BRACA1, MRE11, NBS1 E TDP1. In conclusione, questo studio fornisce un protocollo ottimizzato per i saggi di citotossicità e genotossicità nel grano duro, e approfondisce alcuni meccanismi molecolari relativi agli effetti delle NP sullo sviluppo della pianta.