Biopaliwa II generacji otrzymane w procesie transestryfikacji tłuszczów odpadowych – porównanie cytotoksyczności ich frakcji rozpuszczalnej w wodzie (WSF) na kolejnych pasażach starzejących się komórek in vitro

Miranowicz-Dzierżawska, K.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Biopaliwa II generacji otrzymane w procesie transestryfikacji tłuszczów odpadowych – porównanie cytotoksyczności ich frakcji rozpuszczalnej w wodzie (WSF) na kolejnych pasażach starzejących się komórek in vitro

Autorzy

Miranowicz-Dzierżawska K.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Second-generation Biofuels – Products of Waste Fats Transesterification: a Comparison of Their Water-soluble Fraction (WSF) Cytotoxicity on Subsequent Passages of Senescent Cells in vitro

Języki publikacji

Abstrakty

Celem badań było porównanie cytotoksycznego działania biopaliw II generacji otrzymanych w procesie transestryfikacji tłuszczów odpadowych na wczesne oraz późne pasaże ludzkich komórek diploidalnych. Przeprowadzono badania czterech biopaliw otrzymanych w reakcji transestryfikacji z: przeterminowanego oleju rzepakowego (BP I), odpadowego tłuszczu zwierzęcego (BP II), roślinnego oleju posmażalniczego (BP III), które zostały wytworzone na skalę laboratoryjną z wykorzystaniem eksperymentalnej linii produkcyjnej, a także z surowego oleju rzepakowego (BP IV), które otrzymano od producenta biopaliw z oleju rzepakowego. Biopaliwo BP II, czyli biopaliwo z tłuszczu zwierzęcego zawierało największe stężenia estrów kwasów tłuszczowych, oznaczone z wykorzystaniem sprzężonych technik chromatografii gazowej z detekcją spektrometrii mas. Stężenie estrów kwasów tłuszczowych w biopaliwie BPI było o 23%, w biopaliwie BPIII o 29%, a biopaliwie BPIV o 78% niższe w stosunku do biopaliwa BPII. Badania wykonano na dwóch starzejących się diploidalnych liniach komórkowych: fibroblastach płucnych CCD-8Lu (ATCCR® CCL-201^TM) oraz skórnych CCD-1136Sk (ATCCR® CRL-2697^TM). Do oceny cytotoksycznego działania zastosowano test MTT, który określa aktywność metaboliczną komórek oraz test pochłaniania czerwieni obojętnej oceniający integralność błon komórkowych (test NRU). Najbardziej cytotoksyczny (osiągający najniższe wartości IC50) dla komórek obu typów okazał się ekstrakt wodny biopaliwa otrzymanego z odpadowego tłuszczu zwierzęcego (BPII), w którym oznaczono największe stężenie estrów kwasów tłuszczowych. W jego składzie przeważają nasycone kwasy tłuszczowe, m.in.: kwas kaprynowy, laurynowy, stearynowy i palmitynowy. Z kolei najmniej cytotoksyczna była frakcja wodna biopaliwa otrzymanego z surowego oleju rzepakowego (BPIV) o najmniejszej zawartości estrów kwasów tłuszczowych, zawierający głównie kwasy jednonienasycone: kwas oktadekenowy i eikozenowy. Komórki CCD-1136Sk wczesnych pasaży (8 i 13) charakteryzowały się większą odpornością na cytotoksyczne działanie badanych biopaliw, co było szczególnie widoczne w środkowym zakresie stosowanych stężeń ksenobiotyków. Począwszy od pasażu nr 17 występowało zjawisko zwiększonej wrażliwości komórek CCD-1136Sk na działanie BPI, BPII i BPIII. Tendencję wzrostu wrażliwości komórek na działanie badanych biopaliw w miarę ich starzenia się zaobserwowano również w przypadku narażenia komórek CCD-8Lu na BPI, BPIII i BPIV. Cytotoksyczność frakcji rozpuszczalnej w wodzie najbardziej i najmniej toksycznego z badanych biopaliw II generacji była odzwierciedleniem zawartości w nich estrów kwasów tłuszczowych. Frakcja rozpuszczalna w wodzie biopaliwa o największej zawartości estrów kwasów tłuszczowych (BPII) wykazywała najsilniejsze działanie cytotoksyczne na obu typach fibroblastów (zarówno na komórkach CCD-1136Sk, jak i CCD-8Lu), natomiast BPIV o najmniejszej zawartości estrów kwasów tłuszczowych było najmniej toksyczne. Uzyskane wyniki wskazują, że wrażliwość starzejących się komórek na cytotoksyczne działanie biopaliw może zmieniać się w miarę ich starzenia się – w przeważającej większości przypadków komórki starsze stawały się bardziej wrażliwe w porównaniu z młodszymi na cytotoksyczne działanie badanych ksenobiotyków. Kluczowe znaczenie w cytotoksycznym działaniu związków chemicznych na młodsze i starsze pasaże komórkowe może mieć także stężenie badanego związku.

The aim of the study was to compare the cytotoxic action of selected second generation biofuels water-soluble fraction (WSF) and susceptibility of old and young passages of human diploid fibroblasts. The study was performed on two secescent diploid cell lines: pulmonary fibroblasts CCD-8Lu (ATCCR® CCL-201^TM) and skin fibroblasts CCD-1136Sk (ATCCR® CRL-2697^TM). The cytotoxicity of WSF of the four biofuels obtained from the transesterification of expired rapeseed oil (BPI), waste animal fat (BPII), used for frying vegetable oil (BPIII) or crude rapeseed oil (BPIV) was assessed. The MTT test determining metabolic activity and the NRU test, evaluating the integrity of cell membranes were used to assess the cytotoxic activity of tested biofuels WAF. The most cytotoxic (reaching the lowest IC50 values) for both types of cells was the water extract of biofuel obtained from animal waste (BPII) concerning the highest concentration of fatty acid esters. Saturated fatty acids, such as capric, lauric, stearic and palmitic acids were dominant in its composition. In turn, the least cytotoxic was water fraction of the biofuel obtained from crude rapeseed oil (BPIV) with the lowest content of fatty acid esters, mainly consisting of monounsaturated acids: octadecenoic acid and eicosenoic acid. Young passages of CCD-1136Sk cells were more insusceptible to the cytotoxic effects of the tested biofuels. The phenomenon of increased CCD-1136Sk cells susceptibility to the BPI, BPII and BPIII was observed starting from the passage No. 17. The trend of increased cells susceptibility to the tested biofuels was also observed in the case of exposure of CCD-8Lu cells on BPI, BPIII and BPIV. The cytotoxicity of the most toxic and the least toxic water fraction of the tested biofuels was a reflection of the content of fatty acid esters in them. The water-soluble fraction with the highest content of fatty acid esters (BPII) exhibited the strongest cytotoxic effect on both types of fibroblasts (both on CCD-1136Sk and CCD-8Lu cells), whereas BPIV with the lowest content of fatty acid esters was the least toxic. The results indicate that the susceptibility of senescent cells to the cytotoxic action of biofuels WSF may change during their senescence – the older cells become more sensitive to the cytotoxic effect of tested xenobiotics as compared to younger cells in the most cases. The key role in the cytotoxic action of compounds on the younger and older cell passages may also have a concentration of tested compounds.

Słowa kluczowe

biopaliwa II generacja WSF cytotoksyczność starzejące się komórki in vitro

biofuels 2nd generation WSF cytotoxicity senescent cells in vitro

Wydawca

Politechnika Koszalińska

Czasopismo

Rocznik Ochrona Środowiska

Rocznik

2018

Tom

Tom 20, cz. 2

Strony

1430--1452

Opis fizyczny

Bibliogr. 30 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Miranowicz-Dzierżawska K.

Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

1. Bluhm, K., Heger, S., Seiler, T.-B., Hallare, A.V., Schaffer, A., Hollert, H. (2012) Toxicological and ecotoxicological potencies of biofuels used for the transport sectora literature review. Energy Environ. Sci., 5, 7381-7392. https://doi.org/10.1039/c2ee03033k
2. Bluhm, K., Seiler, T-B., Nico Anders, N., Klankermayer, J., Schaeffer, A., Hollert, H. (2016) Acute embryo toxicity and teratogenicity of three potential biofuels also used as flavor or solvent. Science of the Total Environment, 566-567, 786-795. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.05.055
3. Chang, H.Y., Chi, J.T., Dudoit, S., Bondre, C., van de Rijn, M., Botstein, D., et al. (2002). Diversity, topographic differentiation, and positional memory in human fibroblasts. Proc Natl Acad Sci USA. 99, 12877-82. https://doi. org/10.1073/pnas.162488599
4. Chang-Liu, C.M., Woloschak, G.E. (1997). Effect of passage number on cellular response to DNA-damaging agents: cell survival and gene expression. Cancer Letters, 26(113), 77-86. https://doi.org/10.1016/S0304-3835(97) 04599-0
5. Chipev, C. C., Simon, M. (2002). Phenotypic differences between dermal fibroblasts from different body sites determine their responses to tension and TGFbeta1. BMC Dermatol., 2, 1-13. https://doi.org/10.1186/1471- 5945-2-13
6. Chou, C. C., Riviere, J. E., Monteiro-Riviere, N. A. (2003). The cytotoxicity of jet fuel aromatic hydrocarbons and dose-related interleukin-8 release from human epidermal keratinocytes. Arch Toxicol., 77, 384-391. https://doi.org/ 10.1007/s00204-003-0461-z
7. Ciecierska, M., Obiedziński, M. (2006). Zanieczyszczenie olejów roślinnych wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 2(47) Supl., 48-55.
8. Faksness, L-G., Altin, D., Nordtug, T., Daling, P.S., Hansen, B.H. (2015). Chemical comparison and acute toxicity of water accommodated fraction (WAF) of source and field collected Macondo oils from the Deepwater Horizon spill. Marine Pollution Bulletin, 91(1), 222-229. https://doi.org/ 10.1016/j.marpolbul.2014.12.002
9. Gron, B., Stoltze, K., Andersson, A., Dabelsteen, E. (2002). Oral fibroblasts produce more HGF and KGF than skin fibroblasts in response to co-culture with keratinocytes. APMIS. 110, 892-898. https://doi.org/10.1034/j.1600- 0463.2002.1101208.x
10. Hansen, B.H., Altin, D., Rørvik, S.F., Øverjordet, I.B., Olsen, A.J., Nordtug T. (2011). Comparative study on acute effects of water accommodated fractions of an artificially weathered crude oil on Calanus finmarchicus and Calanus glacialis (Crustacea: Copepoda). Science of The Total Environment, 409, 4, 704-709. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.10.035
11. Hetzel, M., Bachem, M., Anders, D., Trischler, G., Faehling, M. (2005). Different effects of growth factors on proliferation and matrix production of normal and fibrotic human lung fibroblasts. Lung. 183, 225-237. https://doi.org/10.1007/s00408-004-2534-z
12. Holth, T.F., Eidsvoll, D.P., Farmen, E., Sanders, M.B., Martínez-Gómez, C., Budzinski, H., Burgeot, T., Guilhermino, L., Hylland, K. (2014). Effects of water accommodated fractions of crude oils and diesel on a suite of biomarkers in Atlantic cod (Gadus morhua). Aquat Toxicol., 154, 240-252. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2014.05.013
13. Jiang, Z., Huang, Y., Xu, X., Liao, Y., Shou, L., Liu, J., Chen, Q., Zeng J. (2010). Advance in the toxic effects of petroleum water accommodated fraction on marine plankton. Acta Ecologica Sinica., 30(1), 8-15. https://doi.org/10.1016/j.chnaes.2009.12.002
14. Jung, T., Höhn, A., Catalgol, B., Grune, T. (2009). Age-related differences in oxidative protein-damage in young and senescent fibroblasts. Archives of Biochemistry and Biophysics, 483, 127-135. https://doi.org/10.1016/ j.abb.2008.12.007
15. Kowalska, M., Aljewicz, M., Mroczek, E., Cichosz, G. (2012). Olej palmowy - tańsza i zdrowsza alternatywa. Bromat. Chem. Toksykol. XLV, 2, 171-180.
16. Lei, L., Shen, X., Jiang, M. (2016). Effect of water accommodated fraction of 0# diesel oil and crude oil on EROD activity of liver of Sparus macrocephlus and its mRNA expression Ecotox. Environ. Safe. 134(1), 250-255. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.08.027
17. Leite, M. B. N. L., de Araújo, M. M. S., Nascimento, I. A., da Cruz, A. C. S., Pereira, S. A. and do Nascimento, N. C. (2011). Toxicity of water-soluble fractions of biodiesel fuels derived from castor oil, palm oil, and waste cooking oil. Environmental Toxicology and Chemistry, 30, 893-897. https://doi.org/10.1002/etc.444
18. Leme, D.M., Grummt, T., Palma de Oliveira, D., Sehr, A., Renz, S., Reinel, S., Ferraz, E. R. A., Rodrigues de Marchi, M.R., Machado, M.C., Zocolo, G.J., Marin-Morales, M.A. (2012) Genotoxicity assessment of water soluble fractions of biodiesel and its diesel blends using the Salmonella assay and the in vitro MicroFlowkit (Litron) assay. Chemosphere, 86, 512-520. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.017
19. Merkisz, J., Kozak, M. (2003). Wpływ składu mieszanek biopaliw z paliwami konwencjonalnymi na emisję toksycznych składników spalin. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, 3, 12-18.
20. Mikuła-Pietrasik, J. (2011).Wpływ stilbenów (resweratrolu i jego analogów) na molekularne i czynnościowe wykładniki starzenia się ludzkich komórek mezotelium otrzewnowego in vitro. Rozprawa doktorska z Katedry i Zakładu Patofizjologii Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu.
21. Palaiologou, A. A., Yukna, R. A., Moses, R. & Lallier, T. E. (2001). Gingival, dermal, and periodontal ligament fibroblasts express different extracellular matrix receptors. J. Periodontol. 72, 798-807. https://doi.org/10.1902/ jop.2001.72.6.798
22. Pawłowski, L. (2015). Dokąd zmierza świat? Kryzys społeczny stworzony przez promocję biopaliw i współczesny liberalny kapitalizm. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, 26-39.
23. Perrichon, P., Le Menach, K., Akcha, F., Cachot, J., Budzinski, H., Bustamante, P. (2016). Toxicity assessment of water-accommodated fractions from two different oils using a zebrafish (Danio rerio) embryo-larval bioassay with a multilevel approach. Sci.Total Environ, 568(15), 952-966. https://doi.org/ 10.1016/j.scitotenv.2016.04.186
24. Ruffing, A.M., Trahan, C.A. (2014). Biofuel toxicity and mechanisms of biofuel tolerance in three model cyanobacteria. Algal Research. 5, 121-132. https://doi.org/10.1016/j.algal.2014.07.006
25. Schneider, E.L., Mitsui, Y., Au, K.S., Shorr, S. (1977). Tissue-specific differences in cultured human diploid fibroblasts. Experimental Cell Research. 108(1), 1-6. https://doi.org/10.1016/S0014-4827(77)80002-5
26. Skowroń, J., Golimowski, W. (2015). Produkcja biopaliw - priorytetowy kierunek badań naukowych. Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy. 2(84), 5-15. https://doi.org/10.5604/1231868x.1164521
27. Sorrell, J.M., Caplan, A.I.(2004). Fibroblast heterogeneity: more than skin deep. J Cell Sci. 117, 667-675. https://doi.org/10.1242/jcs.01005
28. Tech Bulletin of ATCC (2010). Passage number effects in cell lines. No. 7. https://www.atcc.org/~/media/PDFs/Technical%20Bulletins/tb07.ashx
29. Wenger, S.L. Senft, J.R., Sargent, L.M., Bamezai, R., Bairwa, N., Grant, S.G. (2004). Comparison of established cell lines at different passages by karyotype and comparative genomic hybridization. Bioscience Reports, 24(6), 631-639. https://doi.org/10.1007/sl0540-005-2797-5
30. Won, E-J., Rhee, J-S., Shin, K-H., Jung, J-H., Shim, W-J., Lee, Y-M., Lee, J-S. (2013). Expression of three novel cytochrome P450 (CYP) and antioxidative genes from the polychaete, Perinereis nuntia exposed to water accommodated fraction (WAF) of Iranian crude oil and Benzo[a]pyrene. Marine Environmental Research, 90, 75-84. https://doi.org/10.1016/ j.marenvres.2013.05.014

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-329f5b87-2010-43cd-b11b-4bf1aa1cf475